自动控制原理实验指导书(下)(1)

1.Kp过大和过小对系统动态性能有何影响？
2.Ti过大和过小对系统动态性能有何影响？
3.Td过大和过小对系统动态性能有何影响？
4.Td改进动态系统性能指标的原理。
2．求出实轴上的分离点、会合点，根轨迹与虚轴交点；
3．分别求 =1，10，100时,系统地零、极点的值
五、实验思考
1．根轨迹的手工绘制图和计算机绘制图的区别；
2．分析增加开环极点对控制系统动态性能的影响；
3．增加开环零点对控制系统动态性能的影响。
实验五控制系统频率特性分析
一、实验目的
1.熟悉MATLAB系统绘制Nyquist图和Bode图的方法。
实验四控制系统的根轨迹分析
一、实验目的
1. 学习MATLAB在控制系统中的应用；
2．熟悉MATLAB在绘制根轨迹中的应用；
2. 掌握控制系统根轨迹绘制，应用根轨迹分系统性能的方法。
二、实验内容
1．熟悉MATLAB中已知开环传递函数绘制闭环根轨迹的方法；
2．学习使用MATLAB 进行一阶、二阶系统仿真的基本方法。
num=1;
data=10;
zeta=[0.1:0.1:1.0];
grid;
hold on
forz=zeta
den=[(1/data)^22*z/data1];
sys=tf(num,den);
bode(sys);
end
title('振荡环节频率特性')
hold off
2.控制系统的频率特性分析
单位负反馈系统的开环传递函数如下，绘制Nyquist图和Bode图。利用Nyquist图判定闭环系统的稳定性，利用Bode图计算系统的相位裕量和增益裕量，并利用开环频率特性估算闭环系统的动态性能指标：超调量﹪，调节时间ts。
[Gm, Pm, Wcg, Wcp]=margin(A, B, C, D) 或
[Gm, Pm, Wcg, Wcp]=margin(num, den)
其中，Gm和Pm分别是求取的系统的幅值裕量和相角裕量, Wcg和Wcp是与之对应的幅值裕量和相角裕量出相应的频率值。
四、实验要求
1.绘制的各曲线.。
2.计算频率指标及时域指标。
3.判断系统的稳定性。
五、实验思考
1.Nyquist图和Bode图的手工绘制图和计算机绘制图的区别；
2.如何利用Bode图获得系统的传递函数？
3.系统的Nyquist图和Bode图与系统的类型有何关系？
实验六离散PID控制
一、实验目的
1.研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。
2.研究采样周期T对系统特性的影响。
研究PID三个参数对系统性能的影响.
四、实验要求
1、利用MATLAB搭建系统图；
2、令Ti=∞,Td=0，使用Z-N法确定PID参数，并求出系统的性能指标，即上升时间tr、最大超调： 和调节时间ts
3、别调整PID三个参数，观察系统性能指标的变化。
4、手动调节P，I，D三个参数，满足实验的要求。
五、实验思考
⑴
⑵
⑶
⑷
⑸
其中式（2）求时域指标的参考程序如下：
Disp(‘超调量﹪，调节时间ts’);
Sys=zpk=(-0.5,[0 0 -0.1],3);
Step（sys）;
[num,den]=tfdata(sys,’v’);
Finalvalue=polyval(num,0)/polyval(den,0);
[y,x,t]=step(num,den);
[y,k]=max(y);
Timetopeak=t(k);
percentovershoot=100*(y-finalvalue)/finalvalue;
N=1;
While y(n)<0.1*finalvalue,n=n+1;end
M=1;
While y(m)<0.9*finalvalue,m=m+1;end
3.当 时，研究其过渡过程。
4.PI调节器及PID调节器增益
PI调节器传递函数：
式中 ，
PID调节器传递函数：
Ⅱ型”系统要注意稳定性。对于对象二 ，若采用PI调节器控制，其开环传递函数为
为使闭环系统稳定，应满足 ，即 。
5.若数字PID的输入为ek，其数出为uk
三、实验原理
在MATLAB环境下，进入simulink模块，建立如下程序，然后进行仿真运行：
Risetime=t(m)-t(n)
L=length(t);
While y(l)>0.98*finalvalue&(y(l)<1.02*finalvalue))
L=l-1;
End
Senttlingtime=t(l)
3.幅值和相位裕量。
在分析系统性能的时候，经常涉及到系统的幅值和相位裕量的问题，使用控制系统工具箱提供的margin()函数可以直接求出系统的幅值和相位裕量，该函数的调用格式为：
注：可用[num , den ]= zp2tf (z , p , k)语句将零极点模型转换为传递函数模型,再求根轨迹，如：
z=[-1.5];
p=[1 1050];
k=1;
[num,den]=zp2tf(z,p,k);
rlocus(num,den)
rlocfind(num,den)
四、实验要求
1．记录绘制的根轨迹；
⑴
⑵
⑶
⑷
⑸
三、实验原理
运用MATLAB软件，在MATLAB窗口环境下，运用主菜单下新建__>M文件，ห้องสมุดไป่ตู้其编辑窗口下输入自编的仿真程序，然后保存文件，最后运行仿真程序，得出实验结果。
1.二阶振荡环节的频率特性
T=0.1秒时，分别绘制=0.1、0.5、0.7时的Nyquist图和Bode图。绘制Bode图的指令是Bode(sys)，绘制Nyquist图的指令是nyquist(sys).其中Bode图绘制参考程序如下：。
3.对下列给定的开环传递函数系统，绘制根轨迹图并计算相应参数值。
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
三、实验原理
已知开环传递函数绘制闭环根轨迹命令格式：rlocus(num,den)
求根轨迹上任一点处的增益命令格式:rlocfind( num,den )
要求：记录根轨迹，并观察根轨迹的起点、终点，根轨迹与开环零、极点分布的关系，实轴上的分离点、会合点，虚轴交点，出射角、入射角，和系统在不同 值下的工作状态。
2.掌握用频率特性分析控制系统的方法。
3.幅值和相位裕量的计算。
二、实验内容
1.二阶振荡环节的频率特性
T=0.1秒时，分别绘制=0.1、0.5、0.7时的Nyquist图和Bode图。
1.控制系统的频率特性分析
单位负反馈系统的开环传递函数如下，绘制Nyquist图和Bode图。利用Nyquist图判定闭环系统的稳定性，利用Bode图计算系统的相位裕量和增益裕量，并利用开环频率特性估算闭环系统的动态性能指标：超调量﹪，调节时间ts。给定如下开环传递函数代表的系统：
3.研究I型系统及其系统的稳定误差。
二、实验内容
1.采样系统结构图如下图所示：
图中:
选择被控对象的开环传递函数分别为：
对象一：
：
对象二：
：
2.被控对象一 为“0型”系统，采用PI控制或PID控制，可使系统变为“I型”系统，被控对象二 为“I型”系统，采用PI控制或PID控制，可使系统变为“Ⅱ型”系统。