1、實驗典型部分的MATLAB模擬一、實驗?zāi)康?.熟悉MATLAB桌面和命令窗口，并提前了解如何使用SIMULINK功能模塊。2.通過觀察單位相位信號作用下典型鏈路的動態(tài)特性，加深了對每個典型鏈路響應(yīng)曲線的理解。3.認(rèn)真理解每個參數(shù)變化對典型鏈路動態(tài)特性的影響。二、實驗原理1.比例傳遞函數(shù)相應(yīng)的模擬電路和SIMULINK圖形顯示在圖1中。圖1比率鏈接模擬電路和SIMULINK圖形慣性鏈接傳遞函數(shù)相應(yīng)的模擬電路和SIMULINK圖形顯示在圖2中。圖2慣性鏈接模擬電路和SIMULINK圖形積分鏈接(I)的傳遞函數(shù)相應(yīng)的模擬電路和SIMULINK圖形顯示在圖3中。圖3點鏈接模擬電路和SIMULINK圖形

2、4.差分鏈路(d)的傳遞函數(shù)相應(yīng)的模擬電路和SIMULINK圖形顯示在圖4中。圖4差分鏈接模擬電路和SIMULINK圖形比例差分鏈路(PD)傳遞函數(shù)相應(yīng)的模擬電路和SIMULINK圖形顯示在圖5中。圖5比率微分鏈接的模擬電路和SIMULINK圖形曲線比例積分鏈路(PI)傳遞函數(shù)相應(yīng)的模擬電路和SIMULINK圖形如圖6所示。圖6比率積分鏈路的模擬電路和SIMULINK圖形曲線三、實驗內(nèi)容以下每個典型鏈接的傳遞函數(shù)、相應(yīng)的SIMULINK模擬模型設(shè)置、單位步長響應(yīng)波形觀察和記錄。比例鏈接和；慣性鏈接和點鏈接微分環(huán)比例微分鏈接(PD)和比例積分鏈接(PI)和四、實驗報告記錄每個鏈接的單位步長響應(yīng)波

3、形，分析參數(shù)對響應(yīng)曲線的影響。比例鏈接：(請參閱圖7)(請參閱圖8)慣性環(huán)：(請參閱圖9)(請參閱圖10)點鏈接： (見圖11)差異鏈接： (見圖12)比例微分環(huán)(PD):(請參閱圖13)(請參閱圖14)比例積分鏈接(PI):(見圖15)(見圖16)實驗2基于MATLAB控制系統(tǒng)單元階段響應(yīng)分析。一.實驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)使用MATLAB編程繪制控制系統(tǒng)的單位步響應(yīng)曲線。2.研究二次控制系統(tǒng)中wn牙齒系統(tǒng)階段響應(yīng)的影響。掌握正確閱讀動態(tài)特性指標(biāo)的方法。4.分析了二次系統(tǒng)的閉環(huán)極點和閉環(huán)零點對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。二、實驗報告已知單位負(fù)反饋正向通道的傳遞函數(shù)：1.創(chuàng)建單位級響應(yīng)曲線，以正確讀取動態(tài)性能指

4、標(biāo)并記錄數(shù)據(jù)。2.n牙齒不變時改變阻尼比，觀察閉環(huán)極點的變化和階段響應(yīng)的變化。當(dāng)X=0，0.25，0.5，0.75，1，1.25時，查找該系統(tǒng)的閉環(huán)極點、自然振動頻率和相位響應(yīng)曲線。3.保持X=0.25不變，分析N變化時閉環(huán)極點對系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的影響。當(dāng)WN=10，30，50時，得到系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。4.分析了系統(tǒng)零點對系統(tǒng)階段響應(yīng)的影響。實驗3基于MATLAB控制系統(tǒng)的根軌跡和性能分析。一、實驗?zāi)康?.熟練掌握使用MATLAB繪制控制系統(tǒng)的零極圖和根軌跡圖的方法。學(xué)習(xí)分析控制系統(tǒng)根軌跡的一般規(guī)律。使用根軌跡圖執(zhí)行系統(tǒng)性能分析。研究閉環(huán)零點和極點對系統(tǒng)性能的影響。二、實驗原理1.根軌跡和穩(wěn)

5、定性當(dāng)系統(tǒng)開環(huán)增益在中發(fā)生變化時，如果根軌跡沒有超出虛擬軸進(jìn)入S右半平面，那么對于所有K值，系統(tǒng)都是穩(wěn)定的。如果根軌跡越過虛擬軸進(jìn)入S右半平面，則根軌跡和虛擬軸相交的K值為臨界開環(huán)增益。應(yīng)用根軌跡法，可以快速確定開環(huán)增益或參數(shù)下的閉環(huán)0，極點位置，獲得相應(yīng)的閉環(huán)傳輸函數(shù)。2.根軌跡和系統(tǒng)性能的定性分析1)穩(wěn)定性。如果閉環(huán)極點全部位于S左側(cè)半平面，則系統(tǒng)必須穩(wěn)定。也就是說，穩(wěn)定性僅與閉環(huán)極點的位置相關(guān)，閉環(huán)0的位置無關(guān)。2)運動形式。閉環(huán)系統(tǒng)中沒有零點，閉環(huán)極點為實數(shù)極點時，時間響應(yīng)單調(diào)。如果閉環(huán)極點都是復(fù)數(shù)極點，則時間響應(yīng)通常是振動的。3)超額曹征。超額調(diào)整主要取決于閉環(huán)多主極的衰減率，與其他

6、閉環(huán)0，極接近坐標(biāo)原點的程度有關(guān)。調(diào)節(jié)時間。曹征時間主要取決于最接近虛擬軸的閉環(huán)多極子的實際絕對值。實數(shù)極點最接近虛擬軸，其附近沒有實數(shù)零點的情況下，曹征時間主要取決于實數(shù)極點的模值。5)實數(shù)0，極影響。零點減少了閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼，縮短了系統(tǒng)的峰值時間，增加了超額調(diào)整量。極點增加閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼，從而減慢系統(tǒng)的最大時間，減少過剩量。而且，牙齒影響由接近坐標(biāo)原點的程度加強(qiáng)。三、實驗報告1.繪制已知系統(tǒng)的開環(huán)傳輸函數(shù)，系統(tǒng)的0極圖。2.系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)、控制系統(tǒng)的根軌跡圖表繪制和根軌跡的一般規(guī)則分析實驗4線性系統(tǒng)的頻域分析一、實驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)如何使用MATLAB語句繪制各種頻域曲線。掌握控制系統(tǒng)的頻域

7、分析方法。二、實驗報告1.典型的二次系統(tǒng)繪制0.3，0.5，0.8，2的bode圖形，以記錄和分析對系統(tǒng)bode圖形的影響。系統(tǒng)的開環(huán)傳輸函數(shù)繪制系統(tǒng)的Nyquist曲線、Bode圖，說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并繪制階躍響應(yīng)曲線進(jìn)行驗證。已知系統(tǒng)的開環(huán)傳輸函數(shù)。求出系統(tǒng)的開環(huán)截止頻率、通過頻率、振幅裕度和相位裕度。應(yīng)用頻率穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4.根據(jù)頻域分析方法分析系統(tǒng)，說明了頻域分析系統(tǒng)的優(yōu)點。實驗5線性系統(tǒng)系列校正一、實驗?zāi)康?.擅長使用MATLAB語句繪制頻域曲線。2.加深對串行校正裝置對系統(tǒng)動態(tài)性能的校正效果的理解。二、實驗內(nèi)容1)使用PI調(diào)節(jié)器系列校正對于如圖1所示的指定單位反饋閉環(huán)系統(tǒng)：圖1原始閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖表串行校正設(shè)備的傳輸函數(shù)是繪制原始系統(tǒng)和每個校正鏈路的模擬路線圖以及校正前后系統(tǒng)的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，以記錄測試數(shù)據(jù)和響應(yīng)波形，并分析校正前后系統(tǒng)的性能。2)使用PD調(diào)節(jié)器系列校正對于如圖2所示的指定單元反饋閉環(huán)系統(tǒng)：圖2原始閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖表串行校正設(shè)備的傳輸函數(shù)是繪制原始系統(tǒng)和每個校正鏈路的模擬路線圖以及校正前后系統(tǒng)的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，以記錄測試數(shù)據(jù)和響應(yīng)波形，并分析校正前后系統(tǒng)