自控第二次实验报告
自动控制实验2实验报告
⾃动控制实验2实验报告:实验报告项⽬名称: MATLAB⽤于时域分析课程名称: ⾃动控制原理信息科学与⼯程学院通信⼯程系⼀、实验名称：MATLAB⽤于时域分析⼆、1）⼀阶系统响应sys1=tf([100],[1 0]);sys2=tf([0.1],[1]);sys=feedback(sys1,sys2);step(sys)1）⼆阶系统响应%Wn=1;t=0:0.1:12;num=[1];zetal=0;den1=[1 2*zetal 1]; zeta3=0.3; den3=[1 2*zeta3 1]; zeta5=0.5; den5=[1 2*zeta5 1]; zeta7=0.7; den7=[1 2*zeta7 1]; zeta9=1.0; den9=[1 2*zeta9 1]; [y1,x,t]=step(num,den1,t);[y3,x,t]=step(num,den3,t);[y5,x,t]=step(num,den5,t);[y7,x,t]=step(num,den7,t);[y9,x,t]=step(num,den9,t);plot(t,y1,t,y3,t,y5,t,y7,t,y9); grid on3）稳定性分析den=[1 1 2 24];roots(den)4）动态性能分析t=0:0.01:2;num=[1000];den=[1 34.5 1000];[y,x,t]=step(num,den,t);plot(t,y);%求超调量maxy=max(y);yss=y(length(t));pos=100*(maxy-yss)/yss%求峰值时间for i=1:1:201if y(i)==maxy,n=i;endendtp=(n-1)*0.01%求调节时间for i=n:1:201if(y(i)<1.05&y(i)>0.95),m=i;break;endendym=y(18)ts=(m-1)*0.015）稳态误差分析%-----------单位冲击-------t=0:0.1:15;[num1,den1]=cloop([1],[1,1]);[num2,den2]=cloop([1],[1,1,0]); [num3,den3]=cloop([4,1],[1,1,0,0]); y1=impulse(num1,den1,t); y2=impulse(num2,den2,t);y3=impulse(num3,den3,t);subplot(3,1,1);plot(t,y1);subplot(3,1,2);plot(t,y2);subplot(3,1,3);plot(t,y3);er1=0-y1(length(t))%0型系统稳态误差er2=0-y2(length(t))%1型系统稳态误差er3=0-y3(length(t))%2型系统稳态误差figure;%-----------单位阶跃-------t=0:0.1:20;[num1,den1]=cloop([1],[1,1]);[num2,den2]=cloop([1],[1,1,0]); [num3,den3]=cloop([4,1],[1,1,0,0]); y1=step(num1,den1,t);y2=step(num2,den2,t);y3=step(num3,den3,t);subplot(3,1,1);plot(t,y1);subplot(3,1,2);plot(t,y2);subplot(3,1,3);plot(t,y3);er4=0-y1(length(t))%0型系统稳态误差er5=0-y2(length(t))%1型系统稳态误差er6=0-y3(length(t))%2型系统稳态误差figure%-----------单位斜坡-------t=0:0.1:20;t1=0:0.1:20;[num1,den1]=cloop([1],[1,1]);[num2,den2]=cloop([1],[1,1,0]); [num3,den3]=cloop([4,1],[1,1,0,0]); y1=step(num1,[den1 0],t);y2=step(num2,[den2 0],t);y3=step(num3,[den3 0],t);subplot(3,1,1);plot(t1,y1,t1,t1); subplot(3,1,2);plot(t,y2,t,t); subplot(3,1,3);plot(t,y3,t,t);er7=t1(length(t1))-y1(length(t))%0型系统稳态误差er8=t(length(t))-y2(length(t))%1型系统稳态误差er9=t(length(t))-y3(length(t))%2型系统稳态误差6）实例分析：kp=[0.11 6];t=[0:0.01:1];num1=303.03*kp(1);den1=[0.00001 0.00633 0.20167 21.21*kp(1)+1]; y1=step(num1,den1,t);num2=303.03*kp(2);den2=[0.00001 0.00633 0.20167 21.21*kp(2)+1]; y2=step(num2,den2,t);subplot(211),plot(t,y1);subplot(212);plot(t,y2);gtext('kp=0.11');gtext('kp=6');。
自动控制原理2 实验报告
中国石油大学（北京）实验报告实验课程：自动控制原理2实验名称：采样控制系统分析班级：学号: 姓名：实验台号：成绩：实验日期：年月日实验1采样控制系统一、实验目的考察连续时间系统的采样控制中，零阶保持器的作用与采样时间间隔Ts对系统稳定性的影响。
二、实验步骤1、典型单位负反馈连续时间系统的开环传递函数为G(s)=K/(s2+s),借助于Matlab 仿真,并分析并验证K对系统性能的影响。
步骤：Matlab相关命令：Gs=tf([1],[1 1 0]) ;pzmap(Gs);figure(1)rlocus(Gs);K值变化时的阶跃相应曲线for k=[0,0.01,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25]num=[k];den=[1,1,0]Gs=tf(num,den);figure(1)margin(Gs);figure(2)t=0:0.001:500;step(Gs,t);grid;hold onend2、将上述连续系统离散化，成为带零阶保持器的采样系统。
借助于Matlab仿真，调整采样周期T 和增益K 的大小，观察T 和K 对系统稳定性和调节性能的影响。
调整系数，给出[1]p384-385习题7-24和7-26的答案。
实验步骤：（1） 确定有零阶保持器的开环系统脉冲传递函数G(z)。
))(1()1()(T T e z z z e K z G -----=Matlab 相关命令：for k=[0,0.01,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25]num=[k*0.1,0];den=[1,-1.9,0.9];G1=tf(num,den);G=tf2zp(num,den);Gd=c2d(G,0.1,’zoh ’);G0=feedback(Gd,a);t=0:0.1:50;u=1;tsim(G0,u,t,0);gridfor k=[0,0.01,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25]G=tf([5],[1 1 0]);Gd=c2d(G,0.1,'zoh');G0=feedback(Gd,1);t=0:0.1:50;step(G0,t); gridxlabel('t');ylable('c(t)');title(‘ramp response ’)hold onend当T=0.1，0.5,1,2时分别重复上面的命令习题7-247-24(1)求出脉冲传递函数：程序代码：rlocus(G)G0=tf([1],[1 10 0 ]);G=c2d(G0,0.1,'zoh')G =0.003679 z + 0.002642----------------------z^2 - 1.368 z + 0.3679Sample time: 0.1 secondsDiscrete-time transfer function.（2）求闭环系统的z特征方程feedback(G,1)ans =0.003679 z + 0.002642----------------------z^2 - 1.364 z + 0.3705Sample time: 0.1 secondsDiscrete-time transfer function.（3）计算使系统稳定的K的最大值rlocus(G)（4）K=78（5）求闭环脉冲传递函数并绘出单位阶跃响应曲线程序代码：G0=tf([78],[1 10 0 ]);G=c2d(G0,0.1,'zoh')Gd= feedback(G,1);t=0:0.1:6;step(Gd,t)Gd =0.2869 z + 0.2061---------------------z^2 - 1.081 z + 0.574Sample time: 0.1 seconds Discrete-time transfer function. 阶跃响应曲线：(6)系统闭环极点以及超调量程序代码：G0=tf([120],[1 10 0 ]);G=c2d(G0,0.1,'zoh');Gd=feedback(G,1);t=0:0.1:6;step(Gd,t)Transfer function:0.4415 z + 0.3171----------------------z^2 - 0.9264 z + 0.685 Sampling time: 0.1b = [0.4415 0.3171];a = [1 -0.9264 0.685]; [b,a] = eqtflength(b,a); [z,p,k] = tf2zp(b,a)z =-0.7182p =0.4632 + 0.6859i0.4632 - 0.6859i k =0.4415超调量为53.8%. (7) t=0:0.1:6;step(Gd,t)7-267-26.程序代码：G0=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G0,0.2,'zoh');Gd=feedback(G,1);t=0:0.2:20;step(Gd,t)hold onG0=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G0,0.4,'zoh');Gd=feedback(G,1);t=0:0.4:20;step(Gd,t)hold onG0=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G0,0.6,'zoh');Gd=feedback(G,1);t=0:0.6:25;step(Gd,t)hold onG0=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G0,0.8,'zoh');Gd=feedback(G,1);t=0:0.8:30;step(Gd,t)hold onG0=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G0,1.0,'zoh');Gd=feedback(G,1);t=0:1.0:30;step(Gd,t)hold onG0=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G0,1.2,'zoh');Gd=feedback(G,1);t=0:1.2:30;step(Gd,t)hold on实验图形记录：（1）T=0.2s%21%;8.38s T σ==（2）T=0.4s%26%;8.53s T σ==（3）T=0.6s%31%;11.4s T σ==（4）T=0.8ss（5）T=1.0s（6）%40%;15.3s T σ==（7）T=1.2ssT 从0.2s 到1.2s3、计算机控制系统如图5-7所示，采样周期T=0.1s ，试分析不同的PID 调节器及不同参数对系统性能的影响，并分析各种情况下PID 参数的选择方法。
自控实验报告2
自动控制原理实验报告（根轨迹实验）物电学院 电气12（1）班 徐楠 12223110一、实验目的熟悉MATLAB 用于控制系统中的一些基本编程语句和格式。
利用MATLAB 语句绘制系统的根轨迹。
掌握用根轨迹分析系统性能的图解方法。
掌握系统参数变化对特征根位置的影响。
二、基础知识及MATLAB 函数根轨迹是指系统的某一参数从零变到无穷大时，特征方程的根在s 平面上的变化轨迹。
这个参数一般选为开环系统的增益K 。
课本中介绍的手工绘制根轨迹的方法，只能绘制根轨迹草图。
而用MA TLAB 可以方便地绘制精确的根轨迹图，并可观测参数变化对特征根位置的影响。
假设系统的对象模型可以表示为11210111()()m m m m nn n nb s b s b s b G s KG s K s a s b s a -+--++++==++++系统的闭环特征方程可以写成01()0KG s +=对每一个K 的取值，我们可以得到一组系统的闭环极点。
如果我们改变K 的数值，则可以得到一系列这样的极点集合。
若将这些K 的取值下得出的极点位置按照各个分支连接起来，则可以得到一些描述系统闭环位置的曲线，这些曲线又称为系统的根轨迹。
绘制系统的根轨迹rlocus （）MATLAB 中绘制根轨迹的函数调用格式为:rlocus(num,den) 开环增益k 的范围自动设定。
rlocus(num,den,k) 开环增益k 的范围人工设定。
rlocus(p,z) 依据开环零极点绘制根轨迹。
r=rlocus(num,den) 不作图，返回闭环根矩阵。
[r,k]=rlocus(num,den) 不作图，返回闭环根矩阵r 和对应的开环增益向量k 。
其中，num,den 分别为系统开环传递函数的分子、分母多项式系数，按s 的降幂排列。
K 为根轨迹增益，可设定增益范围。
三、实验内容Ⅰ、请绘制下面系统的根轨迹曲线同时得出在单位阶跃负反馈下使得闭环系统稳定的K 值的范围。
自控实验第二次报告
实验二典型系统瞬态响应及性能的改善1.实验目的1.学习瞬态性能指标的测试技能。
2.掌握参数对系统瞬态指标的测试技能。
3.了解和观测校正装置对系统稳定性及瞬态特性的影响。
2.实验设备PC 机一台，TD -ACC +实验系统一套3.实验内容1.观测开环传递函数G s 0.5(0.51)Ks s +（）=的典型二阶系统，在不同参数（K=4,5,10）下的阶跃响应。
2.观测开环传递函数10G s 0.5(0.51)s s +（）=的典型二阶系统，加入校正装置后系统动态性能的改善，并测试性能指标。
4.实验原理1.典型二阶系统瞬态响应典型二阶系统的传递函数为2B 2G ()21nn s s s ϖξϖ=++，ξ和n ϖ是决定二阶系统动态性能的两个重要参数，这两个参数的变化会引起系统节约响应的超调量、调节时间等动态性能指标的变化，图2-1是典型二阶模拟系统原理方框图，系统中其他参数不变的情况下，系统放大倍数K 的改变决定了参数ξ和n ϖ的变化，从而对系统研究动态性能产生影响。
系统的开环传递函数为01()(1)K G s T s T s =+闭环传递函数为2012222010101/()()1()2n n n K T T C s Ks K R s T T s T s K s s s s T T T ϖξϖϖΦ====++++++无阻尼自然频率n ϖ阻尼比ξ可以看出T 0、T 1一定时，改变K 值就可以改变ξ。
当=1ξ时，系统为临界阻尼，1ξ<为欠阻尼，1ξ>为过阻尼，欠阻尼系统比临界阻尼系统更快地达到稳态值，过阻尼系统反应迟钝，所以一般系统大都设计成欠阻尼系统。
当0<ξ<1,即欠阻尼情况时，典型二阶系统的单位阶跃响应为衰减震荡()10) (t 0)n t d C t ξϖϖ-=+≥峰值时间：t p d πϖ==超调量：p %100%e σ-=⨯调节时间：4(=2)s nt ξϖ=∆时图2-2是图2-1的模拟电路图。
自控原理II实验指导书
实验一、采样系统仿真一、实验目的1、认识采样系统与模拟系统的不同。
2、研究采样周期对采样系统性能的影响。
二、实验内容采样系统如图9-1和图9-2所示，观察采样周期为0.1秒时采样系统与原连续系统的阶跃响应的不同。
然后观察采样周期分别为0.01秒、0.1秒和0.5秒时，采样系统阶跃响应的变化，研究采样周期对采样系统的影响。
图9-1 采样系统图9-2 采样系统三、实验步骤1、通过MATLAB仿真，研究采样系统（采样周期为0.1秒）与连续系统的不同。
2、观察采样周期分别为0.01秒、0.1秒和0.5秒时采样系统阶跃响应，研究采样周期对采样系统的影响。
四、实验报告1、通过实验数据说明采样系统与连续系统的不同。
2、通过实验数据说明采样周期对采样系统性能的影响。
五、思考题1、采样系统中，采样周期是如何选取的？2、采样系统与连续系统的差别取决于什么因素？实验二、采样系统校正一、实验目的1．掌握用连续系统设计方法对采样系统进行设计。
2．掌握采样系统中采样周期的选择方法。
二、实验内容采样控制系统如图10-1所示，选择合理的采样周期，设计串联校正装置的参数k、a和b，使校正后系统满足的期望性能为：Mp≤5%，tp≤0.5秒。
图10-1 采样控制系统三、实验步骤1、从期望的性能指标，求出2阶系统的期望极点。
2、按照串联校正的设计方法，设计校正装置参数k、a和b。
3、在MA TLAB环境下，对校正后的系统性能进行仿真验证。
四、实验报告1、实验前进行理论设计，写出详细设计步骤。
2、记录实验有关数据及图表。
3、实验数据分析。
五、思考题1、将连续系统的设计方法用于采样系统设计，应注意那些问题？2、设计采样系统的校正网络，可采用那些方法？实验三、非线性控制系统分析一、实验目的1、认识非线性环节的输入输出特性。
2、研究非线性环节对线性系统的影响。
二、实验内容1、在输入端加入正弦信号，观察饱和、死区、纯滞后环节的输出信号，认识它们的输入输出特性，改变非线性环节的参数进行实验，认识这些参数的作用。
东华大学自控实验——第二份实验报告
《自动控制原理实验》实验报告（二）一、Simulink仿真二、自控原理模拟实验（线性系统的时域分析）姓名：刘克勤学号：110901112班级：自动化1104班指导老师：石洪瑞东华大学信息学院12345678910MP5.6为了保持飞机的航向和飞行高度，人们设计了如图MP5.6所示的飞机自动驾驶仪。
(a) 假设框图中的控制器是固定增益的比例控制器()2c G s = ，输入为斜坡信号(),0.5/dt at a s θ== ，利用matlab 计算并以曲线显示系统的斜坡响应，求出10s 后的航向角误差。
(b) 为了减小稳态跟踪误差，可以采用较复杂的比例积分控制器(PI)，即()2112c K G s K s s=+=+ 试重复(a)中的仿真计算，并比较这两种情况下的稳态跟踪误差。
图MP5.6 飞机自动驾驶仪框图(a) 解：Simulink 仿真原理图 ：运行结果如下：12345678910(b)解：Simulink 仿真原理图 ：运行结果如下：MP5.7 导弹自动驾驶仪速度控制回路的框图如图MP5.7所示，请用MATLAB/Simulink 求系统的单位阶跃响应，并求出峰值PtM 、超调量..%P O ，峰值时间P T 、调整时间S T 。
.图MP5.7 导弹自动驾驶仪速度控制回路解：Simulink仿真原理图：仿真结果：00.10.20.30.40.50.60.70.80.91峰值时间：Tp=0.1062；峰值：Mp=1.294；超调量：P.O.=(1.294-1)/1=0.294=29.4% 。
00.51 1.52 2.53 3.54 4.55系统稳态值为1，根据2%的误差准则，系统稳定到0.98时的调整时间约为：Ts=2.539。
0102030405060MP5.8 设计如下系统的Simulink 仿真图，求系统的阶跃响应曲线及超调量、调整时间。
图MP5.8 非单位反馈控制系统解：Simulink 仿真原理图：运行结果：由系统稳态值为0.5，根据2%的误差准则，系统稳定到0.51的时间即为调整时间Ts=39.05。
自控实验报告实验二
自控实验报告实验二一、实验目的本次自控实验的目的在于深入理解和掌握控制系统的性能指标以及相关参数对系统性能的影响。
通过实验操作和数据分析，提高我们对自控原理的实际应用能力，培养解决实际问题的思维和方法。
二、实验设备本次实验所使用的设备主要包括：计算机一台、自控实验箱一套、示波器一台、信号发生器一台以及相关的连接导线若干。
三、实验原理在本次实验中，我们主要研究的是典型的控制系统，如一阶系统和二阶系统。
一阶系统的传递函数通常表示为 G(s) ＝ K ／（Ts ＋ 1)，其中 K 为增益，T 为时间常数。
二阶系统的传递函数则可以表示为 G(s) ＝ωn² ／（s²＋2ζωn s ＋ωn²)，其中ωn 为无阻尼自然频率，ζ 为阻尼比。
通过改变系统的参数，如增益、时间常数、阻尼比等，观察系统的输出响应，从而分析系统的稳定性、快速性和准确性等性能指标。
四、实验内容与步骤1、一阶系统的阶跃响应实验按照实验电路图连接好实验设备。
设置不同的时间常数 T 和增益 K，通过信号发生器输入阶跃信号。
使用示波器观察并记录系统的输出响应。
2、二阶系统的阶跃响应实验同样按照电路图连接好设备。
改变阻尼比ζ 和无阻尼自然频率ωn，输入阶跃信号。
用示波器记录输出响应。
五、实验数据记录与分析1、一阶系统当时间常数 T ＝ 1s，增益 K ＝ 1 时，系统的输出响应呈现出一定的上升时间和稳态误差。
随着时间的推移，输出逐渐稳定在一个固定值。
当 T 增大为 2s，K 不变时，上升时间明显变长，系统的响应速度变慢，但稳态误差基本不变。
2、二阶系统当阻尼比ζ ＝ 05，无阻尼自然频率ωn ＝ 1rad/s 时，系统的输出响应呈现出较为平稳的过渡过程，没有明显的超调。
当ζ 减小为 02，ωn 不变时，系统出现了较大的超调，调整时间也相应变长。
通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：对于一阶系统，时间常数 T 越大，系统的响应速度越慢；增益 K 主要影响系统的稳态误差。
自控实验报告实验二
实验二 线性系统时域响应分析一、实验目的1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。
2．通过响应曲线观测特征参量ζ和n ω对二阶系统性能的影响。
3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。
二、实验内容1．观察函数step( )和impulse( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为146473)(2342++++++=s s s s s s s G可以用几种方法绘制出系统的阶跃响应曲线？试分别绘制。
2．对典型二阶系统2222)(nn n s s s G ωζωω++= 1）分别绘出)/(2s rad n =ω，ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响，并计算ζ=0.25时的时域性能指标ss s p r p e t t t ,,,,σ。
2）绘制出当ζ=0.25, n ω分别取1,2,4,6时单位阶跃响应曲线，分析参数nω对系统的影响。
3．单位负反馈系统的开环模型为)256)(4)(2()(2++++=s s s s Ks G试判断系统的稳定性，并求出使得闭环系统稳定的K 值范围。
三、实验报告1．观察函数step( )和impulse( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为146473)(2342++++++=s s s s s s s G 可以用几种方法绘制出系统的阶跃响应曲线？试分别绘制。
1) 程序代码如下： >> num=[1 3 7];den=[1 4 6 4 1 0]; impulse(num,den) grid曲线如下：2) 程序代码如下：num=[1 3 7 0]; den=[1 4 6 4 1 0]; step(num,den) grid曲线如下：2．对典型二阶系统2222)(nn n s s s G ωζωω++= 1）分别绘出)/(2s rad n =ω，ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响，并计算ζ=0.25时的时域性能指标ss s p r p e t t t ,,,,σ。
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四、实验方法与步骤:
1、实验要求：绘出所给传递函数的闭环根轨迹，找出根轨迹与虚轴交点处的K值
实验程序：num=1;
den=[1 16 36 80 0];
G=tf(num,den)
K=0:0.05:500;
rlocus(G,K)
[K,POLES]=rlocfind(G)
根轨迹：
selected_point = 0.0166 + 2.2733i
K =162.1752
POLES =
-13.7413
-2.3160
0.0287 + 2.2572i
0.0287 - 2.2572i
故根轨迹与虚轴交点处的K值为162.1752
2、实验要求：绘出所给传递函数的闭环系统根轨迹，分析系统的稳定性
实验程序：num=[1 3];
den=conv([1 3 2],[1 5 4]);
G=tf(num,den);
k=0:0.05:500;
rlocus(G,k)
[K,POLES]=rlocfind(G)
根轨迹：
selected_point = -0.0000 + 2.5093i
K =28.2680
POLES =
-5.1284
0.0028 + 2.5079i
0.0028 - 2.5079i
-2.8772
系统与虚轴交点处K值为28.6820，此为系统的临界稳定增益，所以当0<K<28.6820时系统是稳定的。
3、实验要求：编程绘制惯性环节的伯德图和奈奎斯特图
实验程序：s=tf('s');
G=1/(0.005*s+1); w=logspace(-2,3,100); bode(G,w) grid num=1;
den=[0.005 1]; nyquist(num,den) grid
对数幅频和相频曲线、奈奎斯特曲线：
-15-10
-5
M a g n i t u d e (d B
)10
10
10
10
10
10
P h a s e (d e g )
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
-1
-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81
Nyquist Diagram
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
4、实验要求：在同一平面内绘制不同阻尼系数下的伯德图、奈奎斯特图以及增益
相位的伯德图，并求出其相应的谐振峰值、谐振频率
实验程序：l=[0.2 0.4 0.8];
for i=1:3
G=tf(1,[0.002^2 2*0.002*l(i) 1]); figure(1); bode(G) grid
if (l(i)>0)&&(l(i)<=0.707)
L=l(i)
w=(1/0.002)*sqrt(1-2*(l(i)^2)) M=1/(2*l(i)*sqrt(1-(l(i)^2))) end hold on; figure(2); nyquist(G) grid hold on; figure(3); margin(G)
grid
hold on; end
阻尼系数：L=0.2000
谐振频率：w =479.5832
谐振峰值：M =2.5516
阻尼系数：L=0.4000
谐振频率：w =412.3106
谐振峰值：M =1.3639
存在谐振的曲线只有两条，即l=0.2和l=0.4时，因为存在谐振的条件是阻尼系数l要在0到0.707的范围内。