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实验二__典型系统的时域响应分析-生医
实验二 典型系统的时域响应分析
1. 实验目的
通过用MATLAB 及SIMULINK 对控制系统的时域分析有感性认识。
2. 实验仪器
PC计算机一台,MATLAB软件1套
3. 实验内容
任务一:一阶系统不同输入信号下的响应仿真
(1) 一阶系统的单位阶跃响应
在SIMULINK 环境下搭建图1的模型,进行仿真,得出仿真曲线图。
图1 一阶系统的单位阶跃响应模型
分析仿真结果与理论是否统一,记录仿真曲线图。
(2) 一阶系统的单位斜坡响应
在SIMULINK环境下搭建图2的模型,将示波器横轴终值修改为12进行仿真,得出仿真曲线图。
图2 一阶系统的单位斜坡响应模型
分析仿真结果与理论情况是否统一,记录仿真曲线图。
任务二:分析阻尼比、自然角频率对二阶系统暂态响应的影响
分析 自然角频率固定,0 1时,阻尼比越大,调整时间ts越小,峰值时间tp越大,最大超调量Mp越小,振幅衰减越快, =0时,无衰减;阻尼比固定,则最大超调量固定,自然角频率越大,调整时间ts越小,峰值时间tp越小。
二阶系统的闭环传递函数标准形式为
(1)自然角频率
选取不同阻尼比0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,2.0,参考课本P110例3-13-7程序用MATLAB得到二阶系统阶跃响应曲线。记录这一组仿真曲线图, 在图中标注各条响应曲线对应的阻尼比的值,分析总结对系统的影响。注意时间,
wn=1;
z=[0:0.2:1.0,2.0];
figure(1)
hold on
for z1=z
num=[wn^2];
den=[1,2*z1*wn,wn^2];
t=0:0.01:25;
step(num,den,t)
end
title(step Response)
hold off
(2)阻尼比
选取不同自然角频率0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,要求在SIMULINK 环境下搭建下图的系统模型,进行仿真,得到一组二阶系统阶跃响应曲线,记录这一组仿真曲线图,并分析值的大小对系统的影响。时间修改。。
(3) 系统动态性能分析
对于闭环传函表示的二阶系统
①用《自动控制理论》书上的公式,计算系统的性能指标:上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间。
=/4;=;=0.66,tp=0.94,Mp=9.6,ts=1.2,
②利用单位阶跃响应Step( ),用MATLAB编程,得到当输入单位阶跃信号时,系统的性能指标:上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间。
设计表格比较理论计算值与仿真曲线图得到的系统性能指标(上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间)的异同,并给出结论。
参考程序清单:
num=[20];den=[1 5 20];%系统模型
step(num,den) %绘制阶跃响应曲线
在自动绘制的系统阶跃响应曲线上,若单击曲线上某点,则可以显示该点的时间信息和响应的幅值信息,从而可以容易得到系统的性能指标:上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间。
任务三: 高阶系统的单位阶跃响应
已知某高阶系统的闭环传递函数为
num = [45]; den = [1,8.6,29.8,67.4,51,45]; G = tf ( num, den )
[ Z,P,K] = tf2zp ( num, den )
和某二阶系统的闭环传递函数为
num = [1]; den = [1,0.6,1]; G = tf ( num, den )
[ Z,P,K] = tf2zp ( num, den )
分别用tf2zp函数求高阶系统和二阶系统的零点Z、极点P和增益K;
分别用pzmap函数绘制它们的零、极点图;
根据两个系统的零点、极点的位置,判断该高阶系统的响应能否用这个二阶系统的响应去近似
提示:函数调用格式:(1)tf2zp(num,den) (2)pzmap(G)
①⑴ ①⑵
②
(2)利用单位阶跃响应step( )、figure( )和hold on( )等函数和指令,在medit 环境下,编译一个.m 文件,能够将原系统和降阶系统的单位阶跃响应绘制在一个图中,记录它们的响应曲线和暂态性能指标(上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间),进行比较分析。其编程思想见《自动控制理论》书上p110~111的例3-13-7。 Num den step;hold on ;num den
提示:[y,x,t]=step(G);
plot(t,y)错误,不用提示
设计表格记录原系统和降阶系统的暂态性能指标(上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间),进行比较分析。
上升时间 峰值时间 超调量 调整时间 原系统 1.97 3.23 37% 11.2 降阶系统
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