电子科技大学中山学院学生实验报告学院 : 机电工程学院 专业 : 17 自动化 课程名称 : 自动控制原理实验与仿 真 班级: 姓名: 学号: 组别: 实验名称: 基于 MATLAB 的控制系统单位阶跃响应分析 实验时间: 成 绩: 批改时间: 一、实验目的( 1) 学会使用 MATLAB 编程绘制控制系统的单位阶跃响应曲线。( 2) 讨论二阶控制系统中 ζ , wn 对系统阶跃响应的影响。( 3) 掌握准确读取动态特性指标的方法。( 4) 分析二阶系统闭环极点和闭环零点对系统动态性能的影响。二、 实验条件实验设备: 每人一台计算机奔腾系列以上计算机, 配置硬盘≥2G, 内存≥64M。 实验软件: WINDOWS 操作系统( WINDOWS XP 或 WINDOWS ) , 并安装 MATLAB 语言编程环境。 三、 实验内容代码、 曲线及性能指标: 代码sys=tf(100,[1 3 0]);sysc=feedback(sys,1);damp(sysc)step(sysc)曲线性能指标Pole Damping Frequency Time Constant(rad/seconds) (seconds)-1.50e+00 + 9.89e+00i 1.50e-01 1.00e+01 6.67e-01-1.50e+00 - 9.89e+00i 1.50e-01 1.00e+01 6.67e-01闭环极点阶跃响应曲线10等幅振荡10衰减振动10衰减振动10衰减振动两实重根-1010单调上升两不等实根 -5 和-205,20单调上升曲线: 结论: 可见当一定时, 系统随着阻尼比 ξ 增大, 闭环极点的实部在 S 左半平面的位置更加远离原点, 虚部减小到 0, 超调量减小, 调节时间缩短, 稳定性更好。曲线: 结论: 可见当 ξ 一定时, 随着增大, 系统响应加速, 振荡频率增大, 系统调整时间缩短, 可是超调量没有变化。代码及曲线: 代码: sys=tf(10,[1 2 10]);step(sys)hold onsysc=tf([2,10],[1 2 10]);step(sysc)hold onsysx=tf([5,10],[1 2 10]);step(sysx)hold offtitle('单位阶跃系统增加零点比较');lab1='增加零点-2';text(1,1.8,lab1)lab2='增加零点-5';text(0.25,1.1,lab2)lab3='原系统';text(1.5,1.3,lab3)曲线:结论: 闭环零点使得超调量增大, 峰值时间前移, 且加入的零点越靠近虚轴, 影响越明显代码及曲线: 代码: sys=tf(10,[1 2 10]);step(sys)hold onnum=50;den=conv([1,5],[1 2 10]);sysc=tf(num ,den);step(sysc)hold onnum1=20;den1=conv([1,2],[1 2 10]);sysx=tf(num1,den1);step(sysx)hold offtitle('单位阶跃系统增加极点比较')lab1='原系统 G(s)';text(1,1.3,lab1)lab2='增加极点-2';text(0.25,1.1,lab2)lab3='增加极点-5';text(0.95,0.771,lab3)结论: 闭环极点使得超调量减小, 峰值时间后移, 且加入的极点越靠近虚轴, 影响越明显。四.实验作业要求( 1) 完成实验内容中的实验, 编写程序, 记录相关数据, 并分析, 得出结论。( 2) 总结闭环零极点对系统阶跃响应影响的规律。 五、 拓展思考代码、 曲线及性能指标: 代码: num=conv([1,1],[1,5]);den=conv([1,2],[1,1,1]);G=tf(num,den);t=[0:0.1:10];u=t+1;lsim(G,u,t),hold on,plot(t,u,'g')grid on;
