第3章 节 线性系统的时域分析法 《自动控制原理实验教程（硬件模拟与MATLAB仿真）》课件.pptVIP

第3章 线性系统的时域分析法;2. 实验原理 （1）二阶系统的闭环极点分布及其阶跃响应的特点 值 闭环极点分布的特点 阶跃响应的特点 ζ 0 两个正实部的特征根， 振荡发散的曲线 位于s右半平面 ζ= 0 一对共轭纯虚根， 等幅振荡曲线 无阻尼系统 位于s平面虚轴上 0 ζ 1 两个负实部的共轭复根， 衰减振荡曲线 欠阻尼系统 位于s左半平面 ζ = 1 两个相等的负实根， 单调上升收敛的曲线 临界阻尼系统 位于s左半平面实轴 ζ1 两个不相等的负实根， 上升速度较时慢 过阻尼系统 s的左半平面实轴 ; （2）二阶系统的动态性能指标 ;3. 实验内容 （1）由典型环节构造二阶控制系统模拟电路 典型二阶控制系统由一个非周期性环节和一个积分环节串联等效而成，在实验中为了实现参数的线性调节，非周期性环节使用一个积分环节的负反馈回路构造。 ;R1 = R = 100 kΩ，调节R2或C的值就可以调节ζ和?n ;实验二 基于MATLAB控制系统单位阶跃响应分析 1. 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）研究二阶控制系统中，?n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。 2. 实验内容 已知二阶控制系统： （1）求该系统的特征根 若已知系统的特征多项式D (s)，利用roots ( ) 函数可以求其特征根。若已知系统的传递函数，利用eig ( ) 函数可以直接求出系统的特征根。;（2）求系统的闭环根、和ωn 函数damp ( ) 可以计算出系统的闭环根， ?和?n。 （3）求系统的单位阶跃响应 step ( ) 函数可以计算连续系统单位阶跃响应，其调用格式为： step (sys) 或step ( sys , t ) 或step (num , den) 函数在当前图形窗口中直接绘制出系统的单位阶跃响应曲线，对象sys可以由tf ( )，zpk ( ) 函数中任何一个建立的系统模型。第二种格式中t可以指定一个仿真终止时间，也可以设置为一个时间矢量（如t＝0 : dt : Tfinal，即dt是步长，Tfinal是终止时刻）。;【范例3-1】若已知单位负反馈前向通道的传递函数为： 试作出其单位阶跃响应曲线，准确读出其动态性能指标，并记录数据。 ;（4）分析ωn不变时，改变阻尼比 ，观察闭环极点的变化及其阶跃响应的变化。 【范例3-2】当? ＝0，0.25，0.5，0.75，1，1.25时，求对应系统的闭环极点、自然振荡频率及阶跃响应曲线。;（5）保持? ＝0.25不变，分析ωn变化时，闭环极点对系统单位阶跃响应的影响。 【范例3-3】当?n＝10，30，50时，求系统的阶跃响应曲线。;（6）分析系统零极点对系统阶跃响应的影响。 （7）观察系统在任意输入激励下的响应。 在MATLAB中，函数lsim ( )可以求出系统的任意输入激励的响应。常用格式为： lsim (sys , u , t ) ；lsim (sys1 , sys2 ,… , sysn , u , t )； [y , t] = lsim (sys , u ,t ) 函数中u的是输入激励向量，t必须是向量，且维数与u的维数相同。 【范例3-4】当输入信号为u ( t ) = 5 +2 t + 8 t2 时， 求系统的输出响应曲线。;3. 实验报告要求 （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。 ;实验三 基于MATLAB控制系统单位脉冲响应 1. 实验目的 （1）学会使用MATLAB编程绘制控制系统的单位脉冲响应曲线。 （2）学习分析系统脉冲响应的一般规律。 （3）掌握系统阻尼对脉冲响应的影响。