matlab施加阶跃相应,典型环节与及其阶跃响应

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1、实验一:典型环节与及其阶跃响应1、实验目的1、掌握控制模拟实验的基本原理和一般方法。2、掌握控制系统时域性能指标的测量方法。二、实验仪器1、EL-AT-III 型自动控制系统实验箱一台2、计算机一台三、实验原理控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。四、实验内容构成下述典型一阶系统的模拟电。

2、路，并测量其阶跃响应1、比例环节的模拟电路及其传递函数G(S)= R2/R12、惯性环节的模拟电路及其传递函数G(S)= K/TS+1 K=R2/R1T=R2C3、积分环节的模拟电路及传递函数G(S)=1/TS T=RC4、微分环节的模拟电路及传递函数G(S)= RCS5、比例+微分环节的模拟电路及传递函数G(S)= K(TS+1)K=R2/R1 T=R1C5、实验结果及分析(注：图中黄色为输入曲线、紫色为输出曲线)1、比例环节(1)模拟电路图：(2)响应曲线：2、惯性环节(1)模拟电路图：(2)响应曲线：(3)传递函数计算：实验值：X1=1029ms=1.029s=4T T=0.257s K。

3、=Y2/1000=2.017 G(S)=-2.017/(0.257S+1)理论值：G(S)=-2/(0.2S+1) 结论：实验值与理论值相近。3、积分环节(1)模拟电路图：(2)响应曲线：(3)传递函数计算：实验值：5000/(2110/2/2)=9.1G(S)=-9.1/S=-1/0.11S理论值：G(S)=-1/0.1S结论：实验值与理论值相近。4、微分环节(1)模拟电路图：(2)响应曲线：5、比例+微分环节(1)模拟电路图：(2)响应曲线：1、实验目的实验二：二阶系统阶跃响应1、研究二阶系统的特征参数，阻尼比和无阻尼自然频率n 对系统动态性能的影响。定量分析 和n 与最大超调量Mp 和调。

4、节时间tS 之间的关系。2、学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。二、实验仪器1、EL-AT-III 型自动控制系统实验箱一台2、计算机一台三、实验原理控制系统模拟实验利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟各种典型环节，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。4、实验内容典型二阶系统的闭环传递函数为w2ns2 + 2xw s + w2nn其中 和n 对系统的动态品质有决定的影响。构成如图典型。

5、二阶系统的模拟电路，并测量其阶跃响应。根据二阶系统的模拟电路图，画出二阶系统结构图并写出系统闭环传递函数。把不同 和 n 条件下测量的 Mp 和 ts 值列表，根据测量结果得出相应结论。.画出系统响应曲线，再由 ts 和 Mp 计算出传递函数，并与由模拟电路计算的传递函数相比较。5、实验电路6、实验结果1、取 n=10rad/s,即令 R=100K，C=1f；分别取=0、0.25、0.5、1、2，即取 R1=100K，R2分别等于0、50K、100K、200K、400K。输入阶跃信号，测量不同的 时系统的阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量Mp 和调节时间 Ts 的数值和响应动态曲线，并与理。

6、论值比较。(1)R2=0(2)R2=50k(3)R2=100k(4)R2=200k(5)R2=400k2、取=0.5。即电阻R2 取R1=R2=100K；n=100rad/s, 即取R=100K，改变电路中的电容C=0.1f(注意：二个电容值同时改变)。输入阶跃信号测量系统阶跃响应，并由显示的波形记录最大超调量p 和调节时间Ts。7、结果分析实验结果实验值理论值%ts(ms)%ts(ms)R1=100KR2=0K134%100%=0R1=100R =100KKC =1fR2=50K43.7%113351.4%1200n=10rad/s=0.25R1=100KR2=100K20.1%63416.。

7、3%800=0.5R1=100K0R2=200K0.8%480300=1R1=100K0R2=400K0124150=2R1=100KR1=C1=C2=0.1100K60fn=100rad/R2=100K33.9%6116.3%s=0.5实验三：连续系统串联校正一、实验目的1、加深理解串联校正装置对系统动态性能的校正作用。2、对给定系统进行串联校正设计，并通过模拟实验检验设计的正确性。二、实验仪器1、EL-AT-III 型自动控制系统实验箱一台2、计算机一台三、实验内容1、串联超前校正(1)系统模拟电路图如图 3-1，图中开关 S 断开对应未校情况，接通对应超前校正。图 3-1 超前校正电路图。

8、(2)系统结构图如图 3-2图 3-2 超前校正系统结构图图中Gc1(s)=2 Gc2(s)= (2 0.055s +1)0.005s +12、串联滞后校正(1)模拟电路图如图 3-3，开关 s断开对应未校状态， 接通对应滞后校正。图 3-3 滞后校正模拟电路图(2)系统结构图示如图 3-4图 3-4 滞后系统结构图图中Gc1(s)=5Gc2(s)= (5s +1)6s +13、串联超前滞后校正(1) 模拟电路图如图 3-5，双刀开关断开对应未校状态， 接通对应超前滞后校正。图 3-5 超前滞后校正模拟电路图(2) 系统结构图示如图 3-6。图 3-6 超前滞后校正系统结构图图中Gc1(s)=。

9、6Gc2(s)= (6 1.2s +1() 0.15s +1)(6s +1)(0.05s +1)四、 实验步骤1、超前校正：(1)连接被测量典型环节的模拟电路(图 3-1)，开关s 放在断开位置。(2)系统加入阶跃信号，测量系统阶跃响应，并记录超调量p 和调节时间ts。(3)开关 s 接通，重复步骤2，并将两次所测的波形进行比较。2、滞后校正：(4)连接被测量典型环节的模拟电路(图 3-3)，开关s 放在断开位置。系统加入阶跃信号。测量系统阶跃响应，并记录超调量p和调节时间ts。(5)开关s接通，重复步骤(2)，并将两次所测的波形进行比较.3、超前-滞后校正(6)接被测量典型环节的模拟电路(图。

10、3-5)。双刀开关放在断开位置。系统加入阶跃信号。测量系统阶跃响应，并记录超调量p和调节时间ts(7)双刀开关接通，重复步骤 2，并将两次所测的波形进行比较。5、实验结果1、超前校正：(1)校正前(开关断开)：a、响应曲线：b、传递函数：GC1 = 6G(s) =400.2s2 + s(2)校正后(开关闭合)：a、响应曲线：b、传递函数：Gc 2= = (2 0.055s +1)0.005s +1G(s) =40(0.055s +1)0.001s3 + 0.205s2 + sc、波特图：2、滞后校正：(1)校正前(开关断开)：a、响应曲线：b、传递函数：Gc1 = 5G(s) =500.05s。

11、3 + 0.6s2 + s(2)校正后(开关闭合)：a、响应曲线：b、传递函数：G= = (5s +1)c 2G(s) =6s +15(0s +1)0.3s4 + 0.65s3 + 6.6s2 + sc、波特图：3、串联超前滞后校正：(1)校正前：a、响应曲线：b、传递函数：Gc1 = 6G(s) =600.001s3 + 0.11s2 + s(2)校正后：a、响应曲线：b、传递函数：Gc 2= (6 1.2s +1() 0.15s +1) (6s +1)(0.05s +1)G(s) =10.8s2 + 81s + 600.0003s5 + 0.03905s4 + 0.9665s3 + 6.1。

12、6s2 + sc、波特图：6、结果分析超前校正系统性能指标校正前校正后%56.6%20.1%Ts(ms)727343wc (rad/s)14.620.2()1956滞后校正系统性能指标校正前校正后%79.5%28.7%Ts(ms)3607987wc (rad/s)10.17.04()3470超前滞后校正系统性能指标校正前校正后%82.5%43.8%Ts(ms)1621821wc (rad/s)2816.6()448校正装置的作用：1.超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的。

13、开环频率特性。一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。2.滞后校正通过加入滞后校正环节，使系统的开环增益有较大幅度增加，同时又使校正后的系统动态指标保持原系统的良好状态。它利用滞后校正环节的低通滤波特性，在不影响校正后系统低频特性的情况下，使校正后系统中高频段增益降低，从而使其穿越频率前移，达到增加系统相位裕度的目的。3.超前-滞后校正适用于对校正后系统的动态和静态性能有更多更高要求的场合。施加超前-滞后校正环节，主要是利用其超前部分增大系统的相位裕度，以改善系统的动态性能；利用其滞后部分改善系统的静态性能。感想： 刘畅此次实验包括了典型环节及其阶跃响应、二阶系统阶跃响应以及连。

14、续系统串联校正三部分内容。通过测量比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、比例微分环节的传递函数并将其与理论值进行比较，我不仅掌握了控制系统时域性能指标的测量方法，还更进一步的分析研究了参数对系统性能的影响。通过研究二阶系统的特征参数，分析了阻尼比和无阻尼自然频率n 对系统动态性能的影响。并且学会了根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。最后通过分别对比超前校正、滞后校正、串联超前滞后校正前后系统稳定性的比较，印证了串联校正装置对系统动态性能的校正作用。在实验过程中，我们遇到了很多的问题，如在连线完成后输出波形与理论波形相差较大，或者输出的波形不稳定造成测量时有较大误差等。这就要求我们需要更加仔细认。

15、真地做好实验中的每一步，这时我们首先会从最基本的检查电路开始，因为输出波形错误的原因往往都是因为连接电路时的马虎造成的。其次便是检查仪器以及软件是否运行正确。这时就要求我们要对实验目的和内容有深刻的认识，只有这样才能够发现问题并能迅速解决问题，在不断的解决问题的过程中逐步提升自己的实践动手能力以及对知识的熟悉掌握程度。通过这次实验，我不仅更加深入的了解了书本中的理论知识，更重要的是我意识到了动手实践的重要性，因为只有亲自动手，才能把知识彻底理解吸收，我们才会真正的深入研究，才能从根本上弄懂原理解决问题。成丽玲：这次实验是对之前学习的二阶系统及其响应的一次上机学习。从时域及频域两个方面进行总结。在实验中以及实验后，进一步加深了对所学知识的理解。通过研究二阶系统的特征参数，分析了阻尼比 和无阻尼自然频率 n 对系统动态性能的影响。并且学会了根据系统阶跃响应曲线确定传递函数。最后通过分别对比超前校 正、滞后校正、串联超前滞后校正前后系统稳定性的比较， 印证了串联校正装置对系统动态性能的校正作用。在画 Bode 图的过程中进一步学习了 matlab 的应用。并且发现自己在编程方面的不足并进行改正。