武汉工程大学 控制工程实验报告
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武汉工程大学
控制工程基础实验报告
实验一：比较二阶系统在不同阻尼比下的时间响应
一、实验目的
1.熟悉MATLAB软件环境，学会编写matlab文件（***.m）和使用SIMULINK建模，进
行时间响应分析。
二、实验要求
1.编写m文件，使用命令sys=tf(num,den)，建立二阶系统的传递函数模型；
2.编写m文件，使用命令impulse(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的脉冲响应曲线簇；
3.编写m文件，使用命令step(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的阶跃响应曲线簇；
4.根据阶跃响应曲线，记录不同阻尼比下的时域性能指标，列表写出实验报告，并分析
阻尼比和无阻尼自然频率对于性能的影响；
5.利用SIMULINK建立方框图仿真模型，进行阶跃响应实验，学会使用workspace的数
组变量传递，使用命令plot(X,Y)画出阶跃响应图。
三、实验过程及实验结果与性能分析
1.编写m文件，使用命令sys=tf(num,den)，建立二阶系统的传递函数模型；
m文件：
运行结果：
2.编写m文件，使用命令impulse(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的脉冲
响应曲线簇；
运行结果如下：
3.编写m文件，使用命令step(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的阶跃响应曲线簇；
运行结果如下：
4.根据阶跃响应曲线，记录不同阻尼比下的时域性能指标，列表写出实验报告，并分析阻尼比和无阻尼自然频率对于性能的影响
（1）如下图所示，分别找出不同阻尼比下的时域性能指标，峰值时间tp/s，最大超调量
mp，上升时间tr/s，调整时间ts/s
记录下表：
表一不同阻尼比下的时域性能指标
阻尼比ξ0.10.30.60.70.913上升时间tr 1.11 1.33 1.86 2.13 2.89 3.4312.8峰值时间tp 3.2 3.24 4.47.2213.95
最大超调量mp(%)72.937.19.45 4.60.1500调整时间ts38.411.2 5.95 5.98 4.71 5.8623分析阻尼比对于性能的影响：
由图表可以看出，当无阻尼自然频率一定时，随着阻尼比的增加，系统的上升时间，峰值时间都增大，而上升时间和峰值时间反映了系统的快速性指标，故随阻尼比的增加，系统的快速性降低。阻尼比的增加，最大超调量减少，并且当阻尼比大于等于1时，系统没有超调，而超调量反应了系统的相对稳定性，即随阻尼比的增加，系统的相对稳定性增强。
（2）系统在无阻尼自然频率wn下阶跃响应的时域特性指标，取ξ=0.6
程序如下：
运行结果：
记录下表：
表二无阻尼自然频率下的时域性能指标（ξ=0.6）
无阻尼自然频率0.41 1.35
上升时间tr 4.64 1.86 1.430.373
峰值时间tp9.894 3.090.8
最大超调量mp(%)9.459.459.459.45
调整时间ts14.9 5.95 4.57 1.19
分析无阻尼自然频率对于性能的影响：
由表和图可以看出，当阻尼比一定时，随着无阻尼自然频率的增加，系统的上升时间，峰值时间以及调整时间都随着减小，而上升时间和峰值时间以及调整时间反映了系统的快速性指标，故随无阻尼自然频率的增加，系统的快速性提高。无阻尼自然频率的增加，最大超调量没有改变，故无阻尼自然频率对超调量无影响。
5.利用SIMULINK建立方框图仿真模型，进行阶跃响应实验，学会使用
workspace的数组变量传递，使用命令plot(X,Y)画出阶跃响应图。
运行结果：
plot(tout,simout)
运行结果：
实验二：比较二阶系统在不同阻尼比下的频率特性
一、实验目的
1.熟悉MATLAB软件环境，学会编写matlab文件（***.m）和SIMULINK建模，进行频
率响应与频率特性分析。
二、实验要求
1.编写m文件，使用命令sys=tf(num,den)，建立二阶系统的传递函数模型；
2.编写m文件，使用命令bode(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的BODE频率曲线簇；
3.编写m文件，使用命令nyquist(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的NYQUIST曲线
簇；
4.编写m文件，使用[Re,Im,Pa]=bode(sys,w)计算频率特性函数，并用plot(X,Y)画出某个
二阶系统的实频、虚频、幅频、相频特性4分图；
5.根据频率特性曲线，记录不同阻尼比下的频率性能指标，列表写出实验报告，并分析
阻尼比和无阻尼自然频率对于性能的影响；
6.利用SIMULINK建立方框图仿真模型，进行频率响应实验，学会workspace的数组变
量传递，使用命令plot(X,Y)画出频率响应图。
三、实验过程及实验结果与性能分析
1.与实验一相同
2.编写m文件，使用命令bode(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的BODE
频率曲线簇；
程序如下：
运行结果如下：
3.编写m文件，使用命令step(sys)，画出二阶系统在不同阻尼比下的nyquist 曲线簇；
程序如下：
运行结果如下：
4.编写m文件，使用[Re,Im,Pa]=bode(sys,w)计算频率特性函数，并用plot(X,Y)画出某个二阶系统的实频、虚频、幅频、相频特性4分图；
程序如下：
运行结果如下：