仿真实验一：控制系统的时域分析 一、 实验目的： 1． 观察控制系统的时域响应； 2． 记录单位阶跃响应曲线； 3． 掌握时间响应分析的一般方法； 4． 初步了解控制系统的调节过程。 二、 实验步骤： 1． 开机进入 Matlab6.1 运行界面。 2． Matlab 指令窗："Command Window". 运行指令：con_sys; 进入本次实验主界面。 3． 分别双击上图中的三个按键，依次完成实验内容。 注：完成一阶系统的时域响应和 二阶系统时域性能分析。 4． 本次实验的相关 Matlab 函数： tf([num],[den])可输入一传递函数。 step(G,t)在时间范围 t 秒内，画出阶跃响应图。 三、 实验内容： 1、 观察一阶系统G=1/(T+s) 的时域响应： 取不同的时间常数 T，分别观察该系统的脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。 (a) 一阶系统的脉冲响应 注：一阶系统的脉冲响应为一单调下降的指数曲线。 （b）一阶系统的阶跃响应 注：一阶系统的阶跃响应是一条初始值为零，以指数规律上升到终值 h=1 的曲线。 (c) 一阶系统的斜坡响应 注：一阶系统的斜坡响应曲线中，输出量和输入量之间的位置误差随时间而增大，最后趋于常数T ，惯性越小跟踪的准确度越高，而在初始状态下初始值和初始斜率均为零，输出速度和输入速度之间误差最大。 (d ) 一阶系统的单位加速度响应 注：一阶系统的加速度响应曲线中，跟踪误差随时间推移而增大，直至无限大。 2、 二阶系统的时域性能分析： （1） 调节时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。 （2 ） 结合系统的零极点图，观察自然频率与阻尼比对极点位置的影响。 注：有图比较可知极点角β 只与阻尼比cosβ 有关（β =arccosξ ），改变自然频率和阻尼比都会改变极点的大小和角度β 。 （3） 结合时域响应图，观察自然频率与阻尼比对阶跃响应的影响。 注：由图分析可知二阶系统特征根的性质取决于ξ 值的大小。欠阻尼（0<ξ <1）、临界阻尼（ξ =1）、过阻尼（ξ >1）三种状态下的阶跃响应。 （4） 调节自然频率与阻尼比，要求： Tr<0.56s Tp<1.29s Ts<5.46 超调不大于5％. 记录下满足上述要求的自然频率与阻尼比。 注：欠阻尼二阶系统的动态过程分析可知，各动态指标之间的关系相互有矛盾的，上升时间和超调量不能同时达到满意的结果。当开环增益 K增大时，可以增大自然频率，提高系统响应速度，但同时减小了阻尼比，使得系统的阻尼程度减小。所以在二阶...
