控制新版系统时间响应分析实验报告.doc

实验一、“控制系统时间响应分析”实验报告
一、实验类型
验证性实验
二、实验目
1、求系统在时间常数τ不同取值时单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响应，熟悉系统时间响应定义和图形曲线
2、求系统上升时间、峰值时间、最大超调量和调节时间等性能指标，熟悉系统瞬态性能指标定义。
三、实验仪器与设备（或工具软件）
计算机，MATLAB软件
四、实验内容、实验办法与环节
已知系统传递函数

1、求系统在时间常数τ不同取值时单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响应。
应用impulse函数，可以得到τ=0，τ=0.0125、τ=0.025时系统单位脉冲响应；应用step函数，同样可以得到τ=0，τ=0.0125、τ=0.025时系统单位阶跃响应。
2、 求系统瞬态性能指标
五、 实验成果
1、 系统在时间常数τ不同取值时单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响
t=[0:0.01:0.8];%仿真时间区段
nG=[50];
tao=0; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G1=tf(nG,dG);
tao=0.0125; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G2=tf(nG,dG);
tao=0.025; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G3=tf(nG,dG);%三种τ值下，系统传递函数模型
[y1,T]=impulse(G1,t);[y1a,T]=step(G1,t);
[y2,T]=impulse(G2,t);[y2a,T]=step(G2,t);
[y3,T]=impulse(G3,t);[y3a,T]=step(G3,t);%系统响应
subplot(131),plot(T,y1,'--',T,y2,'-.',T,y3,'-')
legend('tao=0','tao=0.0125','tao=0.025')
xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');grid on;
subplot(132),plot(T,y1a,'--',T,y2a,'-.',T,y3a,'-')
legend('tao=0','tao=0.0125','tao=0.025')
grid on;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');%产生图形
t=[0:0.01:1];u=sin(2*pi*t);% 仿真时间区段和输入
Tao=0.025;
nG=[50]; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G=tf(nG,dG);%系统传递函数模型
y=lsim(G,u,t);  %求系统响应
plot(t,u,'--',t,y,'-',t,u'-y,'-.','linewidth',1)
legend('u(t)','xo(t)','e(t)')
grid; xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');%产生图形
t=[0:0.01:1];u=sin(2*pi*t);
tao=0.025;
nG=[50];dG=[0.05 1+50*tao 50];G=tf(nG,dG);
y=lsim(G,u,t);
subplot(133),plot(t,u,'--',t,y,'-',t,u-y','-.','linewidth',1)
legend('u(t)','xo(t)','e(t)')
grid on;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');
系统在时间常数τ不同取值时单位脉冲、单位阶跃响应和任意输入响应:

2、 系统瞬态性能指标
t=0:0.001:1; %设定仿真时间区段和误差限
yss=1;dta=0.02;
tao=0; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G1=tf(nG,dG);
tao=0.0125; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G2=tf(nG,dG);
tao=0.025; dG=[0.05 1+50*tao 50]; G3=tf(nG,dG); %三种τ值下，系统传递函数模型
y1=step(G1,t);
y2=step(G2,t);
y3=step(G3,t);  %三种τ值下，系统单位阶跃响应
r=1;while y1(r)<yss;r=r+1;end
tr1=(r-1)*0.001; %τ=0时上升时间
[ymax,tp]=max(y1);tp1=(tp-1)*0.001;%峰值时间
mp1=(ymax-yss)/yss;%最大超调量
s=1001;while y1(s)>1-dta&y1(s)<1+dta;s=s-1;end
ts1=(s-1)*0.001;%调节时间
r=1;while y2(r)<yss;r=r+1;end
tr2=(r-1)*0.001;[ymax,tp]=max(y2);
tp2=(tp-1)*0.001;mp2=(ymax-yss)/yss;
s=1001;while y2(s)>1-dta&y2(s)<1+dta;s=s-1;end
ts2=(s-1)*0.001;% τ=0.0125性能指标
r=1;while y3(r)<yss;r=r+1;end
tr3=(r-1)*0.001;[ymax,tp]=max(y3);
tp3=(tp-1)*0.001;mp3=(ymax-yss)/yss;
s=1001;while y3(s)>1-dta&y3(s)<1+dta;s=s-1;end
ts3=(s-1)*0.001;% τ=0.025性能指标
[tr1 tp1 mp1 ts1;tr2 tp2 mp2 ts2;tr3 tp3 mp3 ts3]%显示

ans =

0.0640 0.1050 0.3509 0.3530
0.0780 0.1160 0.1523 0.2500
0.1070 0.1410 0.0415 0.1880

实验二 “控制系统频率特性分析”实验报告
一、实验类型
验证性实验
二、实验目
1、运用MATLAB绘制Nyquist图
2、运用MATLAB绘制Bode图
3、运用MATLAB求系统频域特性量
三、实验仪器与设备（或工具软件）
计算机，MATLAB软件
四、实验内容、实验办法与环节
已知系统传递函数

1、运用MATLAB绘制Nyquist图
2、运用MATLAB绘制Bode图
3、运用MATLAB求系统频域特性量
五、实验成果
（1）
k=24,numG1=k*[0.25 0.5];
denG1=conv([5 2],[0.05 2])； %系统传递函数%
[re,im]=nyquist(numG1,denG1)；%求时频特性和虚频特性%
plot(re,im);grid %生成Nyquist图
运用MATLAB绘制Nyquist图：

（2）
k=24,numG1=k*[0.25 0.5];
denG1=conv([5 2],[0.05 2])； %系统传递函数%
w=logspace(-2,3,100)；%产生介于10-2(0.01)和103(1000)之间100个频率点%
bode(numG1,denG1,w);grid %绘制Bode图
运用MATLAB绘制Bode图%：

（3）运用MATLAB求系统频域特性量

k =24
Mr =9.5398
Wr =0.0100
M0 =9.5398
Wb =3.3516

实验三、“控制系统稳定性分析”实验报告
一、实验类型
验证性实验
二、实验目
1、运用MATLAB求系统特性根。
2、运用MATLAB分析系统稳定性。
三、实验仪器与设备（或工具软件）
计算机，MATLAB软件
四、实验内容、实验办法与环节
1、运用MATLAB求系统特性根。
依照已知系统特性方程，应用roots函数可以直接求出系统所有特性根，从而鉴定系统与否稳定。
2、运用MATLAB分析系统稳定性。
MATLAB提供margin函数，可以求出系统幅值裕度、幅值穿越频率和相位穿越频率，因而可以用于鉴定系统相对稳定性。
五、实验成果
mag =
1.0e+003 *
ans =
9.5424 25.3898 2.2361 1.2271
-10.4576 -23.5463 2.2361 3.9010