《自动控制原理》MATLAB分析与设计

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《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:《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第1页仿真结果: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:《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第2页分析: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:原系统忽略闭环零点《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第3页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%)。《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第4页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:《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第5页Scope3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%)。《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第6页Scope5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.E3.3SIMULINK仿真图:仿真结果:前馈控制微分反馈系统《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第7页4、实例“DiskDriveReadSystem”,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:《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第8页第四章线性系统的根轨迹法1、英文讲义P157.E4.5MATLAB程序:num=[1];den=[1-10];rlocus(num,den)仿真结果:《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第9页-0.200.20.40.60.811.2-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8RootLocusRealAxisImaginaryAxis2、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:《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第10页-15-10-50510-15-10-5051015RootLocusRealAxisImaginaryAxis习题4-10MATLAB程序:G1=zpk([],[00-2-5],1);G2=zpk([-0.5],[00-2-5],1);figure(1)rlocus(G1);figure(2)rlocus(G2);根轨迹图:《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第11页-20-15-10-5051015-15-10-5051015RootLocusRealAxisImaginaryAxis-25-20-15-10-50510-20-15-10-505101520RootLocusRealAxisImaginaryAxis第五章线性系统的频域分析法5-10《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第12页MATLAB程序:G=tf([1,1],conv([0.5,1,0],[1/9,1/3,1]));bode(G);grid响应曲线:-100-50050Magnitude(dB)10-1100101102-270-225-180-135-90-45Phase(deg)BodeDiagramFrequency(rad/sec)5-16MATLAB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);《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第13页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:0510152025303540455000.20.40.60.811.21.41.61.8StepResponseTime(sec)Amplitude《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第14页0510152025303540455000.20.40.60.811.21.41.61.8StepResponseTime(sec)Amplitude0510152025303540455000.20.40.60.811.21.41.61.8StepResponseTime(sec)Amplitude第六章线性系统的校正1、习题6-20,根据计算所得K1=5;K2=2.5;《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第15页MATLAB程序:K1=5;K2=2.5;G0=tf(10,[1,10,0]);Gc=tf([K1,K2],[1,0]);G=series(G0,Gc);G1=feedback(G,1);step(G1);grid响应曲线012345600.20.40.60.811.21.4StepResponseTime(sec)Amplitude2、习题6-18,MATLAB程序:t=0:0.01:1;Ka=10;Kb=0;k1=4.16;K2=52.75;K3=1.24;《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第1页G1=tf(20*K2,[1,3+Kb+20*K3,2+20*Ka+Kb+20*K1,20*K2]);step(G1,t);grid;响应曲线00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.91StepResponseTime(sec)Amplitude分析:本设计联合采用PID控制器与前置滤波器,使系统具有最小节拍响应,保证系统有良好的稳态性能和动态性能,采用内回路反馈包围被控对象,以减小被控对象参数摄动的影响,使系统具有鲁棒性。第七章线性离散系统的分析与校正1、教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证MATLAB程序:T=1;t=0:1:10;sys=tf([0,1],[1,0],T);step(sys,t);axis(1,10,0,1.2);《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第2页grid;xlabel('t');ylabel('c(t)');01234567891000.10.20.30.40.50.60.70.80.91StepResponset(sec)c(t)2、教材7-25的控制器的设计及验证MATLAB程序:T=0.1;sys1=tf([150,105],[1,10.1,151,105]);sys2=tf([0.568,-0.1221,-0.3795],[1,-1.79,1.6,-0.743],T);step(sys1,sys2,4);grid;《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第3页00.511.522.533.5400.20.40.60.811.21.41.61.8StepResponseTime(sec)Amplitude当T=0.01时的单位响应曲线00.511.522.533.5400.20.40.60.811.21.41.61.8StepResponseTime(sec)AmplitudeMATLAB程序:《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告兰州理工大学电气工程与信息工程学院共20页第4页T=0.1;t=0:0.1:2;u=t;sys=tf([0.568,-0.1221,-0.3795],[1,-1.79,1.6,-0.743],T)lsim(sys,u,t,0);grid;单位斜坡响应曲线:00.20.40.60.811.21.41.61.8200.20.40.60.811.21.41.61.82LinearSimulationResultsTime(sec)Amplitude

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