自動控制实验四.docVIP

黄淮学院电子科学与工程系 自动控制 课程验证性实验报告 实验名称 基于MATLAB高阶控制系统的时域响应动态性能分析 实验时间 2012年11月22日 学生姓名 张 帅 实验地点 070312 同组人员 无 专业班级 电技1001B 实验目的 研究三阶系统单位阶跃响应及动态性能指标与其闭环极点的关系。 研究闭环极点和闭环零点对高阶系动态性能的影响。 了解高阶系统中主导极点与偶极子的作用。 2、实验主要仪器设备和材料：MATLAB软件 3、实验内容和原理： （1）三阶系统的单位阶跃响应分析 【范例3-7】已知三阶系统闭环传递函数为 5 (s+2)(s+3) Φ（s)= -------------------,编写MATLAB程序，求取系统闭环极点及其单位 (s+4) (s2+2s+2) 阶跃响应，读其动态性能指标。 【解】三阶系统动态性能分析MATLAB参考程序graph9.m如下： num1=conv([0 5],conv([1 2],[1 3]));den1=conv([1 4],[1 2 2])； roots(den1) [z,p,k]=tf2zp(num1,den1) step(num1,den1) 程序运行后得系统闭环极点为-4，-1+j,-1-j. 【范例3-8】改变系统闭环极点的位置， 0.625 (s+2)(s+3) Φ（s)= -------------------,将原极点s=-4改成s=-0.5，是闭环极点 (s+0.5) (s2+2s+2) 靠近虚轴，观察单位阶跃响应和动态性能指标的变化。 【解】将极点-4改为-0.5后的程序graph10.m如下： num2=conv(0.625,conv([1 2],[1 3])); den1=conv([1 0.5],[1 2 2])； step(num1,den1) 【范例3-9】改变系统闭环零点的位置， 10(s+1)(s+3) Φ（s)= -------------------,将原零点s=-2改成s=-1，观察单位阶跃响 (s+4) (s2+2s+2) 应及其动态性能指标的变化。 【解】将极点-2改为-1后的程序graph11.m如下： num3=conv(10,conv([1 1],[1 3]));den1=conv([1 4],[1 2 2])； step(num3,den1) （2）高阶系统的单位阶跃响应分析 【范例3-10】已知控制系统的闭环传递函数 1.05(0.4762s+1) Φ（s)= ------------------------------,求 (0.125s+1) (0.5s+1)(s2+s+1) 用MATLAB软件分析该系统的单位阶跃响应及其动态性能指标。 2）该系统的阶跃响应与二阶系统 1.05 Φ（s)= ----------的单位阶跃比较，时分析闭环主导极点的特点及作用。 s2+s+1 3)比较3-6中编号1和编号3系统的单位阶跃响应及其动态性能指标，观察闭环零点对系统动态性能产生的影响有哪些？ 4）比较3-6中编号4和编号5系统的动态性能指标，分析非主导极点对系统性能的影响极其作用。 5)比较3-6中编号5和编号6系统的动态性能指标，说明偶极子的作用。 【解】高阶系统的单位阶跃响应分析MATLAB参考程序graph12.m如下： %graph12.m num4=conv(1.05,[0.4762 1]); den4=cov(conv([0.25 1],[0.5 1]),[1 1 1]); damp(den4) Sys=tf(num4,den4); Step(sys4,’r’) grid;hold on num1=1.05;den1=con(conv([0.125 1],[0.5 1]),[1 1 1]); sysy1=tf(num1,den1); step(sys1,’g’) num2=num4;den2=den1; sys2=tf(num2,den2); step(sys2,’c’) num3=[1.05 1