自動控制实验四.doc
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黄淮学院电子科学与工程系
自动控制 课程验证性实验报告
实验名称 基于MATLAB高阶控制系统的时域响应动态性能分析 实验时间 2012年11月22日 学生姓名 张 帅 实验地点 070312 同组人员 无 专业班级 电技1001B 实验目的
研究三阶系统单位阶跃响应及动态性能指标与其闭环极点的关系。
研究闭环极点和闭环零点对高阶系动态性能的影响。
了解高阶系统中主导极点与偶极子的作用。 2、实验主要仪器设备和材料:MATLAB软件 3、实验内容和原理:
(1)三阶系统的单位阶跃响应分析
【范例3-7】已知三阶系统闭环传递函数为
5 (s+2)(s+3)
Φ(s)= -------------------,编写MATLAB程序,求取系统闭环极点及其单位
(s+4) (s2+2s+2)
阶跃响应,读其动态性能指标。
【解】三阶系统动态性能分析MATLAB参考程序graph9.m如下:
num1=conv([0 5],conv([1 2],[1 3]));den1=conv([1 4],[1 2 2]);
roots(den1)
[z,p,k]=tf2zp(num1,den1)
step(num1,den1)
程序运行后得系统闭环极点为-4,-1+j,-1-j.
【范例3-8】改变系统闭环极点的位置,
0.625 (s+2)(s+3)
Φ(s)= -------------------,将原极点s=-4改成s=-0.5,是闭环极点
(s+0.5) (s2+2s+2)
靠近虚轴,观察单位阶跃响应和动态性能指标的变化。
【解】将极点-4改为-0.5后的程序graph10.m如下:
num2=conv(0.625,conv([1 2],[1 3]));
den1=conv([1 0.5],[1 2 2]);
step(num1,den1)
【范例3-9】改变系统闭环零点的位置,
10(s+1)(s+3)
Φ(s)= -------------------,将原零点s=-2改成s=-1,观察单位阶跃响
(s+4) (s2+2s+2)
应及其动态性能指标的变化。
【解】将极点-2改为-1后的程序graph11.m如下:
num3=conv(10,conv([1 1],[1 3]));den1=conv([1 4],[1 2 2]);
step(num3,den1)
(2)高阶系统的单位阶跃响应分析
【范例3-10】已知控制系统的闭环传递函数
1.05(0.4762s+1)
Φ(s)= ------------------------------,求
(0.125s+1) (0.5s+1)(s2+s+1)
用MATLAB软件分析该系统的单位阶跃响应及其动态性能指标。
2)该系统的阶跃响应与二阶系统
1.05
Φ(s)= ----------的单位阶跃比较,时分析闭环主导极点的特点及作用。
s2+s+1
3)比较3-6中编号1和编号3系统的单位阶跃响应及其动态性能指标,观察闭环零点对系统动态性能产生的影响有哪些?
4)比较3-6中编号4和编号5系统的动态性能指标,分析非主导极点对系统性能的影响极其作用。
5)比较3-6中编号5和编号6系统的动态性能指标,说明偶极子的作用。
【解】高阶系统的单位阶跃响应分析MATLAB参考程序graph12.m如下:
%graph12.m
num4=conv(1.05,[0.4762 1]);
den4=cov(conv([0.25 1],[0.5 1]),[1 1 1]);
damp(den4)
Sys=tf(num4,den4);
Step(sys4,’r’)
grid;hold on
num1=1.05;den1=con(conv([0.125 1],[0.5 1]),[1 1 1]);
sysy1=tf(num1,den1);
step(sys1,’g’)
num2=num4;den2=den1;
sys2=tf(num2,den2);
step(sys2,’c’)
num3=[1.05 1
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