自控仿真作业.

《自动控制原理》MATLAB分析与设计

仿真实验报告

院系：电信学院

班级：自动化3班

姓名： zh

学号： 16757888

时间：2015 年 12 月 31 日

电气工程与信息工程学院

第三章 线性系统的时域分析法

3-5设单位反馈系统的开环传递函数为

)6.0(1

4.0)(++=

s s s s G 。 试求：1）系统在单位阶跃输入下的动态性能。

2）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。

解：

画SIMULINK 图：

没有忽略闭环零点和忽略闭环零点的对比系统接线图

曲线和表格：

12345678910

00.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

没有忽略闭环零点忽略闭环零点

由图像可以算出：

Ts δ % Tp 没有忽略闭环零点

7.74s

18%

3.63s

分析与结论：

从系统曲线图中可以看见当没有忽略闭环零点时，调节速度快但是超调量大。 从系统曲线图中可以看见忽略闭环零点时，调节速度慢但是超调量小。

我们可以用程序做的图中可以直接读出数据（如：调节时间、超调量）。但是，SIMULINK 做的图中是不可以直接读出，只能看到它的大致走向。

3-9 设控制系统如图所示，要求：

取τ1=0，τ2=0.1，计算测速反馈校正系统的超调量、调节时间和速度误差；取τ1=0.1，τ2=0，计算比例-微分校正系统的超调量、调节时间和速度误差。

解：

画SIMULINK 图：

τ1=0，τ2=0.1

忽略闭环零点 8.08s 16.3% 3.16s

τ1=0.1，τ2=0

不加比例微分和微分反馈和以上环节进行比较

曲线和表格：

12345678910

00.20.40.60.811.2 1.41.6

t1=0,t2=0t1=0.1,t2=0t1=0,t2=0.1

系统 Ts

Tp 峰值 δ %

原函数 7.32 1.01 1.6 60.5 测速反馈

3.54

1.05

1.35

35.1

比例微分 3.44 0.94 1.37 37.1

分析与结论：

总结：测速反馈控制与比例-微分控制都可以改善二阶系统的动态特性，但是他们也有各自的特点。

比例-微分控制对系统的开环增益和自然频率均无影响，测速反馈控制虽然不影响自然频率，但是会降低开环增益。因此对于确定的常值稳态误差，测速反馈控制要求有较大的开环增益。

比例-微分控制的阻尼作用产生于系统的输入端误差信号的速度，而测速反馈控制的阻尼作用来源于系统输出端的响应的速度，因此对于给定的开环增益和指令输入速度，后者对应较大的稳态误差。

3-30 火星自主漫游车的导向控制系统结构图如图所示。该系统在漫游车的前后

部都装有一个导向轮，起反馈通道传递函数为H(s)=1+Kt s要求：

（1）确定是系统稳定的Kt值范围；

（2）当S3=-5为该系统的一个闭环系统特征根时，试计算Kt的取值，并计算另外两个闭环特征根；

应用；

（3）求出的Kt值，确定系统的单位阶跃响应。

解:

画SIMULINK图：

曲线和表格：

0510152025

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

分析与结论

Kt 的取值比较麻烦，通过不断地试探会发现当Kt=2.7时，满足要求，闭环极点全部为负实极点。同时系统没有闭环有限零点，因此系统的单位阶跃响应必然为非周期形态。

E3.3 A closed-loop control system is shown in Fig3.2, Determine the transfer function C(s)/R(s).

Determine the poles and zeros of the transfer function.

Use a unit step input, R(s)=1/s, and obtain the partial fraction expansion for C(s) and the steady-state value.

Plot C(t) and discuss the effect of the real and complex poles of the transfer function.

解：画SIMULINK 图：

曲线图

00.51 1.52 2.53 3.54 4.55

-0.2

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

分析与结论:

我们可以从图像可以看出系统刚开始调节不稳定，随着调节时间的增加，系统慢慢稳定，最后趋向于1。

英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，在100=a K 时，试采用微分反馈控制方法，并通过控制器参数的优化，使系统性能满足

%5%,σ<3250,510s ss t ms d -≤<⨯等指标 解：

画SIMULINK 图：

曲线图

第三步：分析与结论

若采用微分反馈方法使系统性能满足%5%,σ<3250,510s ss t ms d -≤<⨯等指标，但是，需要增大Ka 大一些，进一步减小扰动带来的影响。

第四章 线性系统的根轨迹法

4-5 设单位反馈控制系统的开环传递函数如下，要求：

概略绘出)23)(23)(5.3)(1(*

k )(j s j s s s s s G -+++++=

的闭环根轨迹图。

解： 程序

G=zpk([],[0 -1 -3.5 -3-2i -3+2i],1) %建立开环系统模型 rlocus(G);%根轨迹

曲线图