自动控制理论实验指导书10847.docVIP

目 录 绪 论-----------------------------------------------------------------------------------1 第一部分 第一章 控制系统动态特性的时域及频域测试--------------------------3 第二章 控制系统的电子模拟实验----------------------------------------10 第三章 随动系统-------------------------------------------------------------19 第四章 模拟实验-------------------------------------------------------------34 实验一 典型环节的模拟----------------------------------------------34 实验二 控制系统的瞬态响应极其稳定性分析-------------------37 实验三 频率特性测量-------------------------------------------------40 实验四 随动系统-------------------------------------------------------43 实验五 线性系统串联校正的模拟研究----------------------------47 实验六 典型非线性环节的模拟-------------------------------------50 实验七 非线性系统的相平面分析----------------------------------51 第二部分 MATLAB快速入门------------------------------------------------54 控制系统工具箱函数----------------------------------------------69 数字仿真实验-------------------------------------------------------76 实验八 控制系统的模型转换--------------------------------------- 76 实验九 控制系统的时域分析----------------------------------------77 实验十 控制系统的频域分析----------------------------------------78 实验十一 控制系统的根轨迹分析-------------------------------------80 实验十二 控制系统的极点配置----------------------------------------81 附录一 YB4328D示波器---------------------------------------------------------------- 82 附录二 YB1600H数字函数波形发生器--------------------------------------------87 绪 论 随着现代科学技术的迅速发展，自动控制技术在许多工程领域（如电力工程、机械工程、化工工程、生物医学工程、航空航天以及交通运输等）有着广泛的应用。随着对自动控制系统性能要求不断提高，控制系统的结构也愈趋复杂，为了处理新的问题，需要新的分析方法。以频率法或根轨迹法为基础处理单输入单输出系统的问题，称为经典控制理论。随着科学技术的发展，为了适应各种更广泛、更复杂的控制要求，例如多输入多输出系统、时变系统等等，一种以状态空间为基础的现代控制理论迅速发展起来。应用现代控制理论，设计者可以按照所要求的各种性能指标，设计最优化的系统，即选用最合适的控制规律。 控制理论要处理的问题很多，这里只介绍最基本的三类问题： 第一类是研究系统的稳定性。所谓稳定性，就是在受到扰动作用后，系统的被控制量虽然偏离了原来的平衡状态，但当扰动撤离，经过一段时间后，如果系统仍能回到原有的平衡状态，则称系统是稳定的。一个稳定的系统，当其内部参数稍有变化或者初始条件改变时，仍能正常地进行工作。考虑到系统在工作过程中的环境和参数的变化，因此在设计实际系统时不仅要求能稳定，还要求留有一定的稳定裕量。 第二类是研究系统的准确度(或称稳态精度)。系统的准确度是指在调整过程结束后，输出量与参考输入量之间的偏差。这种偏差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。通常用阶跃、斜坡或抛物线输入系统后的稳态误差来评定。 第三类是研究系统的动态性能指标。系统的动态性能指标有时域性能指标和频域性能指