计算机控制系统-实验报告.doc

“计算机控制系统”实验报告注意事项:
1. 实验报告必须用学校规定的实验报告纸书写,截图与程序可以打印粘贴于实验报告纸上或附后;
2. 下述实验报告中的截图、程序与实验分析仅供参考,每个人的实验报告内容以个人的具体实验为准;
3. 某些实验中的参数设定与学号有关,见实验报告中的红色与蓝色字体文字,红色字体文字需用个人有关的学号替换,蓝色字体文字为对应的解释说明,写实验报告时需删除;
4. 实验报告写好后,请学习委员收集整理交至机械楼422,同一个实验按学号排好序叠成一叠,即四个实验四大叠,不能一个同学的四个实验放一块。
实验一离散系统性能分析
一、实验目的
;
;
3. 掌握离散系统的稳定性及动态性分析。
二、实验内容
,为零阶保持器,,采样周期为Ts=1,开环增益为K,对该离散系统进行性能分析。
离散系统结构框图
三、实验步骤
1. 建立离散系统的数学模型:
利用tf函数和c2d函数分别建立连续系统及离散系统的传递函数。
2. 绘制系统的
根轨迹:
利用rlocus函数绘制离散系统的根轨迹图,找出根轨迹和单位圆的交点,。
离散系统的根轨迹图
从图中可以看出根轨迹与单位圆的交点处的开环增益为K=0和K=2,即,使闭环系统稳定的K的范围是。绘制K=2时离散系统的幅频特性曲线和Nyquist曲线,观察其稳定性。
利用margin函数和dnyquist函数绘制K=。
离散系统的幅频特性曲线
离散系统的Nyquist曲线
从系统的幅频特性曲线可知,当K=2时相角裕量为0,增益裕量为0;由Nyquist曲线可知,当K=2时曲线恰好穿过(-1,0)点。所以,当K=2时系统处于临界稳定状态,即系统稳定时K的取值范围(0,2)。
3. 分析系统的阶跃响应:
给K赋不同的值,利用dstep函数观察相应的阶跃响应曲线。K=1,2,3时,-。
(K=1)
闭环系统的阶跃响应曲线(K=2)
闭环系统的阶跃响应曲线(K=3)
由上图可知,当K=1时,闭环系统稳定,阶跃响应曲线收敛,并且系统的稳态误差为0;当K=2时,闭环系统临界稳定,阶跃响应曲线等幅震荡;当K=3时,闭环系统不稳定,阶跃响应曲线很快发散。这与前面对K值的分析结果是一致的。
4. 分析采样周期对系统稳定性的影响:
在临界稳定的系统中,分别取采样周期Ts==2s,计算系统的阶跃响应,。
闭环系统的阶跃响应曲线(K=2,Ts=)
闭环系统的阶跃响应曲线(K=2,Ts=2s)
从上图可知,离散控制系统的稳定性不仅与开环增益有关,还与采样周期有关。原本临界稳定的系统,在缩短采样周期后变得稳定;加大采样周期则使得系统不稳定。
实验二数字PID控制器设计
一、实验目的
;
;
3. 掌握PID控制器各项参数对系统动态特性及稳态特性的影响。
二、实验内容
,其中为零阶保持器,,设T=,分析不同的PID参数对系统性能的影响。
PID控制系统框图
三、实验步骤
1. PID控制器为,比例系数分别取时,:
不同比例系数时的阶跃响应
(a) (b) (c) (d)
2. PID控制器为,比例系数为1,积分时间常数分别取时,:
不同积分时间常数时的阶跃响应
(a) (b) (c) (d)
3. PID控制器为,比例系数和积分时间常数都取为1,微分时间常数分别取时,: