成都理工大学自动控制原理

自

动

控

制

实

验

报

告

专业：电气工程及其自动化姓名：

学号：

指导老师：

时间：

实验一典型环节的MATLAB仿真

一、实验目的

1、学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。

2、学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。

3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、实验内容

构成下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。

比例环节的模拟电路及其传递函数示图1-1。

图1-1

G(S)=-R2/R1

惯性环节的模拟电路及其传递函数示图1-2。

图1-2

G(S)=-K/TS+1 K=R2/R1 ,T=R2*C

积分环节的模拟电路及其传递函数示图1-3。

图1-3

G(S)=1/TS T=RC

微分环节的模拟电路及其传递函数示图1-4。

图1-4

G(S)=-RCS

比例加微分环节的模拟电路及其传递函数示图1-5。

图1-5

G(S)=-K(TS+1) K=R2/R1 T=R2C

比例加积分环节的模拟电路及其传递函数示图1-6。

图1-6

G(S)=K(1+1/TS) K=R2/R1,T=R2C

三、实验步骤

1、连接被测量典型环节的模拟电路及D/A、A/D连接，检查无误后接通电源。

2、启动应用程序，设置T和N。参考值：T=0.05秒,N=200。

3、观测计算机屏幕示出的响应曲线及数据记录波形及数据

四、实验结果

实验得出的图形如下：

图1-7 比例环节的模拟电路响应曲线图1-8 惯性环节的模拟电路响应曲线

图1-9积分环节的模拟电路响应曲线图1-10微分环节的模拟电路响应曲线

图1-11比例加微分环节的模拟电路响应曲线图1-12 比例加积分环节的模拟电路响应曲线记录数据如下：

五、实验分析与总结

把电路图中的各项参数带入传递函数中，得出比例环节的传递函数为G(S)=-2,因为输入为单位阶跃响应，所以输出函数C(S)=-2,再由拉氏反变换可得g(t)=-2δ(t)。所以实验结果图1-7有错。惯性环节的传递函数为G(S)=

1

2.02

+-S ，由拉氏反变换可得g(t)=-10e t 5-,所以实验结果图1-8有错。同

理分析其他几个实验结果，图形都不准确。

对于表格中的数据，比例环节由于传递函数为G （S ）= -R2/R1调节时间很短，所以所得的调节时间相同。惯性环节G （S ）= - K/TS+1 ， K=R2/R1，T=R2C ，由于R2变为原来的两倍，所以时间常数也加倍，因此调节时间Ts 也加倍。积分环节G （S ）=1/TS T=RC , 微分环节 G （S ）= - RCS ，比例+积分环节 G （S ）=K （1+1/TS ），K=R2/R1，T=R2C 的情况与惯性环节的情况相同。也是在R 加倍时，调节时间TS 也加倍。

通过该实验我不仅巩固了模拟电路的知识，基本了解电路参数对环节特性的影响，还学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。

T S （微秒） 理论值 实测值 比例环节 25 20 惯性环节 290 284 积分环节 500 492 微分环节 45 40 比例+微分环节 45 44 比例+积分环节

430

424

实验二 线性系统根轨迹

一、实验目的

1. 熟悉MATLAB 用于控制系统中的一些基本编程语句和格式。

2. 利用MATLAB 语句绘制系统的根轨迹。

3. 掌握用根轨迹分析系统性能的图解方法。

4. 掌握系统参数变化对特征根位置的影响。 二、实验内容

1．请绘制下面系统的根轨迹曲线

)

136)(22()(22++++=

s s s s s K

s G

)

10)(10012)(1()

12()(2

+++++=

s s s s s K s G )

11.0012.0)(10714.0()

105.0()(2++++=

s s s s K s G

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。

2. 在系统设计工具rltool 界面中，通过添加零点和极点方法，试凑出上述系统，并观察增加极、零点对系统的影响。

三、实验步骤及结果

1．请绘制下面系统的根轨迹曲线

)

136)(22()(2

2++++=

s s s s s K

s G

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。2. 在系统设计工具rltool 界面中，通过添加零点和极点方法，试凑出上述系统，并观察增加极、零点对系统的影响。

向MATLAB 输入下列命令， 可以得到曲线如图所示。

>> G=tf([1],[1 8 27 38 26 0]); rlocus (G); [k,r]=rlocfind(G) G_c=feedback(G ,1); step(G_c) rltool(G)

Select a point in the graphics window

selected_point =

-2.2109 - 0.0311i k =

25.2066 r =

-2.8358 + 2.1425i -2.8358 - 2.1425i -2.2109 -0.0587 + 0.9482i -0.0587 - 0.9482i

2.请绘制下面系统的根轨迹曲线

)

10)(10012)(1()

12()(2

+++++=

s s s s s K s G 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。2. 在系统设计工具rltool 界面中，通过添加零点和极点方法，试凑出上述系统，并观察增加极、零点对系统的影响。 向MATLAB 输入下列命令， 可以得到曲线如图所示。

>> G=tf([1 12],[1 23 242 1220 1000]); rlocus (G);