matlab實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)的電路模擬與軟件仿真研究一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)熟悉并掌握實(shí)驗(yàn)裝置和上位機(jī)軟件的使用方法。2通過(guò)實(shí)驗(yàn)熟悉各種典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)及其特性，掌握電路模擬和軟件仿真研究方法。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1設(shè)計(jì)各種典型環(huán)節(jié)的模擬電路。2完成各種典型環(huán)節(jié)模擬電路的階躍特性測(cè)試，并研究參數(shù)變化對(duì)典型環(huán)節(jié)階躍特性的影響。3在上位機(jī)界面上，填入各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)際（非理想）傳遞函數(shù)參數(shù)，完成典型環(huán)節(jié)階躍特性的軟件仿真研究，并與電路模擬研究的結(jié)果作比較。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1比例(P)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：其方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)，分別如圖1.1.1、圖1.1.2和圖1.1.3所示，于

2、是，實(shí)驗(yàn)參數(shù)取R0100k，R1200k，R=10k。比例 2積分(I)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： 其方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)，分別如圖1.2.1、圖1.2.2和圖1.2.3所示，于是，實(shí)驗(yàn)參數(shù)取R0100k，C1uF，R=10k。3比例積分(PI)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：其方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)，分別如圖1.3.1、圖1.3.2和圖1.3.3所示，于是，實(shí)驗(yàn)參數(shù)取R0200k，R1200k，C1uF，R=10k。4比例微分(PD)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)比例微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： 其方塊

3、圖和模擬電路分別如圖1.4.1、圖1.4.2所示。其模擬電路是近似的（即實(shí)際PD環(huán)節(jié)），取，則有，實(shí)驗(yàn)參數(shù)取R010k，R110k，R210k，R3200，C1uF，R=10k。對(duì)應(yīng)理想的和實(shí)際的比例微分(PD)環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)分別如圖1.4.3a、圖1.4.3b所示。實(shí)際PD環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： （供軟件仿真參考）5慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： 其方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)，分別如圖1.5.1、圖1.5.2和圖1.5.3所示，其中，實(shí)驗(yàn)參數(shù)取R0200k，R1200k，C1uF，R=10k。6比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)、方塊圖、模擬電路和階躍響應(yīng)

4、比例積分微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： 其方塊圖和模擬電路分別如圖1.6.1、圖1.6.2所示。其模擬電路是近似的（即實(shí)際PID環(huán)節(jié)），取，將近似上述理想PID環(huán)節(jié)有，實(shí)驗(yàn)參數(shù)取R0200k，R1100k，R210k，R31k，C11uF，C210uF，R=10k。對(duì)應(yīng)理想的和實(shí)際的比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)分別如圖1.6.3 a、圖1.6.3 b所示。實(shí)際PID環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：（供軟件仿真參考）實(shí)驗(yàn)二 典型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性分析一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)和掌握動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試方法。2研究典型系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1觀測(cè)二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，測(cè)出其超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，并研究

5、其參數(shù)變化對(duì)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。2觀測(cè)三階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，測(cè)出其超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，并研究其參數(shù)變化對(duì)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的影響。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1典型二階系統(tǒng)典型二階系統(tǒng)的方塊結(jié)構(gòu)圖如圖2.1.1所示：其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為， 其閉環(huán)傳遞函數(shù)為，其中， 取二階系統(tǒng)的模擬電路如圖2.1.2所示：該系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如圖2.1.3所示：Rx接U4單元的220K電位器，改變?cè)?shù)Rx大小，研究不同參數(shù)特征下的時(shí)域響應(yīng)。2.1.3a，2.1.3b，2.1.3c分別對(duì)應(yīng)二階系統(tǒng)在過(guò)阻尼，臨界阻尼，欠阻尼三種情況下的階躍響應(yīng)曲線：二階系統(tǒng)欠阻尼二階系統(tǒng)臨界阻尼二階系統(tǒng)過(guò)阻尼2典型三階系統(tǒng)典型三階系統(tǒng)的方塊結(jié)構(gòu)圖如圖2

6、.2.1所示：其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，其中，取三階系統(tǒng)的模擬電路如圖2.2.2所示：該系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，,Rx的單位為KW。系統(tǒng)特征方程為，根據(jù)勞斯判據(jù)得到：系統(tǒng)穩(wěn)定0<K<12系統(tǒng)臨界穩(wěn)定K=12系統(tǒng)不穩(wěn)定K>12根據(jù)K求取Rx。這里的Rx可利用模擬電路單元的220K電位器，改變Rx即可改變K2，從而改變K，得到三種不同情況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如圖2.2.3 a、2.2.3b 和2.2.3c所示，它們分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)處于不穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定和穩(wěn)定的三種情況。（1）系統(tǒng)穩(wěn)定0<K<12（2） 系統(tǒng)臨界穩(wěn)定K=12（3）系統(tǒng)不穩(wěn)定K=15實(shí)驗(yàn)三 控制系統(tǒng)的頻域與時(shí)域分

7、析 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、掌握控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基本描述方法和相互轉(zhuǎn)化2、了解控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法3、掌握控制系統(tǒng)頻域與時(shí)域分析基本方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、表示下列傳遞函數(shù)模型,并轉(zhuǎn)化成其他的數(shù)學(xué)模型（選作1、2）（1） num=4*conv(1,2,conv(1,6,6,1,6,6);den=conv(1,0,conv(1,1,conv(1,1,conv(1,1,1,3,2,5);G=tf(num,den) z,p,k=tf2zp(num,den)%將傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換成零極點(diǎn)模型。 （2）（1）（2）num=4,-2;den=1,0,2,5;G=tf(num,den)z,p,k=residue(n

8、um,den);%將傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)化為部分分式。3、已知某負(fù)反饋系統(tǒng)的前向通路傳遞函數(shù)為 ，反饋通路傳遞函數(shù)為 。繪制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，并計(jì)算上升時(shí)間，峰值時(shí)間，超調(diào)量，延遲時(shí)間。三、實(shí)驗(yàn)步驟：系統(tǒng)傳遞函數(shù)：num=10;>> den=1 3 9;>> step(num,den)>> grid系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線實(shí)驗(yàn)四 Matlab環(huán)境下校正環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)一 實(shí)驗(yàn)類型綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)二 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 研究校正環(huán)節(jié)的工作原理以及設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法；2 研究校正環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及過(guò)渡過(guò)程的影響；3 熟練掌握利用Matlab實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)及仿真技術(shù)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，試設(shè)計(jì)校正環(huán)節(jié)使得穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)為10，相位裕度為；四、實(shí)驗(yàn)步驟：1.求k0 K0=102.校正前系統(tǒng)仿真圖3.做原系統(tǒng)的bote圖與階躍響應(yīng)曲線階躍響應(yīng)曲線Bode圖增益裕量：Gm=-5.98db;穿越頻率為：2rad/sec相位裕量：Pm=-15deg ;剪切頻率：2.78rad