2010自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)

1、自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(古典控制部分) # # 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）實(shí)驗(yàn)二典型系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)i步熟悉自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件包的使用方法，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試技巧，了解參數(shù)対系統(tǒng)瞬態(tài)性能及穩(wěn)定性的影響，認(rèn)識(shí)典型系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線特點(diǎn)，及其環(huán)節(jié)參數(shù)與瞬態(tài)性能指標(biāo)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）進(jìn)-步熟悉自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件包的使用方法。（2）進(jìn)行典型系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)測(cè)試及各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性能的影響。3實(shí)驗(yàn)要求（1）實(shí)驗(yàn)前，預(yù)習(xí)附錄中有關(guān)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件包的使用說(shuō)明。（2）觀測(cè)不同參數(shù)下二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)并測(cè)出性能指標(biāo)；觀測(cè)增益対典型三階系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。（

2、3）認(rèn)真預(yù)習(xí)課本上與之相關(guān)內(nèi)容，并寫出預(yù)習(xí)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)裝置（1）計(jì)算機(jī)。（2）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件包。實(shí)驗(yàn)原理（1）典型二階系統(tǒng)下而是典型二階系統(tǒng)的原理方塊圖。自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(古典控制部分) # # #自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(古典控制部分) #其中：con=1_2yKT開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)汕則其閉環(huán)傳遞函數(shù)汕1Ts2+2TS+1S2+2阿S當(dāng)0（1,即欠阻尼情況時(shí)，二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)為衰減振蕩，此時(shí):C亠咅叫+。)(宀。)其口i氣故此峰值時(shí)間可由上式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)并令它等于冬得到:上升時(shí)間可令C(zr)=1得到:自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(古典控制部分) # # #自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(古典控制部分) # #

3、#調(diào)節(jié)時(shí)冋采用2%允許誤差氾圍近似等于系統(tǒng)INI葉吊數(shù)臥的四倍即:4釆用5%允許誤差范圍時(shí)，to超調(diào)量5%：可由式=C()-1自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(古典控制部分) # # #自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(古典控制部分) # #求得：3%=嚴(yán)丘。當(dāng)0),這時(shí)的調(diào)節(jié)時(shí)間可由下式求得:C(fj=l-嚴(yán)。(1+a)ntj=0.98o當(dāng)0)其中：20一1山孔S=(：+Ql),$2=dl),當(dāng)：遠(yuǎn)大于1時(shí)，可忽略幾的影響，則此時(shí)：C(t)=l-ea)a，(r0),這時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)間匚可近似為：r4$G7?)結(jié)論：從上面的公式中可以看出瞬態(tài)性能指標(biāo)和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系，即瞬態(tài)性能指標(biāo)和：、血”的關(guān)系，當(dāng)阻尼系數(shù)01時(shí)：當(dāng)K增

4、在時(shí)，：值下降，5%上升，N增加。即K愈大，系統(tǒng)振蕩愈嚴(yán)重。當(dāng)T增大時(shí)，：值下降，%和N都增大。T增大，又同時(shí)引起減少，：和叫的減小均引起C增加，所以T增大時(shí)將使J上升。由此可見(jiàn)，T增大對(duì)系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)是不利的。若阻尼系數(shù)：XI時(shí)，K增大引起了下降，上升，使J減小。T增大引起了和，均下降，總的效果仍然使上升。典型三階系統(tǒng)下面是典型三階系統(tǒng)的原理方塊圖。開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：G($)H($)=s(Tls+1)(T25+1)+1)(75+1)其中：K=KK2(開(kāi)環(huán)增益)，設(shè)Ti=0.1,T2=0.51則此三階系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：G(s)HG)=，系統(tǒng)的特征方程為5(0.15+1)(0.515+1)l

5、+G($)H(s)=0,故有：$(7+l)(Tw+l)+K=0,展開(kāi)得到如下方程式:7T$+(人+0)疋+$+K=0代入上述給定的Tt和T2的數(shù)據(jù)(也可以自擬數(shù)據(jù))整理得：”+11.96+19.6s+19.6K=0,下而用勞斯判據(jù)求出系統(tǒng)穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定、不穩(wěn)定時(shí)的開(kāi)環(huán)增益的范圍：自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分） # #S31S211.961Il.96xl9.6-19.6ATS111.96S19.6K11.96x19.6-19.6/0由：19.6K0由:11.96x19.619.6K=0由:11.96xl9.619.6Kv019.619.6K0得到系統(tǒng)的穩(wěn)定范

6、圍：0K11.96實(shí)驗(yàn)方法與步驟（1）進(jìn)入Window后，通過(guò)雙擊桌面上的MATLAB圖標(biāo)即可啟動(dòng)該程序，這時(shí)將出現(xiàn)如下圖所示的界而。自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分） #在該界面下的“”標(biāo)志為MATLAB的命令提示符，用戶可以在該提示符后輸入MATLAB命令，進(jìn)入MATLAB后，鍵入“zksy”（注意：用小寫字母），按照實(shí)驗(yàn)三的方法找到本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，即：點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)四典型系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性分析和下級(jí)相應(yīng)的了菜單，就會(huì)出現(xiàn)本次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容窗口。（2）下而以二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)為例說(shuō)明如何進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)。點(diǎn)擊二階系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)菜單將會(huì)出現(xiàn)如下的窗口：這就是我們典型系統(tǒng)

7、的瞬態(tài)響應(yīng)（二階系統(tǒng)）的模型窗口，即排題圖。其中輸入信號(hào)為階躍響應(yīng)輸入模塊（可以改變大小），示波器觀察輸出結(jié)果（可以改變?cè)O(shè)置），中間為仿真対象的模型（也可以改變），如何改變參見(jiàn)后面的附錄二，要特別注意設(shè)置Simulation|Parameters|stoptime參數(shù)和示波器面板中Timerange參數(shù)，兩者應(yīng)該一樣，只要比我們仿真對(duì)象的調(diào)節(jié)時(shí)間稍長(zhǎng)即可，設(shè)置太大會(huì)使仿真曲線太小，影響讀數(shù)的精度；太小又可能使調(diào)節(jié)過(guò)程沒(méi)完成。同時(shí)還要設(shè)置好示波器的量程和y-min盡量使曲線占滿屏，減小眼睛讀數(shù)帶來(lái)的誤差。（3）進(jìn)行典型二階系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試，首先設(shè)置仿真對(duì)象的模型，根據(jù)前ifii的實(shí)驗(yàn)原理，

8、設(shè)置相應(yīng)的k和丁，確定阻尼系數(shù)：和振蕩頻率e”，分別作出系統(tǒng)欠阻尼、臨界阻尼、過(guò)阻尼的情況。（4）建立起來(lái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之后，當(dāng)所有參數(shù)設(shè)置完成（輸入信號(hào)大小、示波器的量程、模型參數(shù)等）以后，就可以進(jìn)行仿真分析了，首先打開(kāi)Simulation（仿真分析）菜單，可得到如下圖所示菜單結(jié)構(gòu)。FileClipboardgditQptionsSimulationStylegtartCtrl+T匚皿11nueParametEirs在進(jìn)行仿真過(guò)程之前，首先應(yīng)選擇Simulation|Parameters選項(xiàng)來(lái)設(shè)置仿真控制的參數(shù)（一定要合理設(shè)置否則影響結(jié)果），參見(jiàn)附錄設(shè)置好有關(guān)仿真控制參數(shù)，則可以選擇Simulat

9、ion!Start選項(xiàng)啟動(dòng)仿真過(guò)程，記錄仿真結(jié)果。（5）同樣按照上述步驟完成三階系統(tǒng)的性能測(cè)試，要求自己設(shè)置好&、&、T,、T2各參數(shù)，確定不同的系統(tǒng)增益K,觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。7實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄要求每一環(huán)節(jié)要求按表格記錄好輸入大小，輸出大小，傳遞函數(shù)，響應(yīng)曲線，每一環(huán)節(jié)最少要求三組數(shù)據(jù)，對(duì)于二階系統(tǒng)要求記錄阻尼系數(shù)E1（過(guò)阻尼）、2=1（臨界阻尼）、01（欠阻尼）、g=0（等幅振蕩）等情況的數(shù)據(jù),特別對(duì)Ovgvl要記錄幾組進(jìn)行比較。根據(jù)記錄曲線計(jì)算控制系統(tǒng)性能指標(biāo)如上升時(shí)間1峰值時(shí)間tp、最大超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間&、和衰減比n等，對(duì)于三階系統(tǒng)要求先設(shè)置好Ti、T2參數(shù)，再用勞斯判據(jù)

10、求出系統(tǒng)穩(wěn)定、臨界穩(wěn)定、不穩(wěn)定的開(kāi)環(huán)增益及范圍，然后根據(jù)結(jié)果設(shè)置不同的增益K,觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表格,并與理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，分析產(chǎn)主誤差的主要原因，在記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，為了讀數(shù)精塑迥字卩可以利用上面菜單中的工具箱（當(dāng)選中時(shí)鼠標(biāo)光標(biāo)響應(yīng)形狀為“+”），用鼠標(biāo)左錮點(diǎn)擊曲線上想讀取數(shù)據(jù)的點(diǎn),在旁邊就會(huì)顯示該點(diǎn)的坐標(biāo)值，如果讀數(shù)結(jié)束，請(qǐng)點(diǎn)飼鼠標(biāo)右鍵1結(jié)束鼠標(biāo)讀數(shù)程序（此時(shí)鼠標(biāo)光標(biāo)響應(yīng)形狀恢復(fù)為箭頭）。二階系統(tǒng)三階系統(tǒng)t2Kik2K=KiK2輸出波形穩(wěn)定性系統(tǒng)穩(wěn)定臨界穩(wěn)定系統(tǒng)不穩(wěn)定8.思考題（1）在前面二階系統(tǒng)的原理圖中，改變?cè)鲆鍷會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象嗎?（2）有哪些措施

11、能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度？它們対系統(tǒng)的性能還有什么影響？（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析二階系統(tǒng)&、5%與3n、E之間的關(guān)系。（4）在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中如何保證控制系統(tǒng)為負(fù)反饋系統(tǒng)？對(duì)于二階系統(tǒng)，若將其反饋極性改為正反饋，或?qū)⑵浞答伝芈窋嚅_(kāi)，這時(shí)的階躍響應(yīng)有什么特點(diǎn)？試從理論上進(jìn)行分析（也可在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行觀察）。（5）考慮當(dāng)二階振蕩環(huán)節(jié)的阻尼系數(shù)E0和g-1時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)什么樣情況？K（6）已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G（s）=,分析5（0.15+1）（0.255+1）增益K的穩(wěn)定域。（7）總結(jié)木次實(shí)驗(yàn)的收獲。9.按要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。?）實(shí)驗(yàn)所用裝置或環(huán)境。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（由于本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較多

12、，一定要認(rèn)真分析）。由實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃洼斎胄盘?hào)計(jì)算理論結(jié)果（填入數(shù)據(jù)表格計(jì)算值部分）。由實(shí)驗(yàn)曲線（把實(shí)驗(yàn)時(shí)記錄的曲線準(zhǔn)確地畫在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上）求出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。分析理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的異同，如有誤差請(qǐng)分析產(chǎn)生誤差的原因。（4）通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合課本知識(shí)回答思考題。（5）總結(jié)木次實(shí)驗(yàn)的收獲，歡迎提出合理化建議。自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）5+P # #實(shí)驗(yàn)三控制系統(tǒng)的根軌跡實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）弄清系統(tǒng)閉環(huán)性能可用閉環(huán)極點(diǎn)與放大倍數(shù)之間的一一対應(yīng)關(guān)系分析-根軌跡表示。（2）熟悉根軌跡的繪制方法。（3）分析增加開(kāi)環(huán)冬、極點(diǎn)對(duì)根軌跡形狀及方向的影響。實(shí)驗(yàn)裝置：（1）PC586

13、微型計(jì)算機(jī)。（2）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件。實(shí)驗(yàn)方法：利用自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件繪制根軌跡，方法如下：（1）進(jìn)入Window后，通過(guò)雙擊桌面上的MATLAB圖標(biāo)可啟動(dòng)MATLAB程序，這時(shí)將出現(xiàn)如下圖所示的MATLAB環(huán)境界而。自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）5+P # #在該界面MATLAB的命令提示符“”后，用戶鍵入“zksy”（注意：用小寫字母），就會(huì)出現(xiàn)前面實(shí)驗(yàn)中所示的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件環(huán)境界面,從該界面中點(diǎn)擊自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)/實(shí)驗(yàn)六、控制系統(tǒng)的根軌跡/零極點(diǎn)模型輸入菜咆會(huì)出現(xiàn)如下窗口：零點(diǎn)z|n);z|n-1);.z0I1(s+z(n).(s+

14、zl|(S+zOJdLruSjK極點(diǎn)p|m);p|m-1);.p0【1増益k演示11根軌跡1【1自校正1退出1根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求填入各參數(shù)，其中零點(diǎn)（中間用分號(hào)隔開(kāi)）、極點(diǎn)（中間用分號(hào)隔囲入增益K（可設(shè)為一常）都要輸入數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)模型即開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G（S）,自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）5+P # # #再點(diǎn)擊根軌跡按鈕就會(huì)自動(dòng)畫出系統(tǒng)的根軌跡。自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）5+P # #自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）5+P #實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）用自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件繪制下列系統(tǒng)的根軌

15、跡，可選開(kāi)環(huán)傳函分別為:Gk(s)=Kg($+1)(s+0.1)($+0.5)Kg($+2)5(5+3)($2+2s+2)觀察實(shí)軸上軌跡，及閉環(huán)極點(diǎn)和對(duì)軌跡方向的影響。（2）增加開(kāi)環(huán)極點(diǎn)対閉環(huán)根軌跡的影響，開(kāi)環(huán)傳函分別取為:Gk(5)-(?;+2),1Gk（s）,lGk（s）繪制根軌跡，觀察根軌跡的變化5+4S（3）增加開(kāi)環(huán)冬點(diǎn)對(duì)閉環(huán)根軌跡的影響，開(kāi)環(huán)傳函分別為:KqGk（s）=-，Gk（5）（5+4）,Gk（5）（5+2）,Gk（5）（5+1）繪制根軌跡。?。╯+2）（4）同時(shí)增加開(kāi)環(huán)冬極點(diǎn)，対根軌跡的影響，取開(kāi)環(huán)傳函分別為：Gk0)5+3.85+4G&)5+0.065+0.05分別繪制根軌

16、跡。(5)Gk(5)=Kg($+1)5(5-1)(52+45+16)畫出系統(tǒng)的閉環(huán)根軌跡，根據(jù)根軌跡形狀分析此系統(tǒng)的特點(diǎn)，試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的取值范圍。5實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：A：按照前面的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，寫成標(biāo)準(zhǔn)形式。B：畫出上而各個(gè)系統(tǒng)的根軌跡。C：詳細(xì)回答下列問(wèn)題（1）為什么一Kd的閉環(huán)根軌跡形狀及方向不符合閉環(huán)極點(diǎn)根之和條件?（5+0.1）（5+0.5）（2）增加開(kāi)環(huán)冬點(diǎn)対根軌跡形狀的影響？（畫比較前、后根軌跡草圖）及對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響？是否任意增加開(kāi)環(huán)零點(diǎn)都可以改善系統(tǒng)的性能？（3）增加開(kāi)環(huán)極點(diǎn)対根軌跡形狀的影響？（畫比較前、后根軌跡草圖）及對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響？V4-7（4）在木實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（4）中校正

17、一中分母的時(shí)間常數(shù)與分了時(shí)間常數(shù)相比有什么V4-7共性？q（s）的根軌跡與原根軌跡相比有什么共性？是否有利于系統(tǒng)穩(wěn)定?5+P（5）偶極了對(duì)根軌跡形狀的影響是否很大？根據(jù)高階系統(tǒng)的根軌跡形狀分析主導(dǎo)極點(diǎn)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中起什么樣的作用？（6）串入5+0.065+0.05后和Gg組成的閉環(huán)系統(tǒng)相比,s+0.06s+0.05Gr（s）組成的系統(tǒng)穩(wěn)定性有無(wú)很大的改變？穩(wěn)態(tài)誤差有無(wú)變化？為什么？（7）微分作用太強(qiáng)對(duì)調(diào)節(jié)時(shí)間有什么影響?（8）積分作用太強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性有什么影響?自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分） 表71 #實(shí)驗(yàn)從!控制系統(tǒng)頻率特性的測(cè)試實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼J(rèn)識(shí)線性定常系統(tǒng)的

18、頻率特性，掌握用頻率特性法測(cè)試被控過(guò)程模型的原理和方法，根據(jù)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的對(duì)數(shù)頻率特性，確定系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)裝置（1）PC586微型計(jì)算機(jī)。（2）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)軟件。實(shí)驗(yàn)原理及方法（1）基本概念一個(gè)穩(wěn)定的線性定常系統(tǒng)，在正弦信號(hào)的作用下，它的穩(wěn)態(tài)輸出將是一個(gè)與輸入信號(hào)同頻率的正弦信號(hào)，但其振幅和相位一般卻與輸入信號(hào)不同，而且隨著輸入信號(hào)的頻繁變化而變化，其輸出穩(wěn)態(tài)與輸入信號(hào)關(guān)系如下：V幅頻特性=相頻特性ZG（溝）=似）Xx(r)二XmsincottG(s)ty(t)=Ymsin(曲+cp)其中G(s)為控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)測(cè)試出不同頻率輸入信號(hào)下的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出的振幅比和相位移0（e）,

19、即可X求得這個(gè)系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性，（2）實(shí)驗(yàn)方法我們采用“李沙育圖形”法來(lái)進(jìn)行頻率特性測(cè)試。這種方法主要用于相頻特性測(cè)試。下面簡(jiǎn)單介紹這一測(cè)試方法。設(shè)有兩個(gè)正弦信號(hào):若以x（E）為橫軸，以y（E）為縱軸,x(cot)=Xmsincoty(cot)=Ymsin(曲+cp)而以期作為參變量，則隨期的變化，x（曲）和y（曲）所確定的點(diǎn)的軌跡，將在x-y平面上描繪出i條封閉的曲線（通常是一個(gè)橢圓）。這就是所謂李沙育圖形”。如圖7-1所示。我們將上述信號(hào)x（曲）和y（期）分別作為一個(gè)穩(wěn)定的線性系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)。不斷改變兀（期）的頻率，就可獲得一系列形狀不同的李沙育圖形。由此求出各個(gè)頻率所対應(yīng)的

20、相位差0,就可求得系統(tǒng)的相頻特性。相位差0的求法如下：x(cot)=Xittsincot對(duì)于彳當(dāng)曲=0時(shí)，有x(O)=O,y(O)=sm0即:卜(曲)=打sm(血+卩)圖7-1=s111-i2B=s111-i2Zl,顯然，僅當(dāng)0“90時(shí)，上式才是成立的。對(duì)匕2近”于實(shí)際卩的各種可能情況，如何根據(jù)李沙育圖形來(lái)判別呢？表7-1中列出了四種相位時(shí)的李沙育圖形。另外還有四種比較特殊的圖形請(qǐng)同學(xué)們?cè)陬A(yù)習(xí)時(shí)完成。前滯后009090901800909090180。180圖形申豐令公式Lin-隸卩=180e.t2y0Sln21%卩-812Ym=1802y0-s,n藥繞行方向順時(shí)針順時(shí)針逆時(shí)針逆時(shí)針實(shí)驗(yàn)步驟（1

21、）根據(jù)前而的實(shí)驗(yàn)步驟點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)七、控制系統(tǒng)頻率特性測(cè)試菜單，將會(huì)出現(xiàn)如下木次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容窗口：這就是我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛翱?，即排題圖（2）首先確定被測(cè)對(duì)象模型的傳遞函數(shù)G（S）,根據(jù)具體情況，先自擬三階系統(tǒng)的K傳遞函數(shù)，G（s）=,預(yù)先設(shè)置好參數(shù).要+1）（乙s+27s+1）求：7；和爲(wèi)之I可相差10倍左右，T,T2或近7；均可，數(shù)值可在0.01秒和10秒之間選擇，$取0.5左右，K”標(biāo)志為MATLAB的命令提示符，用戶可以在該提示符后輸入MATLAB命令。SIMULINK是MATLAB提供的控制系統(tǒng)仿真工具，用戶可以用圖形方式調(diào)用各種典型環(huán)節(jié)并連接成相應(yīng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。2、SIMULINK模塊庫(kù)介

22、紹：進(jìn)入MATLAB后,鍵入“simulink（注意：用小寫字母）,即可以打開(kāi)相應(yīng)的系統(tǒng)模型庫(kù)。如下圖所示：這一模型庫(kù)包括以下各個(gè)子模塊庫(kù)：（1）、Sources:輸入源模塊，用戶可以提供它來(lái)提供輸入信號(hào)。該模塊包括以下了模塊，StepFen（階躍信號(hào)模塊）、SineWave（正弦信號(hào)模塊）WhiteNoise（白噪聲信號(hào)模塊）、Clock（時(shí)鐘信號(hào)模塊）、Constant（常數(shù)信號(hào)模塊）、SignalGen.（信號(hào)發(fā)生器）、FromWorkspace（由工作空間輸入模塊）、自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分） #FromFile（由文件輸入模塊）。（2）、Si

23、nks：輸出方式模塊,用戶可以選擇輸出設(shè)備。該模塊包括下了模塊，Scope（示波器模塊）、ToWorkspace（輸出到丁作空間模塊）、ToFile（輸出到文件模塊）。（3）、Discreet：離散時(shí)間模型模塊，用戶可以輸入離散的系統(tǒng)模型。該模塊包括以下了模塊，UnitDelay（單位延遲模塊）、Dis.Zero-Pole（離散冬極點(diǎn)多項(xiàng)式模型輸入模塊）、Filter（離散時(shí)間濾波器模塊）、Dis.TransferFen（離散傳遞函數(shù)模型輸入模塊）、Dis.State-space（離散狀態(tài)空I可模型輸入模塊）。（4）、Linear：線性模塊，該模塊提供了各種線性環(huán)節(jié)。該模塊包括以下了模塊，Su

24、m（加法模塊）、Gain（增益模塊）、Integrator（積分環(huán)節(jié)模塊）、Derivative（微分環(huán)節(jié)模塊）、TransferFen（連續(xù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型輸入模塊）、Zero-Pole（連續(xù)系統(tǒng)冬極點(diǎn)多項(xiàng)式模型輸入模塊）、State-space（連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型輸入模塊）。（5）、Nonlinear：非線性模塊，該模塊提供了各種非線性環(huán)節(jié)。該模塊包括以卜了模塊，Abs（絕対值模塊）、Product（乘法模塊）、Fen（MATLAB函數(shù)模塊）、Backlash（滯環(huán)環(huán)節(jié)模塊）、DeadZone（死區(qū)環(huán)節(jié)模塊）、RateLimiter速率限環(huán)節(jié)模塊）、Relay（回環(huán)環(huán)節(jié)模塊）、Satur

25、ation（飽和環(huán)節(jié)模塊）、Switch（開(kāi)關(guān)環(huán)節(jié)模塊）、TransportDelay（純滯后環(huán)節(jié)模塊）、MATLABFen（MATLAB函數(shù)模塊）、S-function（MATLAB系統(tǒng)函數(shù)模塊）。（6）、Connections：連接及接口模塊。該模塊包括以下了模塊，Inport（輸入模塊）、Outport（輸出模塊）、Mux（信號(hào)合成器）、Demux（信號(hào)分離器）。（7）、Extras：其它模塊。該模塊包括一些不經(jīng)常用到的子模塊。3、仿真系統(tǒng)的連接步驟：若想対如圖Fig3所示的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，則應(yīng)選擇File|New菜單項(xiàng)，這樣就會(huì)自動(dòng)打開(kāi)一個(gè)空白模型編輯窗口，允許用戶輸入自己的模型框圖

26、。Fig3（1）、首先選擇輸入信號(hào)。雙擊Sources模塊，將出現(xiàn)一個(gè)如圖Fig-4所示的了模塊庫(kù)。以StepFen（階躍信號(hào)模塊）為例介紹模型構(gòu)造過(guò)程。用鼠標(biāo)點(diǎn)中了模塊StepFen,用Edit|Copy（或按Ctrl+C）拷貝該子塊，到所打開(kāi)的模型窗口中。用Edit|Paste（或按Ctrl+V）將該子模塊，復(fù)制到該模型窗口中。（2）、從Linear線性模塊中選取Sum（加法模塊）和TransferFen（連續(xù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型輸入塊）.（3）、從Extra模塊的Controller模塊中選取PID（PID控制器模塊）.（4）、有了這些基本模塊之后，還需要引入輸出模塊，輸出的各個(gè)模塊是在Si

27、nk模塊庫(kù)中給出的，為了能夠更直觀地看到輸出變量的趨勢(shì)，這里選擇Scope（示波器）-IClxlFileClipboardEditOptionsSimulationStylesStepFenSineVLfagVlihrteNoise訂|r.mrrtled.nk1丨ConstantFromWorkspaceFromFileLibrarySignalSource-：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-:：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-：:-5|:|:-:-;-|:-:-;-|:-:-;-|:-:-;-|:-:|4|:-:-;-|:-:-;-|:-:-;-;-|:-:-;-|:-:-;-禺

28、-：-：-：-：-：-：-：-：:：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-：-Fig4作為輸出模塊。經(jīng)上述步驟后，可得如圖Fig5所示的模型窗口，下面將介紹如何把不同模塊連接起來(lái)組成系統(tǒng)模型來(lái)進(jìn)行仿真。Fig5在模型窗口中連接兩個(gè)模塊是相當(dāng)容易的，因?yàn)榭梢院?jiǎn)單地用鼠標(biāo)先點(diǎn)一下起點(diǎn)模塊的輸出端（三角符號(hào)），然后拖動(dòng)鼠標(biāo)，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一條帶箭頭的直線，將它的箭頭拉到終點(diǎn)模塊的輸入端再釋放鼠標(biāo)鍵，則SIMULINK會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一條帶箭的連線，將兩個(gè)模塊連接起來(lái)。最后，可得到如圖Fig6所示的模型窗口。自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典

29、控制部分） # #4、仿真系統(tǒng)參數(shù)設(shè)養(yǎng):FileClipboardEditOptionsSimulationStylezlI:-:-:-:-:-:-:-I:-:-:-:-:-:-:-八十工十I:-:-:-:-:-:-:-I:-:-:-:-:-:-:-自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分） # #Fig-6以圖Fig-6為例,進(jìn)一步對(duì)各個(gè)模塊的使用進(jìn)行介紹。（1）、各個(gè)模塊的參數(shù)是可以隨意改動(dòng)的，比如SIMULINK默認(rèn)的階躍輸入模塊的階躍時(shí)間是在1時(shí)刻，而我們經(jīng)常使用的是在0時(shí)刻，這樣就需要対其設(shè)置進(jìn)行改動(dòng)。首先用鼠標(biāo)左鍵雙擊階躍輸入模塊圖標(biāo)，得到如圖Fig-7所

30、示的對(duì)話框，用戶可以在該対話框中修改其中的Steptime（階躍時(shí)刻）下面的編輯框來(lái)改變有關(guān)的參數(shù)，用戶也可以修改Initialvalue（初始值）和Finalvlaue（終止值）引導(dǎo)的對(duì)話框來(lái)重新定義階躍信號(hào)。S-tapFSteptime：InitiIvalue：Df=inaIvalue：Fig-7（2）、因?yàn)橄到y(tǒng)中有反饋環(huán)節(jié)，所以模型窗口中要加入一個(gè)加法器。由于這里使用的是負(fù)反饋，需要對(duì)加法器默認(rèn)的符號(hào)（默認(rèn)值+）進(jìn)行修正，具體方法如下。雙擊Sum模塊可得到如圖Fig-8所示的對(duì)話框,把ListofSigns（符號(hào)列表）引導(dǎo)的編輯框中的默認(rèn)值“+”改為“+”，選擇0K按鈕，這時(shí)的加法器的兩

31、個(gè)輸入信號(hào)將變?yōu)橐徽回?fù)。、若PID控制器的參數(shù)需要調(diào)整，雙擊PID模塊，可得如圖Fig-9所示的對(duì)話框,在ProportionalP：引導(dǎo)的編輯框中輸入合適的比例度,在IntergralTi：引導(dǎo)的編輯框中輸入積分時(shí)間,在DerivativeTd：引導(dǎo)的編輯框中輸入微分時(shí)間,再選擇0K按鈕即可。SxunBlockname：SumBlocktype：SumNumberofsignsisnumberofinputs.Example：+-+Listofsigns：+-Fig8、対象的模型是由傳遞函數(shù)給出的，所以應(yīng)該在Linear模塊庫(kù)中選擇傳遞函數(shù)模塊的圖標(biāo)并將其拖到模型窗口中。傳遞函數(shù)的默認(rèn)值為

32、l/(s+l),如果想修改其參數(shù)，則應(yīng)雙擊該圖標(biāo)，來(lái)獲得如右圖Fig10所示的對(duì)話框，并分別在Numerator(分T)和Denominator(分母)引導(dǎo)的編輯框中填寫系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分了和分母多項(xiàng)式的系數(shù)，然后按0K按鈕，這時(shí)該模塊的值以及該模塊的圖標(biāo)顯示都將賦予新的傳遞函數(shù)表示。(本例中傳遞函數(shù)為l/(5s+l)。、若Scope(示波器)的參數(shù)需要設(shè)置，雙擊Scope模塊，可得如圖Fig11所示的示波器顯示，用戶可根據(jù)自己的需要設(shè)定示波器的橫坐標(biāo)(HorizotalRange)和縱坐標(biāo)(VertivalRange)的范圍，使得輸出的結(jié)果能夠較好的在示波器上顯示出來(lái)。另外所用的兩種示波器Gr

33、aphScopel和XYGraph1如圖Fig12和Fig13所示，當(dāng)所有參數(shù)設(shè)置完成以后，就可以由SIMULINK來(lái)進(jìn)行仿真了。Fig9自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分）自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（古典控制部分） # #TraxisferFcnBlockname：TransferFcnTBlocktype；TransferFenVectorexpressionsfornumeratoranddenominator.Coefficientsareindescendingpowersofs.Numerator:Fig10Fig11XYscope.(Mask)Grfiph曲Blockname:xyGraphlBlocktype：XYscopc(MqXYscopeusingMATLABgraphwindowFirstinputisused03timebasex-rninBlockname:GraphScopelBlocktype：Graphscope.(Mask)GraphscopeusingMATLABgraphwindow.Enterplottingrangesandlinetype.Timerange：15