自动控制原理.doc

成绩
南京工程学院
课程设计报告
设计题目控制系统分析及校正
课程名称自动控制原理C
系部能源与动力工程学院
专业********************************
班级********
学号*********
姓名******
起止日期 -
指导教师陈磐、朱红霞
能源与动力工程学院
二O 一四年七月
本课程设计将利用计算机仿真计算软件MATLAB,通过使用它的SIMULINK工具箱和MATLAB语言,进行自动控制系统的分析,并对简单反馈控制系统进行设计和整定。下面介绍本课程设计的主要内容和实现方法:
一、控制系统的时域分析
1. 二阶环节或系统动态特性分析
通过观察二阶环节或系统在单位阶跃信号作用下的响应曲线,熟悉它们的动态特性;并了解参数变化对其动态特性的影响。
Go(s)=
观察其阶跃响应曲线及相关参数ζ和ωn分别变化对其性能的影响。
令K不变(取K= 3 ),
①令ωn= 1 ,ζ取不同值:ζ1=0;ζ2= , ζ3= (0<ζ<1);ζ4=1;ζ5= (ζ≥1);
画出对应的单位阶跃响应曲线(在输出曲线上标明对应的有关参数值)并进行分析。
②令ζ= ,ωn取不同值:ωn1= 1 ;ωn 2= 2 ;ωn 3= 3 ;
画出对应的单位阶跃响应曲线(在输出曲线上标明对应的有关参数值)并进行分析。
num1=[3];den1=[1 0 1];
s1=tf(num1,den1);t=13;
figure(1),step(s1,t);
hold on;grid on;
den2=[1 1];
s2=tf(num1,den2);t=13;
figure(1),step(s2,t);
hold on;grid on;
den3=[1 1];
s3=tf(num1,den3);t=13;
figure(1),step(s3,t);
hold on;grid on;
den4=[1 2 1];
s4=tf(num1,den4);t=13;
figure(1),step(s4,t);
hold on;grid on;
den5=[1 3 1];
s5=tf(num1,den5);t=13;
figure(1),step(s5,t);
hold on;grid on;
legend('ξ=0','ξ=','ξ=','ξ=1','ξ=')
title(''),xlabel('t'),ylabel('h(t)')
num11=[3];den11=[1 1 1];
s11=tf(num11,den11);t=13;
figure(2),step(s11,t);
hold on;grid on;
num12=[12];den12=[1 2 4];
s12=tf(num12,den12);t=13;
figure(2),step(s12,t);
hold on;grid on;
num13=[27];den13=[1 3 9];
s13=tf(num13,den13);t=13;
figure(2),step(s13,t);
hold on;grid on;
legend('ωn=1','ωn=2','ωn=3')
title(''),xlabel('t'),ylabel('h(t)')
①当ζ=0,系统单位阶跃响应作等幅振荡,为无阻尼状态,没有稳态;
当0<ζ<1,系统的单位阶跃响应具有振荡特性,称为欠阻尼状态,上升时间比较快;
当ζ=1,其时间响应没有超调量,响应速度比过阻尼要快,为临界阻尼状态,没有振荡;
当ζ>1,其时间响应的调节时间最长,进入稳态很慢,没有超调量,为过阻尼状态,无振荡;
所以只有二阶欠阻尼系统的阶跃响应,有可能兼顾快速性与平稳性,并表现出比较好的性能
。
②当0<ζ<1,ωn越大,峰值时间越小、调节时间越小,超调量几乎保持不变,系统越稳定。
2. 系统动态性能指标的求取
已知两个系统的传递函数分别为


(1)绘制对应的单位阶跃响应曲线(在输出曲线上标明对应的系统,且用不同的颜色区分响应曲线);
(2)求出对应的单位阶跃响应表达式;
(3)求峰值时间、调节时间、超调量。
num1=[1 2 4];den1=[1 10 5 4];
s1=tf(num1,den1);t=25;
figure(1);step(s1,t);
hold on;grid on;
syms s t;
Fs1=(s^2+2*s+4