当前位置：文档之家 › 北京科技大学控制实验报告3

北京科技大学控制实验报告3

  • 格式：docx
  • 大小：1.18 MB
  • 文档页数：45

实验三利用MATLAB进行时域分析一、实验目的(1)学会使用 MA TLAB 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对系统动态特性和时域指标的影响；(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；(5)研究三阶系统单位阶跃响应及其动态性能指标与其闭环极点的关系；(6)研究闭环极点和闭环零点对高阶系统动态性能的影响；(7)了解高阶系统中主导极点与偶极子的作用；(8)了解系统阶跃响应、脉冲响应和斜坡响应输出曲线之间的联系与差别。

二、实验原理及内容1.求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、ζ和ω n函数 damp ( ) 可以计算出系统的闭环根、ζ和n。

3、零极点分布图可利用 pzmap() 函数绘制连续系统的零、极点图，从而分析系统的稳定性，调用格式为：pzmap(num,den)【范例 3-1】给定传递函数:G ( s)3s42s35s24s653s44s32s27s 2s利用下列命令可自动打开一个图形窗口，显示该系统的零、极点分布图，如图3- 所示。

>>num=[3,2,5,4,6];den=[1,3,4,2,7,2];pzmap(num,den)title(1Pole-Zero Map1) % 图形标题。

图3- 1 MATLAB 函数零、极点分布图4、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（impulse( )函数可以计算连续系统单位脉冲响应）：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）。

如果需要将输出结果返回到MA TLAB工作空间中，则采用以下调用格式：c=step(sys)此时，屏上不会显示响应曲线，必须利用plot() 命令查看响应曲线。

plot可以根据两个或多个给定的向量绘制二维图形。

25【范例 3-2】已知传递函数为：G (s)s24s 25利用以下MATLAB命令可得阶跃响应曲线如图3- 所示。

>>num=[0,0,25];den=[1,4,25];step(num,den)grid% 绘制网格线。

title(1Unit-Step Response of G(s)=25/(s^2+4s+25) 1 ) % 图像标题图3- 2 MATLAB绘制的响应曲线还可以用下面的语句来得出阶跃响应曲线>> G=tf([0,0,25],[1,4,25]);t=0:0.1:5;% 从 0到 5每隔 0.1取一个值。

c=step(G,t); % 动态响应的幅值赋给变量cc。

plot(t,c)% 绘二维图形，横坐标取t，纵坐标取Css=dcgain(G)% 求取稳态值。

系统显示的图形类似于上一个例子，在命令窗口中显示了如下结果Css= 15、求阶跃响应的性能指标MATLAB提供了强大的绘图计算功能，可以用多种方法求取系统的动态响应指标。

首先介绍一种最简单的方法――游动鼠标法。

对于例2，在程序运行完毕后，在曲线中空白区域，单击鼠标右键，在快捷菜单中选择” characteristics”，包含：Peak response (峰值 )； settlingtime ( 调节时间 )；Rise time( 上升时间 )； steady state(稳态值 )；在相应位置出现相应点，用鼠标单击后，相应性能值就显示出来。

用鼠标左键点击时域响应曲线任意一点，系统会自动跳出一个小方框，小方框显示了这一点的横坐标（时间）和纵坐标（幅值）。

这种方法简单易用，但同时应注意它不适用于用plot() 命令画出的图形。

【自我实践 1】若已知单位负反馈前向通道的传递函数为：G(s)100，试作出其单位s25s 阶跃响应曲线，准确读出其动态性能指标，并记录数据。

另一种比较常用的方法就是用编程方式求取时域响应的各项性能指标。

与游动鼠标法相比，编程方法稍微复杂，但可以获取一些较为复杂的性能指标。

若将阶跃响应函数step( )获得系统输出量返回到变量y 中，可以调用如下格式[y,t]=step(G)t，对返回变量y 和t 进行计算，可以得到时该函数还同时返回了自动生成的时间变量域性能指标。

①峰值时间 (timetopeak) 可由以下命令获得：[Y,k]=max(y);timetopeak=t(k)②最大 (百分比 ) 超调量 (percentovershoot) 可由以下命令得到：C=dcgain(G);[Y,k]=max(y);percentovershoot=100*(Y-C)/Cdcgain( ) 函数用于求取系统的终值。

③上升时间 (risetime) 可利用 MATLAB中控制语句编制M 文件来获得。

要求出上升时间，可以用while 语句编写以下程序得到：C=dcgain(G);n=1;while y(n)<Cn=n+1;endrisetime=t(n)在阶跃输入条件下，y 的值由零逐渐增大，当以上循环满足对应的时刻，即为上升时间。

对于输出无超调的系统响应，上升时间定义为输出从稳态值的间，则计算程序如下：y=C 时，退出循环，此时10%上升到90%所需时C=dcgain(G);n=1;while y(n)<0.1*Cn=n+1;endm=1;while y(n)<0.9*Cm=m+1;endrisetime=t(m)-t(n)④调节时间 (setllingtime) 可由 while 语句编程得到：C=dcgain(G);i=length(t);while(y(i)>0.98*C)&(y(i)<1.02*C)i=i-1;endsetllingtime=t(i)用向量长度函数length( ) 可求得t 序列的长度，将其设定为变量i 的上限值。

自我检测 1：>>G1=tf([0,0,100],[1,5,0]);G2=1;G=feedback(G1,G2)Transfer function:100---------------s^2 + 5 s + 100>>num=[0,0,100];>>den=[1,5,100];>>step(num,den)>>grid>>title('Unit-Step Response') >>上升时间： 0.129s；峰值时间： 1.42s；调节时间： 1.41s；超调： 42% 稳态值： 1【范例 3-3】已知二阶系统传递函数为：G(s)3(s 1 3i )(s 1 3i)利用下面的 stepanalysis.m 程序可得到阶跃响应如图3-及性能指标数据。

>> G=zpk([ ],[-1+3*i,-1-3*i ],3);% 计算最大峰值时间和超调量。

C=dcgain(G)[y,t]=step(G);plot(t,y)grid[Y,k]=max(y);timetopeak=t(k)percentovershoot=100*(Y-C)/C% 计算上升时间。

n=1;while y(n)<Cn=n+1;endrisetime=t(n)%计算调节时间。

i=length(t);while(y(i)>0.98*C)&(y(i)<1.02*C)i=i-1;endsetllingtime=t(i)运行后的响应图如图3-，命令窗口中显示的结果为C =timetopeak =0.3000 1.0491percentovershoot =risetime =35.09140.6626setllingtime =3.5337图 3-3 二阶系统阶跃响应用游动鼠标法求取此二阶系统的各项性能指标与本例是一致的。

6、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。

【自我实践 2】二阶系统，ωn=10，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；并分析对系统性能的影响。

参考程序：阶跃响应曲线：e du t i l pm A阻尼比不同时的阶跃响应曲线2ξ=01.81.6ξ=0.251.41.2ξ =0.5ξ=0.751ξ=10.8ξ =1.250.60.40.200.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82Time (sec)自我实践2：>> num=100;i=0;for sigma = 0:0.25:1.25 den = [1 2*sigma*10 100]; damp(den)sys = tf(num,den);i=i+1;step(sys,2)hold onendEigenvalue Damping Freq. (rad/s)0.00e+000+ 1.00e+001i0.00e+000 1.00e+001 0.00e+000- 1.00e+001i0.00e+000 1.00e+001Eigenvalue Damping Freq. (rad/s)-2.50e+000+ 9.68e+000i 2.50e-001 1.00e+001-2.50e+000- 9.68e+000i 2.50e-001 1.00e+001 Eigenvalue Damping Freq. (rad/s)-5.00e+000+ 8.66e+000i 5.00e-001 1.00e+001-5.00e+000- 8.66e+000i 5.00e-001 1.00e+001 Eigenvalue Damping Freq. (rad/s)-7.50e+000+ 6.61e+000i7.50e-001 1.00e+001-7.50e+000- 6.61e+000i7.50e-001 1.00e+001 Eigenvalue Damping Freq. (rad/s)-1.00e+001 1.00e+000 1.00e+001-1.00e+001 1.00e+000 1.00e+001Eigenvalue Damping Freq. (rad/s)-2.00e+001 1.00e+000 2.00e+001-5.00e+000 1.00e+000 5.00e+000>>gridhold offtitle(' 阻尼比不同时的阶跃响应曲线')lab1='zunibi = 0';text(0.3,1.9,lab1),lab2='zunibi = 0.25';text(0.3,1.5,lab2),>>lab3='zunibi = 0.5';text(0.3,1.2,lab3),lab4='zunibi = 0.75';text(0,3,1.05,lab4),lab5='zunibi = 1';text(0,35,0.9,lab5),lab6='zunibi = 1.25';text(0,35,0.8,lab6)>>ωn不变时，改变阻尼比，当ξ>1时，系统为过阻尼系统，系统的阶跃响应为非震荡过程，瞬态特性为单调变化曲线，无超调和震荡；当0<ξ<1 时，系统为欠阻尼系统，系统的阶跃响应为非震荡过程，ξ越小，超调量越大，震荡次数越多，调节时间越长。

合集下载

最新版北京科技大学第三次数学实验报告

最新版北京科技大学第三次数学实验报告

《数学实验》报告实验名称Matlab三维曲面绘图学院东凌经济管理学院专业班级姓名学号2016年3月一、【实验目的】1.了解并掌握Matlab三维曲面绘图；2.进一步掌握绘图程序格式和意义；3.初步掌握meshgrid, mesh, surf, colordef, colormap, light等使用。

二、【实验任务】79-779-9三、【实验程序】79-7t1=-3:0.1:3;[x1,y1]=meshgrid(t1);z1=x1.^2+y1.^2;subplot(1,2,1);colordef white;light('position',[20,20,5]);colormap(pin k);mesh(x1,y1,z1),title('x^2+3.*y^2');subplot(1,2,2);colordef white;light('position',[20,20,5]);colormap(pin k);surf(x1,y1,z1),title('x^2+3.*y^2')79-9t=-2:0.1:2;[x,y]=meshgrid(t);z1=5-x.^2-y.^2;subplot(1,3,1),mesh(x,y,z1),title('抛物面')z2=3*ones(size(x));subplot(1,3,2),mesh(x,y,z2),title('平面')r0=abs(z1-z2)<=0.2;zz=r0.*z2;yy=r0.*y;xx=r0.*x;subplot(1,3,3),plot3(xx,yy,zz,'x'),title('交线')四、【实验结果】79-179-9五、【实验总结】通过三节课的学习，对matlab有了一个进一步的认识。

当然值得一提是meshgrid, mesh, surf, colordef, colormap, light等新指令的了解与掌握，也感受到曲面的魅力，希望在今后的学习，能进一步提高三维曲面的绘图技能。

控制工程实验报告

控制工程实验报告

控制工程实验报告1. 引言控制工程是一门研究如何通过设计和操作系统来达到预期目标的学科。

实验是控制工程学习过程中重要的一部分，通过实验可以加深对控制理论的理解，提高实际操作能力。

本实验报告旨在总结和分析在进行控制工程实验时所遇到的问题和解决方法。

2. 实验背景本次实验旨在研究单输入单输出（SISO）的控制系统。

通过建模、设计和实施控制器，我们将探讨如何使系统达到期望的性能指标。

在实验过程中，我们使用了控制工程中常用的方法和工具，如PID控制器、校正方法和稳定性分析等。

3. 实验目标本实验的主要目标是设计一个PID控制器来控制一个特定的系统，使其满足给定的性能要求。

具体目标如下： - 理解PID控制器的原理和工作方式； - 利用实验数据建立系统的数学模型； - 利用系统模型设计优化的PID控制器； - 分析和评估实验结果，判断控制系统的稳定性和性能。

4. 实验过程实验分为以下几个步骤： ### 4.1 建立系统模型首先，我们需要对所控制的系统进行建模。

使用传感器收集系统的输入和输出数据，并通过系统辨识方法分析这些数据，得到系统的数学模型。

常用的辨识方法包括最小二乘法和频域分析法。

4.2 设计PID控制器基于系统模型的分析，我们可以设计PID控制器。

通过调整PID控制器的参数，如比例增益、积分时间常数和微分时间常数，我们可以优化控制系统的性能。

4.3 实施控制器将设计好的PID控制器实施到实际系统中。

在实验中，我们需要将传感器和控制器与被控对象连接，并配置合适的控制策略。

4.4 性能评估通过收集系统的输入和输出数据，并利用系统模型进行仿真和分析，我们可以评估控制系统的性能。

常见的评估指标包括超调量、上升时间和稳态误差等。

5. 实验结果与分析根据实验数据和分析结果，我们得到了以下结论： - PID控制器可以有效地控制被控对象，使其稳定在期望值附近； - 通过适当调整PID控制器的参数，我们可以优化控制系统的性能； - 预测模型与实际系统存在一定差异，可能需要进一步改进和校正。

北科大自动化生产实训报告精华版(含程序)

北科大自动化生产实训报告精华版(含程序)

北京科技大学自动化生产线实训实验报告班级：自1102姓名：学号：指导教师：日期：2014年5 月11日目录1系统概述 (1)1.1实验对象 (1)1.2上位机软件 (1)1.3下位机 (1)1.4实验任务与目的 (1)1.5分组情况 (1)2单容水箱建模 (2)2.1建模方法概述 (2)2.1.1 机理建模 (2)2.1.2 实验方法建模 (2)2.1.3 对象模型的影响因素分析 (2)2.2阶跃响应法建模 (2)2.2.1 理论基础 (2)2.2.2 实验步骤 (2)2.2.3模型建立 (3)2.2.4 结果分析 (3)3单容水箱PID控制 (7)3.1液位控制 (13)3.1.1实验步骤 (13)3.1.2结果分析 (15)3.2流量控制（选做） (16)3.2.1 ....................................... 错误！未定义书签。

3.3压力控制（选做） (16)3.3.1 ....................................... 错误！未定义书签。

4实训总结. (17)4.1 目标，过程，结果等分析 (19)4.2对实训的收获，要求和建议 (19)5选作内容 (20)1系统概述1.1实验对象三容立方体水箱。

每个水箱配备进水孔，出水孔，溢流孔，液位计；在进水管路配流量计和压力计，两个水泵1.2上位机软件上位机组态软件为组态王1.3下位机西门子S7-200PLC。

S7-200是最低端系列，适用于小型，对控制要求高的场合。

1.4实验任务与目的通过对水箱压力液位流量的控制学习PID参数整定以及利用matlab进行建模和参数整定。

1.5分组情况组员：2单容水箱建模2.1建模方法概述2.1.1 机理建模从系统内在的物理和化学规律出发建立稳态数学模型。

2.1.2 实验方法建模用于建立被测对象或系统的输入-输出模型。

根据输入和输出的实测数据进行某种数学处理后得到，其特点是完全从外特性上测试和描述被研究对象或系统的动态性质，可不研究其内部复杂机理。

控制系统的稳定性分析实验报告范文

控制系统的稳定性分析实验报告范文

控制系统的稳定性分析实验报告范文下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!控制系统的稳定性分析实验报告1. 引言控制系统的稳定性分析是控制工程领域的重要研究方向之一。