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《自动控制原理》MATLAB仿真 实验报告 学院：电气工程与信息工程学院 专业班级：13级自动化3班 姓名：郝泽鑫 学号 线性系统的时域分析法 教材第三章习题3.5 设单位反馈系统的开环传递函数为G(s)= (1)试求系统在单位阶跃输入下的动态性能。 (2)忽略闭环零点的系统动态性能。 (1.1) 程序如下； (1.2)系统响应曲线如图。 (2.1) 程序如下； (2.2)系统响应曲线如图。 分析：忽略闭环零点后峰值时间减小，下图为忽略闭环零点前后系统响应曲线的 比较 教材第三章习题3.9 设控制系统如图所示，要求： 取计算测速反馈校正系统的超调量、调节时间和速度误差； 取计算比例-微分校正系统的超调量、调节时间和速度误差。 (1.1)Simulink 接线图如下： (1.2)系统响应曲线如下： (2.1)Simulink 接线图如下： (2.1)系统响应曲线如下： 分析： (1) 测速反馈校正系统的超调量、调节时间和速度误差 峰值时间： 超调量： 调节时间： 比例-微分校正系统的超调量、调节时和速度误差。 峰值时间： 超调量： 调节时间： 教材第三章习题3.30 火星自主漫游车的导向控制系统结构图如图所示，该系统在漫游车的前后部都装 有一个导向轮，其反馈通道传递函数为 要求：(1)确定使系统稳定的 值范围 (2)当 为该系的一个闭环特征根时使计算 的取值，并计算另外两 个闭环特征根 应用(2)求出的 值确定系统的单位阶跃响应 (1.1)Simulink 接线图如下： (1.2)单位阶跃响应曲线如下： 英文讲义3.3 (1.1)Simulink 接线图如下： (1.2)响应曲线如下： 英文讲义“Disk Read System” (1.1)Simulink 接线图如下： (1.2)系统响应曲线如下： 结论：当时，系统性能满足 超调量 调节时间单位扰动最大响应 线性系统的根轨迹法 英文讲义4.5 (1.1)程序如下： (1.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下： (2.1)程序如下： (2.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下： 分析：时，由系统根轨迹曲线可知，系统处于不稳定状态，当改变 ，使时，由系统根轨迹曲线可知系统由不稳定状态转 换成为条件稳定状态。 教材第四章习题4.5 设单位反馈控制系统的开环传递函数如下，试概略画出相应的闭环根轨迹图 ( 要求算出起始角： 确定产生纯虚根的开环增益； 确定产生纯虚根为±j1的Z值和值； 概略绘出的闭环根轨迹图( 要 求确定根轨迹的分离点、起始角和与虚轴的交点 )。 (1.1)程序如下： (1.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下： (2.1)程序如下： (2.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下： (3.1)程序如下： 方法一： 方法二： (3.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下： 教材第四章习题4.10 设反馈控制系统中要求： 概略绘出系统根轨迹图，并判断闭环系统的稳定性； 如果改变反馈通路传递函数，使H(s)=1+2s，试判断H(s)改变后的系统稳定性， 研究由于H(s)改变所产生的效应。 (1.1)程序如下： (1.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下： (2.1)程序如下： (2.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下： 分析：由于H(s)从1改变到1+2s，使系统增加了一个负实零点，迫使系统根轨 迹向s左半平面弯曲，从而改善了系统的稳定性。 教材第四章习题4.17 设控制系统如图所示，其中为改善系统性能而加入的校正装置。若 可以从三种传递函数中任选一种，你选择哪一种？为什么？ (1.1)程序如下： (2.1)三种校正装置的根轨迹如下： 教材第四章习题4.23 图示是V-22鱼鹰型倾斜旋翼飞机示意图。V-22既是一种普通飞机，又是一种直升机。当飞机起飞和着陆时，其发动机位置可以如图示那样，使V-22像直升飞机那样垂直起降；而在起飞后，它有可以将发动机旋转90°，切换到水平位置，像普通飞机一样飞行。在直升机模式下，飞机的高度控制系统如图所示。要求： (1)概略绘出当控制器增益变化时的系统根轨迹图，确定使系统稳定的值范围； (2)当取时，求系统对单位阶跃输入r(t)=1(t)的实际输出h(t)，并确定系统的超调量和调节时间(△=2%)； (3)当r(t)=0，求系统对单位扰动的输出 (4)若在R(s)和第一个比较点之间增加一个前置滤波器试重解问题(2)。 (1.1)程序如下： (1.2)零极点分布图和根轨迹曲线如下：