自动控制技术实验报告 本文关键词：自动控制，实验，报告，技术
自动控制技术实验报告 本文简介：机械工程控制基础机械工程控制基础实验报告系别:机电工程系班级:机械电子11-2学号：姓名：一、二阶系统的时间响应一实验目的：1.熟悉MATLAB软件分析系统时域响应方法。通过观察典型系统在单位阶跃、脉冲、斜坡信号作用下的动态特性，熟悉各种典型的响应曲线。2.通过二阶系统定性及定量了解参数变化对动态特
自动控制技术实验报告 本文内容：
机械工程控制基础
机械工程控制基础
实验报告
系
别:机电工程系
班
级:机械电子11-2
学
号：
姓
名：
一、二阶系统的时间响应
一
实验目的：
1.
熟悉MATLAB软件分析系统时域响应方法。通过观察典型系统在单位阶跃、脉冲、斜坡信号作用下的动态特性，熟悉各种典型的响应曲线。
2.
通过二阶系统定性及定量了解参数变化对动态特性的影响。分析参数变化时对系统响应的影响。
二
实验设备和仪器
1)
PC机一台
2)
MATLAB软件
三
实验原理
1.
一阶系统阶跃响应：
图1示RC网络为一阶系统
图1
一阶RC网络
研究图1所示电路,其运动方程为
式中,T=RC为时间常数.当初始条件为零时,其传递函数为
若R=1Ω，C=0.01F,则T=RC=0.01s。
传递函数
Ф(s)=
1/(0.01s+1)
2．位置随动系统可以用如下二阶系统模型描述：
ωn—自然频率,ξ—相对阻尼系数
四
实验内容及步骤
第一题:
在MATLAB中，函数tf用来建立传递函数模型，其调用格式如下：
G=tf(num,den)
num是分子多项式系数行向量，
den是分母多项式系数行向量,num=[b
b,……b],den=[
a,a,a]
注意：它们都是按s的降幂进行排列的
某一微分方程描述系统的传递函数其微分方程描述如下：
+14++5y=5+10+7u
使用MATLAB建立其模型。
解：对该方程两边进行拉氏变换，得
(3S+14S+S+5)Y(S)=(5S+10S+7)U(S)
由上式求出系统的传递函数
G(S)==
根据上式,建立模型的MATLAB代码如下：
num=[5,10,7];
den=[3,14,1,5];
G=tf(num,den)
程序运行结果如下：
Transfer
function:
5
s^2
+
10
s
+
7
---------------------------
3
s^3
+
14
s^2
+
s
+
5
第二题:
对给定的传递函数，求其零极点
解：给定的传递函数为
G(S)==
MATLAB程序代码如下：
b=[5,10,7];
z=roots(b)
a=[3,14,1,5];
p=roots(a)
k=3;
sys=zpk(z,p,k)
程序运行后，输出结果为
z
=
-1.0000
+
0.6325i
-1.0000
-
0.6325i
p
=
-4.6717
0.0025
+
0.5973i
0.0025
-
0.5973i
Zero/pole/gain:
3
(s^2
+
2s
+
1.4)
----------------------------------------------
(s+4.672)
(s^2
-
0.005015s
+
0.3568)
第三题：
已知系统传递函数为
G(S)==
求程序运行后的结果
解：MATLAB程序代码如下：
z=-8;
p=[-0.5,-17,-23];
k=23;
sys=zpk(z,p,k)
程序运行后，输出结果为
Zero/pole/gain:
23
(s+8)
----------------------------
(s+0.5)
(s+17)
(s+23)
第四题：
已知系统传递函数模型为:
G(S)=
将其转变为零极点模型和状态空间模型
解：MATLAB程序代码如下：
%
input
parameter
of
the
system
num=[1
5
12
23];
den=[1
11
32
40
23];
%
Creat
a
transfer
function
model
sys_tf=tf(num,den)
%
convert
the
model
to
zero_pole-gain
representation
sys_zpk=zpk(sys_tf)
%
convert
the
model
to
state
spce
representation
sys_ss=ss(sys_tf)
运行程序结果如下：
Transfer
function:
s^3
+
5
s^2
+
12
s
+
23
-----------------------------------------
s^4
+
11
s^3
+
32
s^2
+
40
s
+
23
Zero/pole/gain:
(s+3.454)
(s^2
+
1.546s
+
6.66)
------------------------------------------------------
(s+7.314)
(s+1.91)
(s^2
+
1.776s
+
1.646)
a
=
x1
x2
x3
x4
x1
-11
-2
-0.625
-0.1797
x2
16
0
0
0
x3
0
4
0
0
x4
0
0
2
0
b
=
u1
x1
1
x2
0
x3
0
x4
0
c
=
x1
x2
x3
x4
y1
1
0.3125
0.1875
0.1797
d
=
u1
y1
0
Continuous-time
model.
>>
第五题：
用MATLAB求系统时间响应
t=[0:0.01:0.8];
%
nG=[50];
tao=0;dG=[0.05
1+50*tao
50];G1=tf(nG,dG);
tao=0.0125;dG=[0.05
1+50*tao
50];G2=tf(nG,dG);
tao=0.025;dG=[0.05
1+50*tao
50];G3=tf(nG,dG)
%
[y1,T]=impulse(G1,t);[yla,T]=step(G1,t);
[y2,T]=impulse(G2,t);[y2a,T]=step(G2,t);
[y3,T]=impulse(G3,t);[y3a,T]=step(G3,t);
%
subplot(121),plot(T,y1,--,T,y2,-.,T,y3,-
)
legend(
tao=0,tao=0.0125,tao=0.025
)
xlabel(
t(sec)
),ylabel(
x(t)
);grid
on;
subplot(122),plot(T,yla,--,T,y2a,-.,T,y3a,-
)
legend(
tao=0,tao=0.0125,tao=0.025
)
grid
on;xlabel(
t(sec)
),ylabel(
x(t)
);
运行上述程序，得到响应曲线如图：
五、
实验结论
1.当W一定时，系统岁阻尼比的增大，闭合极点的实部在s左半平面的位置更加远离远点，虚部减小到0，超调量减小，调节时间更短，稳定性越好。
2.零点距离虚轴越远，附加零点的影响就越小
3.从impulse函数曲线看出，保持n不变，依次取0,0.0125,0.025时，系统从欠阻尼系统过度到临界阻尼系统，系统的上升时间随的增长而变长，系统的稳定性随的增大而增强，系统的超调量随的增大而减小，系统的响应速度随的增大而减慢。
4.从step函数曲线可以看出，保持不n变，依次取0,0.0125,0.025时，随系统的欠阻尼的增大，峰值时间，上升时间，延迟时间，调节时间均减小，系统响应速度变快，稳定性变强。
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