目 录
实验一 典型系统的时域响应和稳定性分析 1
实验二 用MATLAB建立传递函数模型 5
实验三 利用MATLAB进行时域分析 13
实验四 线性定常控制系统的稳定分析 25
实验五 利用MATLAB绘制系统根轨迹 29
实验六 线性系统的频域分析 37
实验七 基于MATLAB控制系统频域法串联校正设计 52
附录1 MATLAB简介 59
附录2 SIMULINK简介 68
实验一 典型系统的时域响应和稳定性分析
一、实验目的
1．研究二阶系统的特征参量 (ξ、ωn) 对过渡过程的影响。
2．研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。
3．熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析。
二、实验设备
PC机一台，TD-ACC+教学实验系统一套。
三、实验原理及内容
1．典型的二阶系统稳定性分析
(1) 结构框图：如图1-1所示。
图1-1
(2) 对应的模拟电路图：如图1-2所示。
图1-2
(3) 理论分析
系统开环传递函数为：G(s)=?
开环增益： K=?
先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。在此实验中由图1-2，可以确地1-1中的参数。
，，
系统闭环传递函数为：
其中自然振荡角频率： ；阻尼比：。
2．典型的三阶系统稳定性分析
(1) 结构框图：如图1-3所示。
图1-3
(2) 模拟电路图：如图1-4所示。
图1-4
(3) 理论分析
系统的开环传函为:
系统的特征方程为:。
(4) 实验内容
实验前由Routh判断得Routh行列式为：
S3
S2
S1如何用matlab将已知点连线
S0
为了保证系统稳定，第一列各值应为正数，因此可以确定
系统稳定 K值的范围
系统临界稳定K
系统不稳定K值的范围
四、实验步骤
1）将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设置了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关分别设在“方波”档和“500ms～12s”档，调节调幅和调频电位器，使得“OUT”端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。
2.）典型二阶系统瞬态性能指标的测试
(1) 按模拟电路图1-2接线，将1中的方波信号接至输入端，取R = 10KΩ。
(2) 用示波器观察系统响应曲线C(t)，测量并记录超调MP、峰值时间tp和调节时间tS。
(3) 分别按R = 20KΩ；40KΩ；100KΩ；改变系统开环增益，观察响应曲线C(t)，测量并记录性能指标MP、tp和tS，及系统的稳定性。并将测量值和计算值进行比较 (实验前必须按公式计算出)。将实验结果填入表1-1中。
3）典型三阶系统的性能
(1) 按图1-4接线，将1中的方波信号接至输入端，取R = 30KΩ。
(2) 观察系统的响应曲线，并记录波形。
(3) 减小开环增益 (R = 41.7KΩ；100KΩ)，观察响应曲线，并将实验结果填入表1-3中。表1-3中已填入了一组参考测量值，供参照。
五、实验现象分析
1）典型二阶系统瞬态性能指标实验测试值
表1-1
参数 项目 | R (KΩ) | K | ωn | ξ | C (tp) | C (∞) | MP (%) | tP (s) | tS (s) | 响应 情况 | |||
理 论 值 | 测 量 值 | 理 论 值 | 测 量 值 | 理 论 值 | 测 量 值 | ||||||||
0<ξ<1 欠阻尼 | 10 | ||||||||||||
50 | |||||||||||||
ξ＝1 临界 阻尼 | 160 | ||||||||||||
ξ> 1 过阻尼 | 200 | ||||||||||||
其中， ，，
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