自動(dòng)控制原理綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書20141025

1、控制理論綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 同組人 上交日期 年 月 日自動(dòng)控制原理綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書天津科技大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化工程系2014/10 by daifz目 錄前言.1實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng).3實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng).7實(shí)驗(yàn)三 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析.12實(shí)驗(yàn)四 系統(tǒng)根軌跡法數(shù)字仿真分析.15實(shí)驗(yàn)五 系統(tǒng)頻率特性數(shù)字仿真分析.18實(shí)驗(yàn)六 控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn).23實(shí)驗(yàn)七 系統(tǒng)頻率特性測(cè)量.25附錄一 MATLAB應(yīng)用簡(jiǎn)介.291. 利用MATLAB進(jìn)行時(shí)域分析.292. 利用MATLAB進(jìn)行根軌跡分析.323. 利用MATLAB繪制系統(tǒng)的頻率特性圖.35附錄二SIMULINK簡(jiǎn)

2、介.391. SIMULINK概述.392. 功能模塊的處理.47附錄三 ELATIII試驗(yàn)箱的軟件使用說明.49附錄四 ELATIII實(shí)驗(yàn)箱的布局圖.52附錄五 實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫須知.56前言一、概述 研究一個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，一般采用兩種方法來進(jìn)行研究。一種方法是應(yīng)用理論分析方法來分析系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的性能，以獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。另一種方法是通過實(shí)驗(yàn)研究，以獲得所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與系統(tǒng)的各項(xiàng)性能。這是通過運(yùn)動(dòng)曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來展現(xiàn)的?？刂葡到y(tǒng)的兩種研究方法互為補(bǔ)充，互為驗(yàn)證，兩者缺一不可。 在控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究中，可以在實(shí)際物理系統(tǒng)上來進(jìn)行，也可以通過物理裝置模型來進(jìn)行研究。當(dāng)前，由于控制系統(tǒng)的對(duì)象規(guī)模

3、越來越大，對(duì)象結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，對(duì)象的種類越來越多，因此在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，控制系統(tǒng)的仿真研究也就基本上取代了物理系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。一般只有到了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最后階段系統(tǒng)調(diào)試階段，才有可能進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。 控制系統(tǒng)的仿真研究方法有兩種，一種方法是模擬仿真方法，另一種方法是數(shù)字仿真。在自動(dòng)控制原理綜合實(shí)驗(yàn)中，我們將分別采用數(shù)字仿真的基本原理和模擬仿真的基本原理，設(shè)計(jì)出合理的控制系統(tǒng)的仿真試驗(yàn)，為自動(dòng)控制理論知識(shí)的進(jìn)一步掌握和運(yùn)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、自動(dòng)控制原理綜合實(shí)驗(yàn)的任務(wù)自動(dòng)控制原理綜合實(shí)驗(yàn)是自動(dòng)控制理論課的一部分。實(shí)驗(yàn)任務(wù)是：1. 通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解和掌握自動(dòng)控制理論的基本概念、控制系統(tǒng)的

4、分析方法和設(shè)計(jì)方法。2. 學(xué)習(xí)和掌握系統(tǒng)模擬電路的構(gòu)成和測(cè)試技術(shù)。3. 學(xué)習(xí)和掌握MATLAB語言和SIMULINK仿真環(huán)境。4. 提高分析問題及解決問題的能力。5. 提高動(dòng)手能力、應(yīng)用計(jì)算機(jī)的能力和水平。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)控制原理綜合實(shí)驗(yàn)所使用的設(shè)備由計(jì)算機(jī)、ELATIII試驗(yàn)箱、萬用表、電阻、電容等組成。四、對(duì)參加實(shí)驗(yàn)學(xué)生的要求：1. 閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、復(fù)習(xí)與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的理論知識(shí)、明確每次實(shí)驗(yàn)的目的，了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法。2. 按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求進(jìn)行接線和操作，經(jīng)檢查和指導(dǎo)教師同意后再通電。3. 在實(shí)驗(yàn)中注意觀察、記錄有關(guān)數(shù)據(jù)和圖像，并由指導(dǎo)教師復(fù)查后才能結(jié)束實(shí)驗(yàn)。4. 實(shí)驗(yàn)后應(yīng)斷電、整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)、恢

5、復(fù)到實(shí)驗(yàn)前的情況。5. 認(rèn)真寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、按規(guī)定格式做出圖表、曲線、并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。字跡要清楚，畫曲線用坐標(biāo)紙，結(jié)論要明確。6. 愛護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)定。7. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告封皮采用標(biāo)準(zhǔn)的“控制理論綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告”（該指導(dǎo)書的第一頁(yè)）。自帶U盤將各自實(shí)驗(yàn)的輸出結(jié)果拷貝回去整理在報(bào)告中。五、幾點(diǎn)說明1. 有關(guān)用MATLAB語言進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)域分析、根軌跡繪制及頻率特性分析的內(nèi)容，請(qǐng)參見附錄一。2. 有關(guān)用SIMULINK仿真環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)域分析、系統(tǒng)校正分析的內(nèi)容請(qǐng)參見附錄二。3. 有關(guān)ELATIII試驗(yàn)箱的軟件使用說明請(qǐng)參見附錄三。4. 有關(guān)ELATIII實(shí)驗(yàn)箱的布局圖請(qǐng)參見附錄四。5. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰

6、寫須知（包括公式、圖表等的格式）參見附錄五。實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握控制系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)的基本原理和一般方法。2. 掌握控制系統(tǒng)時(shí)域性能指標(biāo)的測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1 EL-AT-III型自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2 計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理1模擬實(shí)驗(yàn)的基本原理：控制系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)采用復(fù)合網(wǎng)絡(luò)法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，即利用運(yùn)算放大器不同的輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號(hào)加到模擬系統(tǒng)的輸入端，并利用計(jì)算機(jī)等測(cè)量?jī)x器，測(cè)量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還可進(jìn)一步

7、分析研究參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2 時(shí)域性能指標(biāo)的測(cè)量方法：超調(diào)量：1) 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。2) 檢查USB線是否連接好，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目下拉框中選中任一實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊按鈕，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框設(shè)置好參數(shù)按確定按鈕，此時(shí)如無警告對(duì)話框出現(xiàn)表示通信正常，如出現(xiàn)警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3) 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U(xiǎn)1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。4) 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)一典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng) 。5) 鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。

8、在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。6) 用軟件上的游標(biāo)測(cè)量響應(yīng)曲線上的最大值和穩(wěn)態(tài)值，代入下式算出超調(diào)量： 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容構(gòu)成下述典型一階系統(tǒng)的模擬電路，并測(cè)量其階躍響應(yīng)：1. 比例環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)如圖1-1。 G（S）= -R2/R12. 慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及其傳遞函數(shù)如圖1-2。 G（S）= - K/（TS+1） K=R2/R1，T=R2C3. 積分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖1-3。 G（S）=1/（TS） T=RC 4比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路及傳遞函數(shù)如圖1-4。 G（S）=K（1+1/（TS） K=R2/R1，T=R2C五、實(shí)驗(yàn)步

9、驟 1.啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。2.測(cè)試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 比例環(huán)節(jié)3.連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖1-1)。電路的輸入U(xiǎn)1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。4.在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)一一、典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng) 。5.鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。6.觀測(cè)計(jì)算機(jī)屏幕顯示出的響應(yīng)曲線及數(shù)據(jù)。7.記錄波形及數(shù)據(jù)（由實(shí)驗(yàn)報(bào)告確

10、定）。 慣性環(huán)節(jié)8.連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖1-2)。電路的輸入U(xiǎn)1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入。檢查無誤后接通電源。9.實(shí)驗(yàn)步驟同47積分環(huán)節(jié)10.連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖1-3)。電路的輸入U(xiǎn)1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入，將積分電容兩端連在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。11.實(shí)驗(yàn)步驟同47比例+積分環(huán)節(jié)12.連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路(圖1-4)。電路的輸入U(xiǎn)1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入，將積分電容連在模擬開關(guān)上。檢查無誤后

11、接通電源。13.實(shí)驗(yàn)步驟同47。14.測(cè)量系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，并記入下表。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 由階躍響應(yīng)曲線計(jì)算出慣性環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，并與由電路計(jì)算的結(jié)果相比較。2. 將實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的曲線、數(shù)據(jù)及理論計(jì)算值，整理列表。七、預(yù)習(xí)要求1閱讀實(shí)驗(yàn)原理部分，掌握時(shí)域性能指標(biāo)的測(cè)量方法。2分析典型一階系統(tǒng)的模擬電路和基本原理。表1-1 典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果參數(shù)階躍響應(yīng)曲線K、T（秒）理論值實(shí)測(cè)值R1=R2=100KC=1ufK=1 T=0.1S比例環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)比例+積分環(huán)節(jié)R1=100KR2=200KC=1ufK=2 T=0.2S比例環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)比例+積分環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試表

12、(學(xué)生填寫)實(shí)驗(yàn)二 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1研究二階系統(tǒng)的特征參數(shù)，阻尼比z和無阻尼自然頻率wn對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。定量分析 z 和wn與最大超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間tS之間的關(guān)系。 2進(jìn)一步學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的使用方法。 3學(xué)會(huì)根據(jù)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線確定傳遞函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)儀器1EL-AT-III型自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理1模擬實(shí)驗(yàn)的基本原理：控制系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)采用復(fù)合網(wǎng)絡(luò)法來模擬各種典型環(huán)節(jié)，即利用運(yùn)算放大器不同的輸入網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)模擬各種典型環(huán)節(jié)，然后按照給定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖將這些模擬環(huán)節(jié)連接起來，便得到了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。再將輸入信號(hào)加到模擬系統(tǒng)的輸入端，并利用計(jì)算機(jī)等測(cè)量?jī)x器，

13、測(cè)量系統(tǒng)的輸出，便可得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線及性能指標(biāo)。若改變系統(tǒng)的參數(shù)，還可進(jìn)一步分析研究參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2. 域性能指標(biāo)的測(cè)量方法：超調(diào)量：1）啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。2) 檢查USB線是否連接好，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目下拉框中選中任一實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊按鈕，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框設(shè)置好參數(shù)，按確定按鈕，此時(shí)如無警告對(duì)話框出現(xiàn)表示通信正常，如出現(xiàn)警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3) 連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U(xiǎn)1接A/D、D/A卡的DA1輸 出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入，將兩個(gè)積分電容連在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電

14、源。4) 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) 。5) 鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。6) 利用軟件上的游標(biāo)測(cè)量響應(yīng)曲線上的最大值和穩(wěn)態(tài)值，代入下式算出超調(diào)量： 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容典型二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 w2n j（S）= （1）s22zwnsw2n其中 z 和wn對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)有決定的影響。構(gòu)成的典型二階系統(tǒng)的模擬電路如圖2-1所示，并測(cè)量其階躍響應(yīng)：圖2-1 二階系統(tǒng)模擬電路圖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2-2：圖2-2 二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為 （2） 式中 T=RC，K=R2/R1。比

15、較（1）、（2）二式，可得 wn=1/T=1/RC z=K/2=R2/(2R1) （3） 由（3）式可知，改變比值R2/R1，可以改變二階系統(tǒng)的阻尼比。改變RC值可以改變無阻尼自然頻率wn。取R1=200K，R2=100KW和200KW，可得實(shí)驗(yàn)所需的阻尼比。電阻R取100KW，電容C分別取1mf和0.1mf,可得兩個(gè)無阻尼自然頻率wn。五、實(shí)驗(yàn)步驟1.連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U(xiǎn)1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入，將兩個(gè)積分電容得兩端連在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。2.啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。3.測(cè)

16、查USB線是否連接好，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目下拉框中選中任一實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊按鈕，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框設(shè)置好參數(shù)按確定按鈕，此時(shí)如無警告對(duì)話框出現(xiàn)表示通信正常，如出現(xiàn)警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4.在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)二二階系統(tǒng)階躍響應(yīng), 鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。5.取wn=10rad/s, 即令R=100KW，C=1mf；分別取z=0，0.25，0.5、1、2，即取R1=100KW，R2分別等于0、50KW、100KW、200KW、400KW。輸入階躍信號(hào)，測(cè)量不同的z時(shí)系

17、統(tǒng)的階躍響應(yīng)，并由顯示的波形記錄最大超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間Ts的數(shù)值和響應(yīng)動(dòng)態(tài)曲線，并與理論值比較。6.取z=0.5。即電阻R1=R2=100KW；wn=100rad/s, 即取R=100KW，改變電路中的電容C=0.1mf(注意：二個(gè)電容值同時(shí)改變)。輸入階躍信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，并由顯示的波形記錄最大超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間Ts。7.取R=100KW；改變電路中的電容C=1mf,R1=100KW,調(diào)節(jié)電阻R2=200KW。輸入階躍信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)階躍響應(yīng)，記錄響應(yīng)曲線，特別要記錄峰值時(shí)間Tp和的數(shù)值。8.測(cè)量二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)并記入表中（如果以上步驟中的各數(shù)值與下表不同，則以下表中的取值為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）：表2-

18、1 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)結(jié)果參數(shù)tp（ms）ts（ms）階躍響應(yīng)曲線R =100KC =1fn=10rad/sR1=100KR2=0K=0R1=100KR2=50K=0.25R1=100KR2=100K=0.5R1=100KR2=200K=1R1=100KR2=400K=2R1=100KC1 =0.1fn=100rad/sR1= 100KR2=100K=0.5R1=100KR2=200K=1六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.畫出二階系統(tǒng)的模擬電路圖，討論典型二階系統(tǒng)性能指標(biāo)與，n的關(guān)系。2.把不同z和wn條件下測(cè)量的和ts值列表，根據(jù)測(cè)量結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論。3.畫出系統(tǒng)響應(yīng)曲線，再由ts和計(jì)算出傳遞函數(shù)

19、，并與由模擬電路計(jì)算的傳遞函數(shù)相比較。七、預(yù)習(xí)要求1. 閱讀實(shí)驗(yàn)原理部分，掌握時(shí)域性能指標(biāo)的測(cè)量方法。2. 按實(shí)驗(yàn)中二階系統(tǒng)的給定參數(shù)，計(jì)算出不同、n下的性能指標(biāo)的理論值。實(shí)驗(yàn)三 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1觀察系統(tǒng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。2研究系統(tǒng)開環(huán)增益和時(shí)間常數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響。二、實(shí)驗(yàn)儀器1EL-AT-III型自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容系統(tǒng)模擬電路圖如圖3-1 圖3-1 系統(tǒng)模擬電路圖其開環(huán)傳遞函數(shù)為: G（s）=10K1/(s(0.1s+1)(Ts+1)式中 K1=R3/R2，R2=100KW，R3=0500K；T=RC，R=100KW，C=1mf或C=0.1mf兩

20、種情況。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U(xiǎn)1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入，將純積分電容兩端連在模擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。2.啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。3.檢查USB線是否連接好，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目下拉框中選中任一實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊按鈕，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框設(shè)置好參數(shù)按確定按鈕，此時(shí)如無警告對(duì)話框出現(xiàn)表示通信正常，如出現(xiàn)警告表示通信不正常，找出原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4.在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)三控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析, 鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置目的電

21、壓U1=1000mV鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 5.取R3的值為50KW，200KW，300KW，此時(shí)相應(yīng)的K=0.5，2，3。觀察不同R3值時(shí)顯示區(qū)內(nèi)的輸出波形(既U2的波形)，找到系統(tǒng)輸出產(chǎn)生增幅振蕩時(shí)相應(yīng)的R3及K值。再把電阻R3由大至小變化，即R3=300kW，200kW，50kW，觀察不同R3值時(shí)顯示區(qū)內(nèi)的輸出波形, 找出系統(tǒng)輸出產(chǎn)生等幅振蕩變化的R3及K值，并觀察U2的輸出波形。6.在步驟5條件下，使系統(tǒng)工作在不穩(wěn)定狀態(tài)，即工作在等幅振蕩情況。改變電路中的電容C由1mf變成0.1mf，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟4觀察系統(tǒng)穩(wěn)定性的變化。 7.將實(shí)驗(yàn)結(jié)果添入下表中（如果以上步驟中的各

22、數(shù)值與下表不同，則以下表中的取值為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）：表3-1 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果參數(shù)系統(tǒng)響應(yīng)曲線C=1ufR3=50KK=0.5R3=200KK=2R3=300KK=3C=0.1ufR3=300KR3=200KR3=50K五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1畫出步驟5的模擬電路圖。 2畫出系統(tǒng)增幅或減幅振蕩的波形圖。 3計(jì)算系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)，并與步驟5中測(cè)得的臨界放大系數(shù)相比較。六、預(yù)習(xí)要求1 分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電路，掌握其工作原理。2 理論計(jì)算系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩、增幅振蕩、減幅振蕩的條件。 實(shí)驗(yàn)四 系統(tǒng)根軌跡法數(shù)字仿真分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 利用計(jì)算機(jī)完成控制系統(tǒng)的根軌跡作圖。2. 了解控制系統(tǒng)根軌跡作圖的一般規(guī)律

23、。3. 利用根軌跡進(jìn)行系統(tǒng)分析。二、實(shí)驗(yàn)步驟1. 用鼠標(biāo)雙擊圖標(biāo)進(jìn)入MATLAB命令窗口：“Command Window”。2. 相關(guān)MATLAB函數(shù)：rlocus(num,den)rlocus(num,den,k)r=rlocus(num,den)r,k= rlocus(num,den)給定系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的多項(xiàng)式模型，作系統(tǒng)的根軌跡圖。其計(jì)算公式為式中，K為根軌跡增益，num為開環(huán)傳遞函數(shù)的分子多項(xiàng)式系數(shù)向量，den為開環(huán)傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式系數(shù)向量。函數(shù)格式1：開環(huán)增益K的范圍自動(dòng)設(shè)定。函數(shù)格式2：開環(huán)增益K的范圍可以由人工給定。函數(shù)格式3：返回變量格式。計(jì)算所得的閉環(huán)根r（矩陣）返回至

24、MATLAB命令窗口，不作圖。函數(shù)格式4：返回變量格式。計(jì)算所得的閉環(huán)根r（矩陣）和對(duì)應(yīng)的開環(huán)增益值K（向量）返回至MATLAB命令窗口，不作圖。更詳細(xì)的命令說明，可鍵入“help rlocus”在線幫助查閱。例如，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)根軌跡作圖程序?yàn)閗=1; z=;p=0,-1,-2;num,den=zp2tf(z,p,k);rlocus(num,den)圖4-1 根軌跡圖根軌跡如圖4-1所示。pzmap(num,den)p,z=pzmap(num,den)給定單輸入-單輸出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的分子多項(xiàng)式系數(shù)向量num和分母多項(xiàng)式系數(shù)向量den，在s平面上作零極點(diǎn)圖。函數(shù)格式1：計(jì)算零極點(diǎn)并作圖。

25、函數(shù)格式2：函數(shù)變量格式。計(jì)算所得的零極點(diǎn)向量p，z返回至MATLAB命令窗口，不作圖。例如，系統(tǒng)的傳遞函數(shù)程序?yàn)閚um=2 -2;den=1 4 14 20;pzmap(num,den)圖4-2 零極點(diǎn)圖零極點(diǎn)圖如圖4-2所示。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容給定如下各系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，作出它們的根軌跡圖，并完成給定要求。1. 要求：（a） 準(zhǔn)確記錄根軌跡的起點(diǎn)、終點(diǎn)與根軌跡的條數(shù)；（b） 確定根軌跡的分離點(diǎn)與相應(yīng)的根軌跡增益；（c） 確定臨界穩(wěn)定時(shí)的根軌跡增益。2. 要求：確定根軌跡與虛軸焦點(diǎn)并確定系統(tǒng)穩(wěn)定的根軌跡增益范圍。3. 要求：(a) 確定系統(tǒng)具有最大超調(diào)量時(shí)的根軌跡增益，做時(shí)域仿真驗(yàn)證；(b) 確

26、定系統(tǒng)階躍響應(yīng)無超調(diào)量時(shí)的根軌跡增益取值范圍，并作時(shí)域仿真驗(yàn)證。4. 已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4-3所示，分別令（選做）C(s)-R(s)圖4-3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖+（1）；（2）；（3）要求：（a） 做根軌跡圖并將曲線保持(hold on)進(jìn)行比較；（b） 選定閉環(huán)極點(diǎn)的虛部為，確定增益K和閉環(huán)根r，分析動(dòng)態(tài)性能及穩(wěn)態(tài)性能的差別，并作時(shí)域仿真驗(yàn)證。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 記錄給定系統(tǒng)與顯示的根軌跡圖。2. 完成上述各題要求，分析閉環(huán)極點(diǎn)在s平面上的位置與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)五 系統(tǒng)頻率特性數(shù)字仿真分析一、伯德圖繪制（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 利用計(jì)算機(jī)作出開環(huán)系統(tǒng)的伯德圖；2 觀察記錄控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性；3

27、 控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性分析。（二）實(shí)驗(yàn)步驟1. 用鼠標(biāo)雙擊圖標(biāo)進(jìn)入MATLAB命令窗口：“Command Window”。2. 與伯德圖相關(guān)的MATLAB函數(shù)：bode(num,den)bode(num,den,w)mag,phase,w=bode(num,den)給定系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的分母分子多項(xiàng)式模型，作系統(tǒng)的伯德圖。其計(jì)算公式為式中，num為開環(huán)傳遞函數(shù)的分子多項(xiàng)式系數(shù)向量，den為開環(huán)傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式系數(shù)向量。函數(shù)格式1：給定num、den做伯德圖，角頻率向量的范圍自動(dòng)設(shè)定。函數(shù)格式2：角頻率w向量的范圍可由人工給定。（w為對(duì)數(shù)等分，由對(duì)數(shù)等分函數(shù)logspace()完成，例如w

28、=logspace(-1,1,100)）。函數(shù)格式3：返回變量格式。計(jì)算所得的幅值mag、相角phase及角頻率w返回至MATLAB命令窗口，不作圖。更詳細(xì)的命令說明，可鍵入“help bode”在線幫助查閱。例如，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)作圖程序?yàn)閚um=10; den=1 2 10;bode(num,den);w=logspace(-1,1,32);bode(num,den,w);logspace(d1,d2,n)圖5-1 伯德圖將變量作對(duì)數(shù)等分。命令中為之間的變量范圍，為等分點(diǎn)數(shù)。semilogx(x,y)半對(duì)數(shù)繪圖命令、函數(shù)格式與plot()相同。例如，已知傳遞函數(shù)作對(duì)數(shù)幅頻特性。程序?yàn)閣=

29、logspace(-1,1,32); % w范圍和點(diǎn)數(shù)nmag=10./(i*w).2+2.*(i*w)+10);% 幅頻特性l=20*log(abs(mag);% 對(duì)數(shù)幅頻特性semilogx(w,l); % 半對(duì)數(shù)作圖grid% 畫網(wǎng)格線圖5-2 幅頻特性margin(num,den)Mg,Pc,wg,wc=margin(num,den)函數(shù)格式1：作伯德圖，計(jì)算伯德圖上的穩(wěn)定裕度，并將計(jì)算結(jié)果表示在圖的上方。函數(shù)格式2：返回變量格式，不作圖。返回變量Mg為幅值裕度，Pc為相位裕度，幅值裕度Mg對(duì)應(yīng)的頻率為wg，相位裕度Pc對(duì)應(yīng)的頻率為wc。（三）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 2. 要求：(a) 作伯德圖

30、，在曲線上標(biāo)出：幅頻特性，即低頻段特性、高頻段特性、開環(huán)截止頻率、中頻段穿越斜率和相頻特性，即低頻段漸進(jìn)相位角、高頻段漸進(jìn)相位角、-180線的穿越頻率；(b)由穩(wěn)定裕度命令計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度和，并確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(c) 在圖上作近似折線特性，與原準(zhǔn)確特性相比較。3. 令k=1作伯德圖，應(yīng)用頻域穩(wěn)定判據(jù)確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并確定使系統(tǒng)獲得最大相位裕度的增益k值。4. 已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5-3所示。（選做）分別令C(s)-R(s)圖5-3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖+（1）（2）作伯德圖并保持(hold on) 曲線，分別計(jì)算兩個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度值，然后作性能比較以及時(shí)域仿真驗(yàn)證。（四）實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 記錄給定系

31、統(tǒng)與顯示的伯德圖。2. 完成上述各題要求。二、極坐標(biāo)圖繪制（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 利用計(jì)算機(jī)作出開環(huán)系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖；2. 觀察記錄控制系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖；3. 控制系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖系統(tǒng)分析。（二）實(shí)驗(yàn)步驟1. 用鼠標(biāo)雙擊圖標(biāo)進(jìn)入MATLAB命令窗口：“Command Window”。2. 與極坐標(biāo)圖相關(guān)的MATLAB函數(shù)nyquist(num,den)nyquist (num,den,w)re,im,w= nyquist (num,den)給定系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的多項(xiàng)式模型，作系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖（Nyquist）。其傳遞函數(shù)為 式中，num為開環(huán)傳遞函數(shù)的分子多項(xiàng)式系數(shù)向量，den為開環(huán)傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式系

32、數(shù)向量。函數(shù)格式1：給定num和den作Nyquist圖，角頻率向量w的范圍自動(dòng)設(shè)定。函數(shù)格式2：角頻率向量w的范圍可以由人工給定(例如，)。函數(shù)格式3：返回變量格式。計(jì)算所得的實(shí)部Re、虛部Im及角頻率w返回至MATLAB命令窗口，不作圖。例如，系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù) 圖5-4 奈奎斯特圖作圖程序?yàn)閚um=10;%作多項(xiàng)式模型 den=1 2 10;nyquist(num,den); %繪制極坐標(biāo)圖如果作圖趨勢(shì)不明顯，可以采用下述方法改進(jìn)；1. 使用命令axis()改變坐標(biāo)顯示范圍axis(-1,1.5,-2.2) %改變坐標(biāo)顯示范圍2. 給定角頻率變量w=0:0.1:100;nyquist(nu

33、m,den,w);繪制的極坐標(biāo)圖如圖5-4所示。（三）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 要求：作極坐標(biāo)圖（如展示不清，可改變坐標(biāo)范圍或設(shè)定角頻率變量 （w=w1:w:w2）。2. 要求：(a) 作極坐標(biāo)圖（可改變坐標(biāo)范圍或設(shè)定角頻率變量w）(b) 比較時(shí)兩圖的區(qū)別與特點(diǎn)。3. 要求：(a) 作極坐標(biāo)圖（可改變坐標(biāo)范圍或設(shè)定角頻率變量w）(b) 比較時(shí)兩圖的區(qū)別與特點(diǎn)。（四）實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)記錄；2. 完成上述各題給定要求。實(shí)驗(yàn)六 控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 研究串聯(lián)校正環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)性能的影響。2. 熟悉和掌握系統(tǒng)串聯(lián)校正裝置的設(shè)計(jì)。3. 熟悉和掌握系統(tǒng)模擬電路圖的設(shè)計(jì)及系統(tǒng)過渡過程的

34、測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)及要求1. 給出校正前系統(tǒng)的方框圖如圖6-1所示。其中：開環(huán)傳函 在此取 圖6-1 校正前系統(tǒng)方框圖2. 未校正系統(tǒng)用SIMULINK仿真環(huán)境進(jìn)行校正前的仿真分析。并粗略給出校正前的、Ts值;3. 構(gòu)建上述系統(tǒng)的模擬電路圖。求其階躍響應(yīng)曲線。并測(cè)取其、Ts值。3. 據(jù)上述給定系統(tǒng)，試自行設(shè)計(jì)一個(gè)串聯(lián)超前校正環(huán)節(jié)，使其滿足超調(diào)量（或相角裕度）的性能指標(biāo)要求。校正后系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖6-2所示： 圖6-2 超前校正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4. 將所設(shè)計(jì)的串聯(lián)校正環(huán)節(jié)及未校正系統(tǒng)用SIMULINK仿真環(huán)境進(jìn)行校正后的仿真分析。并粗略給出校正后的、Ts值，效果滿意可進(jìn)行模擬仿真研究。5. 將設(shè)計(jì)好的

35、串聯(lián)校正環(huán)節(jié)用模擬電路進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并在具體實(shí)施前將方案設(shè)計(jì)報(bào)給指導(dǎo)教師審查，合格后方可進(jìn)行具體實(shí)施。6. 將校正環(huán)節(jié)串入系統(tǒng)，構(gòu)成校正后系統(tǒng)的模擬電路圖，經(jīng)指導(dǎo)教師查驗(yàn)后方可進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。7. 自行設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)步驟，經(jīng)指導(dǎo)教師審查后，可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測(cè)取校正后的及Ts。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 畫出所作實(shí)驗(yàn)的電路圖，結(jié)構(gòu)圖。2. 給出實(shí)驗(yàn)步驟及校正環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。3. 給出校正前后的階躍響應(yīng)曲線及、Ts值。4. 給出理論設(shè)計(jì)后的數(shù)字仿真結(jié)果并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。四、典型校正環(huán)節(jié)模擬電路圖（僅供參考） 典型校正環(huán)節(jié)模擬電路圖如圖6-3所示。 圖6-3 校正網(wǎng)絡(luò)模擬電路圖上圖校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)其中： 實(shí)驗(yàn)七 系統(tǒng)頻率

36、特性測(cè)量 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1加深了解系統(tǒng)及元件頻率特性的物理概念。 2掌握系統(tǒng)及元件頻率特性的測(cè)量方法。 3掌握利用“李沙育圖形法”測(cè)量系統(tǒng)頻率特性的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1.EL-AT-III型自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2.計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理頻率特性的測(cè)量方法： 被測(cè)系統(tǒng) DA1AD/DA卡 AD1 AD/DA卡 1. 將正弦信號(hào)發(fā)生器、被測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集卡按圖7-1連接起來。圖7-1 頻率特性測(cè)量電路2. 通過AD/DA卡產(chǎn)生不同頻率和幅值的正弦信號(hào)，并輸入到被測(cè)系統(tǒng)中。3. AD/DA卡采集被測(cè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)，并顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。通過比較輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的不同，可以得到系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性。

37、四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.模擬電路圖及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分別如圖7-2和圖7-3。圖7-2 系統(tǒng)模擬電路圖圖 7-3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2系統(tǒng)傳遞函數(shù) 取R3=500kW，則系統(tǒng)傳遞函數(shù)為 U2（S） 500 G（S）= = U1（S） S2+10S+500 若輸入信號(hào)U1（t）=U1sinwt,則在穩(wěn)態(tài)時(shí)，其輸出信號(hào)為U2（t）=U2sin（wt+Y）改變輸入信號(hào)角頻率w值，便可測(cè)得二組U2/U1和Y隨w變化的數(shù)值，這個(gè)變化規(guī)律就是系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。五、實(shí)驗(yàn)步驟1.連接被測(cè)量典型環(huán)節(jié)的模擬電路。電路的輸入U(xiǎn)1接A/D、D/A卡的DA1輸出，電路的輸出U2接A/D、D/A卡的AD1輸入，將將純積分電容兩端連在模

38、擬開關(guān)上。檢查無誤后接通電源。2.啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo) 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 運(yùn)行軟件。測(cè)試計(jì)算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱的通信是否正常,通信正常繼續(xù)。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測(cè)頻率圖4在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)四四、系統(tǒng)頻率特性測(cè)量, 鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)并選擇時(shí)間電壓圖，然后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖7-4所示。測(cè)波特圖5. 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的下拉列表中選擇實(shí)驗(yàn)四四、系統(tǒng)頻率特性測(cè)量, 鼠標(biāo)單擊按鈕，彈出實(shí)驗(yàn)課題參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)并選自動(dòng)選項(xiàng)，然后鼠標(biāo)單擊確認(rèn)等待屏幕

39、的顯示區(qū)顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如圖7-5所示。圖7-4 手動(dòng)方式測(cè)量波特圖圖7-5 數(shù)據(jù)采集6. 待數(shù)據(jù)采樣結(jié)束后點(diǎn)擊按鈕即可以在顯示區(qū)內(nèi)顯示出所測(cè)量的波特圖。測(cè)奈氏圖7. 在完成步驟6后，在顯示區(qū)單擊鼠標(biāo)右鍵，即出現(xiàn)奈氏圖。8. 按下表所列頻率，測(cè)量各點(diǎn)頻率特性的實(shí)測(cè)值并計(jì)算相應(yīng)的理論值。表7-1 系統(tǒng)頻率特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果F（Hz）（rad/s）理論值實(shí)測(cè)值L（）（）2Xm2yo2ymL（）（）李沙育圖形六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 畫出被測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和模擬電路圖。2. 畫出被測(cè)系統(tǒng)的開環(huán) 曲線與曲線。3. 整理表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并算出理論值和實(shí)測(cè)值。七、預(yù)習(xí)要求1. 閱讀實(shí)驗(yàn)原理部分，掌握頻率特性的測(cè)量方法。2

40、. 畫出被測(cè)系統(tǒng)的開環(huán)曲線與曲線。3. 按表中給出格式選擇幾個(gè)頻率點(diǎn)，算出各點(diǎn)頻率特性的理論值。八：測(cè)量數(shù)據(jù)的說明實(shí)驗(yàn)時(shí)信號(hào)源的頻率信號(hào)源的角頻率輸出幅值隨 變化的函數(shù)。輸出相位隨 變化的函數(shù)附錄一 MATLAB應(yīng)用簡(jiǎn)介1利用MATLAB進(jìn)行時(shí)域分析利用MATLAB可以方便地進(jìn)行控制系統(tǒng)的時(shí)域分析。欲判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，只要求出系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)的分布即可。而系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)就是閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式的根。欲分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，只要給出系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)即可。這一切利用MATLAB是十分方便的。1.1系統(tǒng)的穩(wěn)定性在MATLAB中，可利用pzmap函數(shù)繪制連續(xù)系統(tǒng)的零、極點(diǎn)圖，也可以利用tf2zp

41、函數(shù)求出系統(tǒng)的零極點(diǎn)，還可以利用root函數(shù)求分母多項(xiàng)式的根來確定系統(tǒng)的極點(diǎn)，從而確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如考慮連續(xù)系統(tǒng)現(xiàn)在求出系統(tǒng)的零、極點(diǎn)及增益，并繪出其零極點(diǎn)圖。執(zhí)行如下程序：MATLAB Program1-1Findzp.m%This program create a transfer function and then displays its poles、zeros & gain, plot its zero-pole mapnum=3 2 5 4 6;den=1 3 4 2 7 2;Z,P,K=tf2zp(num,den) pzmap(num,den)title(Pole-Zero M

42、ap)則屏幕上顯示：Z=0.4019+1.1965i P=-1.7680+1.2673i-0.7352+0.8455i 0.4165+1.1130i-0.7352-0.8455i -0.2991K=3同時(shí)自動(dòng)打開一個(gè)圖形窗口，顯示該系統(tǒng)的零、極點(diǎn)分布，如圖1-1所示。1.2系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析在MATLAB中，提供了求取連續(xù)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)函數(shù)step，單位脈沖響應(yīng)函數(shù)impulse，零輸入響應(yīng)函數(shù)initial及任意輸入下的仿真函數(shù)lsim?？紤]一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，該系統(tǒng)沒有零點(diǎn)，極點(diǎn)為，增益為3，可利用MATLAB Program1-2進(jìn)行時(shí)域分析。 MATLAB Program1-2Step

43、analysis.m圖1-1 MATLAB Program1-1運(yùn)行結(jié)果%This program creates a simple transfer function and performs an analysis of its step responsenum,den=zp2tf(,-1+3*i,-1-3*i,3) finalvalue=polyval(num,0)/polyval(den,0)y,x,t=step(num,den);Y,k=max(y);timeopeak=t(k)percentovershoot=100*(Y-finalvalue)/finalvalue%Comput

44、e rise timen=1;while y(n)0.1*finalvalue,n=n+1;endm=1while y(m)0.98*finalvalue)&(y(a)1.02*finalvalue)a=a-1;endsettingtime=t(a+1)程序中的第三行利用step函數(shù)計(jì)算系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，并將計(jì)算結(jié)果存于變量y中。相對(duì)于變量y的時(shí)間變量存于變量t中（變量表示狀態(tài)，在這里我們對(duì)狀態(tài)變量不感興趣）。程序中第四行用來計(jì)算峰值時(shí)間和超調(diào)量。程序的后半部分，就像注釋說明的，分別計(jì)算上升時(shí)間和調(diào)整時(shí)間。該程序的計(jì)算結(jié)果如下：finalvalue = 0.3000 timeopeak = 1.0491percentovershoot = 35.0914 risetime = 0.4417圖1-2 系統(tǒng)的階躍響應(yīng)和脈沖響應(yīng)settingtime =3.5889下面再考慮一個(gè)實(shí)例。該系統(tǒng)含有3個(gè)極點(diǎn)和1個(gè)零點(diǎn)。他們分別是，,增