控制理论基础仿真实验

控制理论基础仿真实验

学 院 班 级 姓 名 学 号

2012年1

月

实验一：频率特性的绘制及频率法校正实验

一、 实验目的

1、绘制典型环节的Bode图；

2、绘制一般系统的Bode图并求出该系统的相位稳定裕量和幅值稳定裕量； 3、设计引前校正环节并绘制Bode图； 4、设计滞后校正环节并绘制Bode图。

二、 实验环境

(1) 操作系统： WINDOWS2000 或以上； (2) 软件环境：MATLAB6.1及其以上；

(3) VGA、SVGA显卡，分辨率800╳600或以上； (4) 内存128M或以上，硬盘25G或以上； (5) 鼠标。

三、 实验原理与要求

1、 典型环节的传递函数：

1）、比例环节：K （K=10、K=30）

2）、惯性环节：1/（Ts + 1） (T=0.1、

T=1)

3）、积分环节：1/s

4）、微分环节：s

试观察典型环节BODE图形状，及参数变化时对BODE图的影响。 答：K变化，副频特性会抬高或降低，相频特性没有影响。 T1、T2变化会影响曲线转折的位置。

2、系统开环传递函数

1）、0型系统：k / ( T2s + 1 ) 、 k / {( T1s + 1 )( T2s + 1 )}

2）、1型系统：k / s ( T2s + 1 ) 、 k ( T1s + 1 ) / {s ( T2s + 1 )}

3）、2型系统：k ( T1s + 1 ) / { s2 ( T2

s + 1 )}

其中：T1=0.1、T2=1、K=10，试根据Bode图比较上述各幅频和相频特性曲线有什么变化。

3、校正演示

实验软件给出一个引前校正演示试验以便同学熟悉环境。演示试验的传递函数是4 K / { s ( s + 2 ) }。同学可以点击按钮“校正前BODE图”、“校正后BODE图”和“校正前后比较”来观察校正的效果。

4、联引前校正

这部分就要求同学自己选择校正装置的参数。其中未校正系统传递函数：10 / { s2 ( 0.2 s + 1) } 要求校正后系统的相位裕量不小于350。校正装置的传递函数为： （T s + 1）/ ( T s / r + 1 )，请先求出T和r，然后比较校正前后的Bode图，看与计算的是否一致。观察校正前后BODE图的变化，及参数变化时对系统的幅频和相频特性曲线有什么影响。

Transfer function: 0.39 s + 1 ---------- s + 1

（由图可知，串联校正当相角加到40°时，仍未达到相位裕度不小于35度的要求，可见此函数很难用前馈校正进行校正。）

5、联迟后校正

这部分就也是要求同学自己选择校正装置的参数。其中未校正系统传递函数：10 / { s(0.2 s + 1 ) ( 0.5 s + 1 ) } 要求校正后系统的相位裕量为450，增益裕量为6dB。校正装置的传递函数为： （T s + 1）/ ( T s / r + 1 ) 请先求出T和r，然后比较校正前后的Bode图，看与计算的是否一致。观察校正前后BODE图的变化，及参数变化时对系统的幅频和相频特性曲线有什么影响。

R=9.61；t=8.33

四、 思考题

1、 典型环节有哪些？它们分别对系统BODE图有哪些影响？

比例环节：幅频特性抬高或降低，相频特性无影响。

积分环节：幅频特性每加一个积分斜率减小20db/dec，相频特性每加一个积分下降90°

微分环节：幅频特性每加一个微分斜率增加20db/dec，相频特性每加一个微分上升90° 惯性环节

2、 引前校正和迟后校正的校正装置分别是什么？它们分别对系统有哪些影响？

引前校正：校正幅值裕量，使幅值裕量在在适合的范围内，让系统稳定并有较短的调节时间

迟后校正：校正相角裕度，使相角裕度在在适合的范围内，让系统稳定并有较短的调节时间

3、 对于稳定性不好或不稳定的系统，可以采用哪些方法使系统稳定下来？ 减小比例环节，增加超前校正，滞后校正，超前滞后校正,PID校正等 五、 软件操作说明 1）：双击MATLAB图标，进入MATLAB命令窗口，然后将MATLAB Command 窗口位置大小改变到占屏幕的左边大约三分之一处。

2）在MATLAB命令窗口中将当前工作路径设置为频率特性分析软件所在的路径，该路径在MATLAB下的work\频率特性分析中。例如 若MATLAB装在D盘中且其文件夹为：MATLAB6.1则只要在MATLAB命令窗口中键入 “D：\MATLAB61\WORK\频率特性分析”并回车即可。 3）具体操作详见下面的说明。 4）如果需要保存实验结果，可用屏幕拷贝的方式，将整个界面复制的“画板”中，再用剪切方式将所要的内容剪切并保存即可。

5）撰写实验报告并分析实验结果 1 频率特性的测试

键入命令fenxi则进入频率特性实验的主界面,如图5-1。 主界面有两个主菜单“系统类型”和“结束任务”。频率特性实验主界面的“系统类型”菜单下有两个子菜单“典型环节”和“开环对数频率特性”。其中“典型环节”菜单下有三个子菜单，分别是“比例环节”、“惯性环节”、“积分环节”和“微分环节”。“开环对数频率特性”菜单下有三个子菜单，分别是“

型系统”“1型系统”“2型系统”。

图 5-1 频率特性试验主界面

下面以比例环节为例说明。在“典型环节”菜单下点击“比例环节”，则进入比例环节界面，在比例环节界面中点击“BODE图”按钮后，在MATLAB的command窗口会出现“请输入参数K”，如图5-2

图5-2 比例环节界面图

此时用户需用鼠标激活command窗口然后输入自选的参数并按回车键确定。这时在图形界面上就会出现相应的波 …… 此处隐藏：1633字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……