《自动控制原理》MATLAB分析与设计

《自动控制原理》MATLAB分析与设计

仿真实验报告

第三章线性系统的时域分析法

1、教材P136.3-5系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较，分析仿真结果；

(1)原系统的动态性能

SIMULINK仿真图：

仿真结果：

分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=3.2s，超调量18.0％，调节时间ts=7.74s。

(2)忽略闭环零点的系统动态性能

SIMULINK仿真图：

仿真结果：

分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=3.6s，超调量16.7％，调节时间ts=7.86s。

（3）两种情况动态性能比较

SIMULINK仿真图：

仿真结果：

原系统

忽略闭环零点

分析：通过比较可以看出闭环零点对系统动态性能的影响为：减小峰值时间，使系统响应速度加快，超调量增大。这表明闭环零点会减小系统阻尼。

3-9系统

SIMULINK仿真图：

仿真结果：

Scope0

分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=1.05s，超调量35.1％，调节时间ts=3.54s（△=2％）。

Scope1

分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=0.94s，超调量37.1％，调节时间ts=3.44s（△=2％）。

Scope2

分析：由于计算机在计算的过程也存在误差，因此，不同的参数时，两条线重合，需将闭环传递函数计算出来再作比较。

计算出闭环传递函数

SIMULINK仿真图：

分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=1.05s，超调量35.1％，调节时间ts=3.54s（△=2％）。

Scope4

分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=0.94s，超调量37.1％，调节时间ts=3.44s（△=2％）。

微分反馈系统

结果：比较表明系统的稳定性与前馈控制无关；微分反馈使系统的性能得到了改善。

3、英文讲义P153.E3.3

SIMULINK仿真图：

仿真结果：

4、实例“Disk Drive Read System”，在Ka=100时，试采用微分反馈使系统的性能满足给定的设计指标。

SIMULINK仿真图：

仿真结果：

第四章线性系统的根轨迹法1、英文讲义P157.E4.5 MATLAB程序：

num=[1];

den=[1 -1 0];

rlocus(num,den)

仿真结果：

-0.2

00.20.4

0.60.81 1.2

Root Locus

Real Axis

I m a g i n a r y A x i s

2、P181.4-5-(3）的根轨迹 MATLAB 程序：

G=zpk([],[0 -1 -3.5 -3-2i -3+2i],1); rlocus(G); 根轨迹图：

-15

-10-5

0510

-15-10

-5

5

10

15

Root Locus

Real Axis

I m a g i n a r y A x i s

习题4-10 MATLAB 程序：

G1=zpk([],[0 0 -2 -5],1); G2=zpk([-0.5],[0 0 -2 -5],1); figure(1) rlocus(G1); figure(2) rlocus(G2); 根轨迹图：

-20

-15-10-5

051015

-15-10

-5

5

10

15

Root Locus

Real Axis

I m a g i n a r y A x i s

-25

-20-15-10

-50510

-20-15

-10

-5

5

10

15

20

Root Locus

Real Axis

I m a g i n a r y A x i s

第五章 线性系统的频域分析法 5-10

MATLAB 程序：

G=tf([1,1],conv([0.5,1,0],[1/9,1/3,1])); bode(G);grid 响应曲线：

-100-50

50

M a g n i t u d e (d B

)10

-1

10

10

1

10

2

-270

-225-180-135-90

-45P h a s e (d e g )

Bode Diagram

Frequency (rad/sec)

5-16

MATLAB 程序： K1=1;T1=2;

G1=tf([K1],[conv([conv([1,0],[T1,1])],[1,1])]); G11=feedback(G1,1); K2=2;T2=0.5;

G2=tf([K2],[conv([conv([1,0],[T2,1])],[1,1])]); G21=feedback(G2,1);

K3=2;T3=0.5;

G3=tf([K2],[conv([conv([1,0],[T3,1])],[1,1])]); G31=feedback(G3,1); figure(1);step(G11);grid; figure(2);step(G21);grid; figure(3);step(G31);grid; 响应曲线：

05101520253035404550

0.20.40.60.811.2

1.41.6

1.8Step Response

Time (sec)

A m p l i t u d e