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南邮自动控制原理实验报告

实验一、控制系统的时域分析实验二、线性系统的根轨迹研究实验三、系统

的频率响应和稳定性研究实验四、连续系统串联校正课程名称：

自动控制原理

仿真实验一：控制系统的时域分析一、实验目的：

1．观察控制系统的时域响应；2．记录单位阶跃响应曲线；3．掌握时间响

应分析的一般方法；4．初步了解控制系统的调节过程。

二、实验步骤：

1．开机进入Matlab运行界面。

2．Matlab指令窗：CommandWindow，运行相关指令。依次完成实验内容。

3．本次实验的相关Matlab函数（参考材教材P74：

：

控制系统模型描述）：

G=tf([num],[den])可输入一传递函数。

step(G,t)在时间范围t秒内，画出单位阶跃响应图。

impulse(G,t)在时间范围t秒内，画出单位脉冲响应图。

三、实验结果1.观察一阶系统1()1sTs数的时域响应：取不同的时间

常数T，分别观察该系统的脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。

脉冲响应：

T=1sT=3S

阶跃响应:T=1sT=7s斜坡响应:T=1s

T=3s单位加速度响应:T=1sT=7s2、、二阶系统的时域性能分析：观测二阶系

统222()2nnnss的单位阶跃响应。

（（1））令1n，0,0.5,2分别取，结合单位阶跃响应图，观察阻尼比

对阶跃响应的影响。

阻尼比=0：

G=tf([1],[1,0,1])Transferfunction:

11s^2+1step(G,18)阻尼比=0.5：

G=tf([1],[1,1,1])Transferfunction:11s^2+s+1step(G,18)

阻尼比=2：

G=tf([1],[1,2,1])Transferfunction:11s^2+2s+1step(G,1

8)结论：

当阻尼比取00时，其振荡频率为11，即为无阻尼振荡；当阻尼比大于00

小于11时，二阶系统

为欠阻尼二阶系统，其单位阶跃响应为衰减振荡；当阻尼于比大于11时，

二阶系统为过阻尼二阶系统，其单位阶跃响应为是非振荡的。

（22）令0.5，1,2,5n分别取，结合单位阶跃响应图，观察自然频率

对阶跃响应的影响。

自然频率=1：

G=tf([1],[1,1,1])Transferfunction:11s^2+s+1step(G,18)

自然频率=2：

G=tf([4],[1,2,4])Transferfunction:22s^2+2s+2step(G,1

1

8)自然频率=5：

G=tf([25],[1,5,25])Transferfunction:55s^2+5s+5step(G

,18)

结论：

自然频率越小，阻尼比越小，系统的阶跃响应幅值越大。

（（3））调节自然频率与阻尼比，要求：

Tr0.56sTp1.29sTs5.46超调不大于于5％.记录下满足上述要求的自然频率

与阻尼比。

G=tf([45],[1,10,45])G=45s^2+10s+45Continuous-timet

ransferfunction.step(G,6)自然频率=16.9538rad/sec阻尼比=0.73578

实验二线性系统的根轨迹研究2.1实验目的（（1））考察闭环系统根轨迹的

一般形成规律。

（（2））观察和理解引进零极点对闭环根轨迹的影响。

（（3））观察、理解根轨迹与系统时域响应之间的联系。

（（4））初步掌握利用产生根轨迹的基本指令和方法。

2.2实验内容根轨迹绘制的指令法、交互界面法；复平面极点分布和系统响

应的关系。

已知单位负反馈系统的开环传递函数为2)^54()2()(2