控制系统设计与仿真实验报告.docx

控制系统设计与仿真上机实验报告

学院：自动化学院

班级：自动化

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学号：

一、 第一次上机任务

1、熟悉matlab 软件的运行环境，包括命令窗体，workspace 等，熟悉绘图命令。

2、采用四阶龙格库塔法求如下二阶系统的在幅值为1脉宽为1刺激下响应的数值解。

2

22

()2n

n n

G s s s ωξωω=++ ，0.5,10n ξω== 3、采用四阶龙格库塔法求高阶系统阶单位跃响应曲线的数值解。 22

2()(2)(1)

n

n n

G s s s Ts ωξωω=

+++，0.5,10n ξω==，5T =

4、 自学OED45指令用法，并求解题2中二阶系统的单位阶跃响应。

程序代码如下：

;曲线如下：

二、 第二次上机任务

1、试用simulink 方法解微分方程，并封装模块，输出为i x 。得到各

状态变量的时间序列，以及相平面上的吸引子。

1123223

3

1223x x x x x x x x x x x x

αββγ=-+⎧⎪

=-+⎨⎪=-+-⎩ 参数入口为,,αβγ的值以及i x 的初值。（其中8/3,10,28αβγ===，以及初值分别为1230,0,0.001x x x ===） 提示：1

s

模块输入是输出量的微分。 Simulink :

曲线如下:

2、用simulink搭建PI控制器的控制回路，被控对象传递函数：

1

51

s+

，分别分

析

（1）、比例系数由小到大以及积分时间由小到大对阶跃响应曲线的影响。

（2）、控制器输出有饱和以及反馈有时滞情况下，阶跃响应曲线的变化。

（3）、主控制回路传递函数为：

1

201

s+

，副回路为：

1

51

s+

，主回路采用PI

控制器，副回路采用P控制器，分析控制系统对主回路以及副回路的阶跃扰动的

抑制。注：PI控制器表达式为

1

()(1)()

i

U s Kp E s

T s

=+，串级控制如图所示。

（1）

（2）

(3)

3.编写S函数模块，实现两路正弦信号的叠加，正弦信号相位差为60度。还没做出来，正在努力做。

三、 第三次上机任务

1、

利用使能原理构成一个半波整流器，并模拟市电输入下(220v, 50Hz)，

整流器接一一阶惯性环节8

.058

.0)(+=s s G ,惯性环节的输出波形。

2、利用触发子系统构建以零阶保持器，实现对正弦信号的采样，并比较不同采用周期下

的采样波形。

3、若被控对象传递函数为0.2

()(1)G s s s =+,控制器为0.10.11()1T T T T

e z e D z e z e

------=--，试用simulink 搭建一单位反馈控制系统，分析采用周期T 对系统单位阶跃响应

的影响。

4、设一单位反馈控制系统，控制器采用PI 控制，Kp=200,Ki=10, 控制器饱和

非线性宽度为2，受控对象为时变模型，由微分方程给出，如下： 0.25()()sin(26)()()t t y t e y t e t y t u t --+++=

求系统单位阶跃响应，并分析不同Kp 取值对响应曲线的影响。

四、第四次上机任务

1、熟悉控制系统各个模型表示方法的命令以及它们之间的相互转化。（展开

形式，零极点形式，状态空间形式以及部分分式形式。）

2、试用至少三种方法，判断一下系统的稳定性::

（1）

32

432

231 ()

521

s s s

G s

s s s s

+++

=

++++

（2）

13

52

X X

⎡⎤=⎢⎥

⎣⎦

解：（1）

（2）

3、试产生一周期为5秒，时长为30秒，最大值为1，最小值为0的三角波；得到如下一阶系统在三角波输入下的时间响应曲线。 1

()21

G s S =+

4、对如下二阶系统做时域分析，得到阻尼比在0~1之间变化的时候，阶跃响应的上升时间，调节时间，峰值时间，超调量以及衰减比（第一个峰值与稳态值之差与第二个峰值与稳态值之差的比）其中5n ω=。

222

()2n

n n

G s s s ωξωω=++

6、已知开环传递函数如下，1）试用根轨迹方法得到其临界稳定增益。2）若k=10,试用伯德图方法，判断其稳定性。

()()(21)(1)(0.11)

k

G s H s s s s =

+++

7、已知系统开环传递函数如下

2()()(0.51)(0.11)

G s H s S S S =++ 试设计一超前校正环节，使得超调量为20%，调节时间为1s 。系统单位斜坡稳态响应误差为10%。并作出校正前后后的系统单位阶跃响应时域曲线加以比较。