控制系统设计与仿真实验报告

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控制系统仿真综合实验报告

控制系统仿真综合实验报告

图 2-1
校正前系统阶跃响应曲线
可以看出原系统的响应速度非常慢, 所以要通过校正来改善系统的动态性能, 可以采用串联超前校正。 原系统为Ⅰ型系统,容易求出系统的速度误差系数为
K lim
s 0
s 400 2 s ( s 30 s 200)
2
根据实验要求速度误差系数为 10 ,那么 KV 10 / 2 5 ,此时系统的开环 传函为: G s
5 400 ,用 MATLAB 计算得相角裕量为 32.6°,由于采 s s 30 s 200

2

用串联超前校正能够增大系统的相角裕量,所以综合考虑,采用串联超前校正。 2. 经过第一步的分析,采用串联校正,可以计算出串联校正装置传递函数为 5 (1 0.12 s ) ,因此校正后的开环传递函数为: 1 0.048s
K Ess Overshoot(%) Ts(s) 5 0.2857 34.6099 4.7766
表1
8 0.20000 43.5125 5.6730
9 0.1818 45.7812 5.5325
12 0.1429 51.6704 5.7655
不同 K 值下系统响应的参数
(四)实验结果与分析 从理论上分析,系统的传递函数为 G s
ulxxlgxx?????????????????????????????????????????????????????????????????4301004300100000000010????uxxxy????????????????????????????????????0001000001???实际系统摆杆转动轴心到杆质心的长度为l025m则系统的状态方程为
(二)实验要求 1. 使用 Matlab 进行仿真; 2. 分析不同 K 值的情况下,系统的单位阶跃响应曲线,并绘图进行比较; 3. 列表对系统响应各性能进行比较,并确定你认为合适的参数值。 (三)实验内容及步骤 1.运行 MATLAB,进行仿真实验。

自控仿真实验报告

自控仿真实验报告

一、实验目的1. 熟悉MATLAB/Simulink仿真软件的基本操作。

2. 学习控制系统模型的建立与仿真方法。

3. 通过仿真分析,验证理论知识,加深对自动控制原理的理解。

4. 掌握控制系统性能指标的计算方法。

二、实验内容本次实验主要分为两个部分:线性连续控制系统仿真和非线性环节控制系统仿真。

1. 线性连续控制系统仿真(1)系统模型建立根据题目要求,我们建立了两个线性连续控制系统的模型。

第一个系统为典型的二阶系统,其开环传递函数为:\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)} \]第二个系统为具有迟滞环节的系统,其开环传递函数为:\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)(s+3)} \](2)仿真与分析(a)阶跃响应仿真我们对两个系统分别进行了阶跃响应仿真,并记录了仿真结果。

(b)频率响应仿真我们对两个系统分别进行了频率响应仿真,并记录了仿真结果。

(3)性能指标计算根据仿真结果,我们计算了两个系统的性能指标,包括上升时间、超调量、调节时间等。

2. 非线性环节控制系统仿真(1)系统模型建立根据题目要求,我们建立了一个具有饱和死区特性的非线性环节控制系统模型。

其传递函数为:\[ W_k(s) = \begin{cases}1 & |s| < 1 \\0 & |s| \geq 1\end{cases} \](2)仿真与分析(a)阶跃响应仿真我们对非线性环节控制系统进行了阶跃响应仿真,并记录了仿真结果。

(b)相轨迹曲线绘制根据仿真结果,我们绘制了四条相轨迹曲线,以分析非线性环节对系统性能的影响。

三、实验结果与分析1. 线性连续控制系统仿真(a)阶跃响应仿真结果表明,两个系统的性能指标均满足设计要求。

(b)频率响应仿真结果表明,两个系统的幅频特性和相频特性均符合预期。

2. 非线性环节控制系统仿真(a)阶跃响应仿真结果表明,非线性环节对系统的性能产生了一定的影响,导致系统响应时间延长。

控制工程实训课程学习总结基于MATLAB的系统建模与仿真实验报告

控制工程实训课程学习总结基于MATLAB的系统建模与仿真实验报告

控制工程实训课程学习总结基于MATLAB 的系统建模与仿真实验报告摘要:本报告以控制工程实训课程学习为背景,基于MATLAB软件进行系统建模与仿真实验。

通过对实验过程的总结,详细阐述了系统建模与仿真的步骤及关键技巧,并结合实际案例进行了实验验证。

本次实训课程的学习使我深入理解了控制工程的基础理论,并掌握了利用MATLAB进行系统建模与仿真的方法。

1. 引言控制工程是一门应用广泛的学科,具有重要的理论和实践意义。

在控制工程实训课程中,学生通过实验来加深对控制系统的理解,并运用所学知识进行系统建模与仿真。

本次实训课程主要基于MATLAB软件进行,本文将对实验过程进行总结与报告。

2. 系统建模与仿真步骤2.1 确定系统模型在进行系统建模与仿真实验之前,首先需要确定系统的数学模型。

根据实际问题,可以选择线性或非线性模型,并利用控制理论进行建模。

在这个步骤中,需要深入理解系统的特性与工作原理,并将其用数学方程表示出来。

2.2 参数识别与估计参数识别与估计是系统建模的关键,它的准确性直接影响到后续仿真结果的可靠性。

通过实际实验数据,利用系统辨识方法对系统的未知参数进行估计。

在MATLAB中,可以使用系统辨识工具包来进行参数辨识。

2.3 选择仿真方法系统建模与仿真中,需要选择合适的仿真方法。

在部分情况下,可以使用传统的数值积分方法进行仿真;而在其他复杂的系统中,可以采用基于物理原理的仿真方法,如基于有限元法或多体动力学仿真等。

2.4 仿真结果分析仿真结果的分析能够直观地反映系统的动态响应特性。

在仿真过程中,需对系统的稳态误差、动态响应、鲁棒性等进行综合分析与评价。

通过与理论期望值的比较,可以对系统的性能进行评估,并进行进一步的优化设计。

3. 实验案例及仿真验证以PID控制器为例,说明系统建模与仿真的步骤。

首先,根据PID控制器的原理以及被控对象的特性,建立数学模型。

然后,通过实际实验数据对PID参数进行辨识和估计。

控制系统实训实验报告

控制系统实训实验报告

一、实验目的1. 了解控制系统的基本组成和原理。

2. 掌握控制系统调试和性能测试方法。

3. 培养动手能力和团队协作精神。

4. 熟悉相关实验设备和软件的使用。

二、实验原理控制系统是指通过某种方式对某个系统进行控制,使其按照预定的要求进行运行。

控制系统主要由控制器、被控对象和反馈环节组成。

控制器根据被控对象的输出信号,通过调节输入信号,实现对被控对象的控制。

本实验主要研究PID控制系统的原理和应用。

三、实验仪器与设备1. 实验箱:用于搭建控制系统实验电路。

2. 数据采集卡:用于采集实验数据。

3. 计算机:用于运行实验软件和数据处理。

4. 实验软件:用于控制系统仿真和调试。

四、实验内容1. 控制系统搭建:根据实验要求,搭建PID控制系统实验电路,包括控制器、被控对象和反馈环节。

2. 控制系统调试:对搭建好的控制系统进行调试,包括控制器参数的整定、系统稳定性和响应速度的调整等。

3. 控制系统性能测试:对调试好的控制系统进行性能测试,包括系统稳定性、响应速度、超调量等指标。

4. 控制系统仿真:利用实验软件对控制系统进行仿真,分析系统在不同参数下的性能。

五、实验步骤1. 控制系统搭建:按照实验要求,连接控制器、被控对象和反馈环节,搭建PID控制系统实验电路。

2. 控制系统调试:根据实验要求,调整控制器参数,使系统达到预定的性能指标。

3. 控制系统性能测试:对调试好的控制系统进行性能测试,记录测试数据。

4. 控制系统仿真:利用实验软件对控制系统进行仿真,分析系统在不同参数下的性能。

六、实验结果与分析1. 控制系统搭建:成功搭建了PID控制系统实验电路。

2. 控制系统调试:通过调整控制器参数,使系统达到预定的性能指标。

3. 控制系统性能测试:系统稳定性、响应速度、超调量等指标均达到预期效果。

4. 控制系统仿真:仿真结果表明,系统在不同参数下具有良好的性能。

七、实验总结1. 通过本次实验,了解了控制系统的基本组成和原理。

控制系统仿真实验报告书

控制系统仿真实验报告书

一、实验目的1. 掌握控制系统仿真的基本原理和方法;2. 熟练运用MATLAB/Simulink软件进行控制系统建模与仿真;3. 分析控制系统性能,优化控制策略。

二、实验内容1. 建立控制系统模型2. 进行仿真实验3. 分析仿真结果4. 优化控制策略三、实验环境1. 操作系统:Windows 102. 软件环境:MATLAB R2020a、Simulink3. 硬件环境:个人电脑一台四、实验过程1. 建立控制系统模型以一个典型的PID控制系统为例,建立其Simulink模型。

首先,创建一个新的Simulink模型,然后添加以下模块:(1)输入模块:添加一个阶跃信号源,表示系统的输入信号;(2)被控对象:添加一个传递函数模块,表示系统的被控对象;(3)控制器:添加一个PID控制器模块,表示系统的控制器;(4)输出模块:添加一个示波器模块,用于观察系统的输出信号。

2. 进行仿真实验(1)设置仿真参数:在仿真参数设置对话框中,设置仿真时间、步长等参数;(2)运行仿真:点击“开始仿真”按钮,运行仿真实验;(3)观察仿真结果:在示波器模块中,观察系统的输出信号,分析系统性能。

3. 分析仿真结果根据仿真结果,分析以下内容:(1)系统稳定性:通过观察系统的输出信号,判断系统是否稳定;(2)响应速度:分析系统对输入信号的响应速度,评估系统的快速性;(3)超调量:分析系统超调量,评估系统的平稳性;(4)调节时间:分析系统调节时间,评估系统的动态性能。

4. 优化控制策略根据仿真结果,对PID控制器的参数进行调整,以优化系统性能。

调整方法如下:(1)调整比例系数Kp:增大Kp,提高系统的快速性,但可能导致超调量增大;(2)调整积分系数Ki:增大Ki,提高系统的平稳性,但可能导致调节时间延长;(3)调整微分系数Kd:增大Kd,提高系统的快速性,但可能导致系统稳定性下降。

五、实验结果与分析1. 系统稳定性:经过仿真实验,发现该PID控制系统在调整参数后,具有良好的稳定性。

控制系统设计实验报告

控制系统设计实验报告

控制系统设计实验报告本实验旨在设计并验证一个基本控制系统,通过对系统的各种参数进行调整,以实现对被控对象的控制。

在本实验中,我们将尝试使用PID控制器来控制一个由电机驱动的转动物体的角度。

通过调整PID控制器的参数,我们将研究不同参数对系统性能的影响,以及如何优化控制系统以实现更精确的控制。

1. 实验设备与原理我们使用的控制系统由以下几个部分组成:电机驱动的转动物体、编码器、PID控制器、电机驱动器以及PC这几个基础模块。

电机驱动的转动物体作为被控对象,编码器用于检测物体的实际角度,PID控制器根据检测到的角度与期望角度之间的误差来调整控制信号,电机驱动器根据PID控制器输出的信号驱动电机进行运动,PC用于设置期望角度、监控系统运行情况以及调整PID控制器的参数。

2. 实验步骤首先,我们需要连接各个模块,确保他们能够正常工作。

然后,在PC上设置期望角度,并将PID控制器初始参数设为0,0,0。

启动系统后,我们可以观察到被控对象的实际角度逐渐接近期望角度。

接下来,我们开始调整PID控制器的参数,首先逐步增大比例系数Kp,观察系统响应速度以及超调量的变化。

然后,我们继续增大积分系数Ki,观察系统的稳定性和静差的变化。

最后,我们调整微分系数Kd,观察系统对干扰的抑制能力。

通过这一系列操作,我们可以找到最佳的PID控制器参数组合,使系统表现出最优的性能。

3. 实验结果与分析经过多次实验,我们得到了一组最佳的PID控制器参数:Kp=1.2,Ki=0.5,Kd=0.1。

使用这组参数,系统能够在较短的时间内将被控对象的实际角度调整到期望角度,且幅度较小的超调量。

同时,系统对干扰的抑制也表现出较好的效果,能够快速回到期望角度。

4. 结论与展望通过本实验,我们成功设计并验证了一个基本的控制系统,并找到了最佳的PID控制器参数组合。

在今后的研究中,我们可以进一步优化控制系统,尝试其他类型的控制器,如模糊控制器、神经网络控制器等,以实现更加精确和高效的控制。

控制系统设计与仿真实验报告

控制系统设计与仿真实验报告

控制系统设计与仿真上机实验报告学院:自动化学院班级:自动化姓名: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。

222()2nn nG 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。

222()(2)(1)nn nG 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。

112322331223x x x x x x x xx 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:1s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:151s+,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:1201s+,副回路为:151s+,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)()iU s Kp E sT 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。

《MATLAB与控制系统仿真》实验报告

《MATLAB与控制系统仿真》实验报告

《MATLAB与控制系统仿真》实验报告实验报告:MATLAB与控制系统仿真引言在现代控制工程领域中,仿真是一种重要的评估和调试工具。

通过仿真技术,可以更加准确地分析和预测控制系统的行为和性能,从而优化系统设计和改进控制策略。

MATLAB是一种强大的数值计算软件,广泛应用于控制系统仿真。

实验目的本实验旨在掌握MATLAB在控制系统仿真中的应用,通过实践了解控制系统的建模与仿真方法,并分析系统的稳定性和性能指标。

实验内容1.建立系统模型首先,根据控制系统的实际情况,建立系统的数学模型。

通常,控制系统可以利用线性方程或差分方程进行建模。

本次实验以一个二阶控制系统为例,其传递函数为:G(s) = K / [s^2 + 2ζω_ns + ω_n^2],其中,K表示放大比例,ζ表示阻尼比,ω_n表示自然频率。

2.进行系统仿真利用MATLAB软件,通过编写代码实现控制系统的仿真。

可以利用MATLAB提供的函数来定义传递函数,并通过调整参数来模拟不同的系统行为。

例如,可以利用step函数绘制控制系统的阶跃响应图像,或利用impulse函数绘制脉冲响应图像。

3.分析系统的稳定性与性能在仿真过程中,可以通过调整控制系统的参数来分析系统的稳定性和性能。

例如,可以改变放大比例K来观察系统的超调量和调整时间的变化。

通过观察控制系统的响应曲线,可以判断系统的稳定性,并计算出性能指标,如超调量、调整时间和稳态误差等。

实验结果与分析通过MATLAB的仿真,我们得到了控制系统的阶跃响应图像和脉冲响应图像。

通过观察阶跃响应曲线,我们可以得到控制系统的超调量和调整时间。

通过改变放大比例K的值,我们可以观察到超调量的变化趋势。

同时,通过观察脉冲响应曲线,我们还可以得到控制系统的稳态误差,并判断系统的稳定性。

根据实验结果分析,我们可以得出以下结论:1.控制系统的超调量随着放大比例K的增大而增大,但当K超过一定值后,超调量开始减小。

2.控制系统的调整时间随着放大比例K的增大而减小,即系统的响应速度加快。

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阅读使人充实,会谈使人敏捷,写作使人精确。

——培根
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
姓名:
学号:
法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西,从任何源泉吸收都不可耻。


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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?,??n10?0.5,??(s)G n22?????2ss nn3、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。

2?,,??5T?n100.5,???Gs)(
n22???1)?s(?2s)(Ts?nn4、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:
法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西,从任何源泉吸收都不可耻。


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——培根
;曲线如下:
法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西,从任何源泉吸收都不可耻。

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——培根
法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西,从任何源泉吸收都不可耻。

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二、第二次上机任务
试用simulink方法解微分方程,并封装模块,输出为。

得到各、1x i 状态变量的时间序列,以及相平面上的吸引子。

?x?x??xx?3121?
??xx?x???322
??xx?xx??x??32321参数入口为的值以及的初值。

(其中,以及??????x28?10,?8/,,3,?i1模块输入是输出量的微分。

)初值分别为提示:0.001xxx?0,?0,?312s:Simulink
:
曲线如下
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1,分别分搭建PI控制器的控制回路,被控对象传递函数:2、用simulink
1?5s析、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。

1)(、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。

2)(11PI,副回路为:,主回路采用(3)、主控制回路传递函数为:
1?15s20s?分析控制系统对主回路以及副回路的阶跃扰动的控制器,控制器,副回路采用P1控制器表达式为,串级控制如图所示。

抑制。

注:PI)(s(1sU()?Kp?)E
sT i
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(1)
)(2
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(3)
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——培根
3. 60度。

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

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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),0.8整流器接一一阶惯性环节,惯性环节的输出波形。

?G(s)5s?0.8
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、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。

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、3?(s)G?(z)D,试,控制器为若被控对象传递函数为
T?T?0.1e1?e?z0.2
?T0.1?T s(s?1)1?ez?e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。

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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:
?t?0.t25)(t()ut(is t n?2y6?e)e)(yt?)(yt?
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。

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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::
32?3s??2s1sG(s)?1()342?ss?ss?51?213??(2)XX???
25??解:(1)
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)(2
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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?(s)G2S?1
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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5?n2?n?s)G(
22?????2ss nn
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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。

k?))H(ssG((2s?1)(s?1)(0.1s?1)
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、已知系统开环传递函数如下72?)(s)Hs(G
1)??1)(0.1SSS(0.5。

系统单位斜坡稳,调节时间为20%1s试设计一超前校正环节,使得超调量为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。

10%态响应误差为。

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