自控讲义(完全版)

1． 成绩：

报告50%：最多三页，不许打印。注意格式填写全，否则扣分；主体部分包括：

实验目的，实验内容，源程序及必要的注释，实验总结）

实验50%：（1）纪律10%，

⑵回答问题10%：①必答题，抽到必答。主要考察考察预习情况和对

相应理论掌握情况

②选答题，答对加分，答错不扣分。与课堂内容有关，略有深度，依学号末位随机抽取。每次人数不定。

⑶实验能力30%：能独立完成实验，且完成用时较少者分最高。

2． 交报告时间：二次上课时交第一次报告，依此类推，最后一次由班长收齐交到

我办公室教6-816

研究自控课程的意义：苏27，901雷达，孵化器

实验一 系统的动态响应

一、实验目的

1、掌握一阶系统和二阶系统的非周期信号响应。

2、理解二阶系统的无阻尼、欠阻尼、临界阻尼和过阻尼。

3、掌握分析系统稳定性、瞬态过程和稳态误差的方法。

4、理解高阶系统的主导极点对系统特性的影响。

5、理解系统的零点对系统动态特性的影响。

二、实验内容（讲一个（M 文件和SIMULINK 两种方法），练一个，报告上写一个）

1、（讲解演示） 系统框图如下所示，

(1) 若2()210

G s s s =

++，求系统的单位阶跃响应。

（2）分析系统的稳定性。（举例说明研究稳定性的意义，判断准则） 我们采用matlab 进行分析步骤 (1)采用M 文件求解

步骤：a.新建一个m文件

b.输入系统的传递函数

c.分析系统的稳定性（根据线性系统稳定的充分必要条件：闭环系统特征方程D(s)=0的所有根均具有负实部，只要求出系统极点，由其实部可得到系统稳定性）

d.输入为单位阶跃信号时，求系统的响应

example1.m:

numg=[10] %分子多项式

deng=[1 2 10] %分母多项式

sys1=tf(numg,deng) %tf函数构造开环传递函数G(s)

sys=feedback(sys1,1) % 求得闭环传递函数

pole(sys) % 求系统极点，即特征方程的根

step(sys) % 求阶跃响应

grid on

运行结果：ans =

极点

-1.0000 + 4.3589i

-1.0000 - 4.3589i

2.自己练习

系统的传递函数如下，判断其稳定性

3243272424

()10355024

s s s G s s s s s +++=++++

（Q1：连续系统稳定性的判断标准是什么？）

3.报告内容（练习并写入报告中）

系统的闭环传递函数为：()1

K

G s Ts =

+，分别调节K 、T ，仿真系统的阶跃响应，得出系统参数对系统性能的影响。 三、实验报告要求

实验报告：

●1、实验日期、名称

●2、实验目的

●3、实验内容（3）

●4、程序设计说明，源代码及必要注释，程序运行结果，结果分析●5、实验中遇到的问题、解决办法及心得体会（几行即可）

实验二 系统的根轨迹和频域分析

一、实验目的

1。掌握用MATLAB 绘制系统根轨迹的方法；（为何要引入根轨迹方法？，怎样判

断所绘的根轨迹正确性？）

2．掌握用根轨迹来分析系统特性的方法；

3．理解增加系统开环零极点对系统根轨迹和系统性能的影响；(什么是主导

极点？)

4．掌握绘制系统的Nyquist 和Bode 图。(相位裕量和幅值裕量怎么求？) 5、熟练掌握应用频域法分析系统。 二、实验内容(实验指导书实验内容1-5)

1. Consider a control system with an open-loop transfer function:

)22)(3()

2()(2*++++=

s s s s K s G

Please separately draw root locus diagram of positive and negative feedback

system and point out whether the system is stable in various conditions. 2. A unity negative feedback system has an open-loop transfer function:

)200)(100)(2)(1()3(240000)(2

+++++=

s s s s s s s G

(1) Draw open-loop Log-magnitude-phase curve, determine the system

stability and phase margin. (2)

When a delay link s

e

τ-is considered, determining the value of τ

that make the system stable.

(3) Determine steady-state error of the system when input is 1(t) , t , t 2 . 3. A typical second-order system transfer function is:

2

2

2

2)(n n n s s s G ωξωω++=

Draw the Bode diagram when n ω is 6 and ξ has different value. 4. The open-loop transfer function of a negative feedback system can be written

as )

15)(13()(++=

s s k

s G , draw the system Nyquist diagram when k is 1, 3,

5, …, 15. And explain effects of parametric variation on system performance.

5. The open-loop transfer function of a unity negative feedback system can be written as )

1.2564.6)(5.0()

2(64)(2

++++=

s s s s s s G , determine phase margin, magnitude margin and corresponding crossover frequency. Then determine whether the system is stable. 三、实验演示

例1 一控制系统框图如下所示，试画出系统的根轨迹图

解：步骤：1.求系统的传递函数。 2.用rlocus 函数求系统的根轨迹

example2.1.m

P=[1 1] %求系统的传递函数 Q=[1 5 6 0]