计算机控制系统性能分析

南京邮电大学自动化学院

实验报告

课程名称：计算机控制系统

实验名称：计算机控制系统性能分析所在专业：自动化

学生姓名：**

班级学号：B********

****: ***

2013 /2014 学年第二学期

实验一：计算机控制系统性能分析

一、 实验目的：

1.建立计算机控制系统的数学模型；

2.掌握判别计算机控制系统稳定性的一般方法

3.观察控制系统的时域响应，记录其时域性能指标；

4.掌握计算机控制系统时间响应分析的一般方法；

5.掌握计算机控制系统频率响应曲线的一般绘制方法。 二、 实验内容：

考虑如图1所示的计算机控制系统

图1 计算机控制系统

1. 系统稳定性分析

(1) 首先分析该计算机控制系统的稳定性，讨论令系统稳定的K 的取值范围； 解:

G1=tf([1],[1 1 0]);

G=c2d(G1,0.01,'zoh');//求系统脉冲传递函数 rlocus(G);//绘制系统根轨迹

Root Locus

Real Axis

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

-7

-6-5-4-3-2-1012

-2.5-2-1.5-1-0.500.51

1.5

22.5

将图片放大得到

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

1.05

1.1

1.15

1.2

1.25

-0.15

-0.1

-0.05

0.05

0.1

0.15

Root Locus

Real Axis

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

Z 平面的临界放大系数由根轨迹与单位圆的交点求得。 放大图片分析： [k,poles]=rlocfind(G)

Select a point in the graphics window selected_point = 0.9905 + 0.1385i k =

193.6417 poles =

0.9902 + 0.1385i 0.9902 - 0.1385i 得到0

(2) 假设不考虑采样开关和零阶保持器的影响，即看作一连续系统，讨论令系统稳定的K 的取值范围； 解：

G1=tf([1],[1 1 0]); rlocus(G1);

-1.2

-1-0.8-0.6-0.4-0.200.2

-0.8-0.6

-0.4

-0.2

0.2

0.4

0.6

0.8

Root Locus

Real Axis

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

由图片分析可得，根轨迹在S 平面左半面，系统是恒稳定的，所以： 0

(3) 分析导致上述两种情况下K 取值范围差异的原因。

答：连续系统比离散系统稳定性好，加入采样开关以后，采样周期越大，离散系统系统稳定性越差，能使系统稳定的K 的范围越小。

2.时域特性分析 令20K

(1) 假设不考虑采样开关和零阶保持器的影响，即看作一连续系统，观察其单位阶跃

响应，记录上升时间、超调量、调节时间、峰值时间等一系列的时域性能指标； G1=tf([20],[1 1 0]); step(feedback(G1,1));

Step Response

Time (sec)

A m p l i t u d e

0246

8101214

0.20.40.60.811.2

1.41.61.8

由图数据：

上升时间=0.254s 超调量=70.2％ 调节时间=7.82s 峰值时间=0.702s

(2) 考虑采样开关和零阶保持器的影响，观察其单位阶跃响应，记录上升时间、超调量、调节时间、峰值时间等一系列的时域性能指标； G1=tf([20],[1 1 0]); G=c2d(G1,0.01,'zoh'); Q=step(feedback(G ,1)); [num,den]=tfdata(Q); dstep(num,den)

Step Response

Time (sec)

A m p l i t u d e

0200400600800100012001400

0.20.40.60.811.2

1.41.61.8

上升时间=24.7*T=0.247s 超调量=72.8％

调节时间=857*T=8.57s 峰值时间=71*T=0.71s

(3) 分析其时域性能指标的差异及产生原因。

由于采样开关和零阶保持器的存在，使得离散系统的时域响应与连续系统相比发生变化，稳定性相对降低，动态性能相对变差。

3.频域特性分析

(1) 假设不考虑采样开关和零阶保持器的影响，即看作一连续系统，绘制其频率特性响应；

G1=tf([1],[1 1 0]); bode(G1)

M a g n i t u d e (d B )10

-2

10

-1

10

10

1

10

2

P h a s e (d e g )

Bode Diagram

Frequency (rad/sec)

(2) 考虑采样开关和零阶保持器的影响，绘制其频率特性响应；； w=logspace(-1,10);

dbode([1],[1 1 0],0.01,w)

-10

-5

5

10

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

10

1010101010

-9.0597

-7.5497-6.0398-4.5298-3.0199-1.5099

0P h a s e (d e g )

Bode Diagram

Frequency (rad/sec)

(2) 讨论上述两种情况下频率特性响应的区别和联系。