第一篇：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

北京交通大學(xué)

自動(dòng)控制原理研究性學(xué)習(xí)報(bào)告

——基于MATLAB軟件的系統(tǒng)建模分析與校正

譚堃15221309 田斌15221310 努爾夏提15221305 張雪程13222028

摘要

本文利用MATLAB軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)建模、分析與設(shè)計(jì)、仿真的方法。它能夠直觀、快速地分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、和穩(wěn)態(tài)性能。并且能夠靈活的改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)通過(guò)快速、直觀的仿真達(dá)到系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：MATLAB，自動(dòng)控制，系統(tǒng)仿真

1.主要任務(wù)

單位負(fù)反饋隨動(dòng)系統(tǒng)固有部分的傳遞函數(shù)為

G(s)=4K/s(s+2)

1、畫(huà)出未校正系統(tǒng)的Bode圖，分析系統(tǒng)是否穩(wěn)定。

2、畫(huà)出未校正系統(tǒng)的根軌跡圖，分析閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定。

3、設(shè)計(jì)系統(tǒng)的串聯(lián)校正裝置，使系統(tǒng)達(dá)到下列指標(biāo)：（1）靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv＝20s-1；（2）相位裕量γ≥50°（3）幅值裕量Kg≥10dB。

4、給出校正裝置的傳遞函數(shù)。

5、分別畫(huà)出校正前，校正后和校正裝置的幅頻特性圖。計(jì)算校正后系統(tǒng)的穿越頻率ωc、相位裕量γ。

6、分別畫(huà)出系統(tǒng)校正前、后的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖，并進(jìn)行分析。

2.理論分析

（1）確定K值

Kv=limsWk =2k=20 所以K = 10（2）校正前系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖實(shí)線所示。

由A(wc)=20/[wc√(1+(wc/2)^2]=1;

得wc≈6.32；

γ(wc)=180?+?(wc)=90?-72.4?=17.6?

可見(jiàn)相位裕量并不滿足要求，為不影響低頻段特性和改善暫態(tài)響應(yīng)性能，采用引前矯正。

（3）設(shè)計(jì)串聯(lián)微分校正裝置：

微分校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為

Wc(s)=(Tds+1)/[(Tds/γd)+1);最大相位移為

?max=arcsin[(rd-1)/(rd+1)] 根據(jù)系統(tǒng)相位裕量γ(wc)≥50?的要求，微分矯正環(huán)節(jié)最大相位移為

?max≥50?-17.6?=32.4?

考慮Wc’≥Wc,原系統(tǒng)相角位移將更負(fù)些，故?max將更大些，取?max=40?，即有

Sin40?=(γd-1)/(γd+1)=0.64解得γd=4.6 設(shè)校正后的系統(tǒng)穿越頻率Wc’為矯正裝置兩交接頻率w1與w2的幾何中點(diǎn)。即

Wc’=√w1w2=w1√rd 若認(rèn)為Wc’/w1>>1,Wc’/w2<<1,則得

A(wc’)=1≈20wc’/(wc^2/2)解得w1≈4.32;w2≈19.87;wc’≈9.26。所以校正裝置的傳遞函數(shù)為

Wc(s)=(s/4.32+1)/[(s/19.87)+1);（4）驗(yàn)算校正后系統(tǒng)指標(biāo)

Wk’(s)=20(s/4.32+1)/[s(s/2+1)(s/19.87+1)] 同理，代入數(shù)值得校正裝置的相位裕量為γ(wc’)=52.4? 另?(wj)=-180?,可得出系統(tǒng)穿越頻率wj→∞;所以一定滿足

GM=20lg[1/（wk’(jwj)]≥10dB(三)MATLAB仿真

(1)時(shí)域分析

1.校正前系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)曲線如圖：

-圖1 系統(tǒng)單位階躍相應(yīng)

計(jì)算結(jié)果：

pos(超調(diào)量)=60.46%、、tp(峰值時(shí)間)= 0.5s、tr(上升時(shí)間)=1.8s，ts(調(diào)節(jié)時(shí)間)=3.7s 由圖可知：校正前系統(tǒng)的的調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，超調(diào)量過(guò)大。

3.校正后系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)曲線如圖

圖2系統(tǒng)單位階躍相應(yīng)

計(jì)算結(jié)果：

pos(超調(diào)量)=15.88%、、tp(峰值時(shí)間)= 0.3s、tr(上升時(shí)間)=0.2s，ts(調(diào)節(jié)時(shí)間)=0.6s

系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)與校正前相比有較大改善。該系統(tǒng)依然穩(wěn)定，而且反應(yīng)更加快速，應(yīng)采用。

(2)根軌跡

校正前系統(tǒng)的根軌跡如圖

校正后系統(tǒng)的根軌跡如圖：

校正前后根軌跡對(duì)比

(3)對(duì)數(shù)頻率特性

校正前系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性如圖實(shí)線所示：

圖1 系統(tǒng)對(duì)數(shù)頻率特性曲線

相位裕量γ=17.6

穿越頻率=6.32rad/s微分校正環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)頻率特性如圖所示：

校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性如圖所示：

相位裕量γ=52.4穿越頻率=9.26rad/s

對(duì)比圖

(4)幅相頻率特性

校正前系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)幅相頻率特性如圖所示：

圖7 系統(tǒng)幅相頻率特性曲線

校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)幅相頻率特性如圖所示：

對(duì)比圖

四、程序附錄（1）時(shí)域分析

clear

t=0:0.1:5;s=[184 794.8];d=[1 21.87 233.7 794.8];sys=tf(s,d);y1=step(sys,t);plot(t,y1)maxy1=max(y1);yss1=y1(length(t));pos1=100*(maxy1-yss1)/yss1;for i=1:1:51 if(y1(i)==maxy1)n=i;break;end end

tp1=(n-1)*0.1;for i=1:1:51 if(y1(i)<1.02&&y1(i)>0.98)m=i;break;end end

tr1=(m-1)*0.1;for i=51:-1:1 if(y1(i)>1.02||y1(i)<0.98)a=i;break;end end

ts1=a*0.1;pos=[pos1] tp=[tp1] tr=[tr1] ts=[ts1]

clear t=0:0.1:10;s=[40];d=[1 2 40];sys=tf(s,d);y1=step(sys,t);plot(t,y1)maxy1=max(y1);yss1=y1(length(t));pos1=100*(maxy1-yss1)/yss1;for i=1:1:101 if(y1(i)==maxy1)n=i;break;

end end

tp1=(n-1)*0.1;for i=1:1:101 if(y1(i)<1.02&&y1(i)>0.98)m=i;break;end end

tr1=(m-1)*0.1;for i=101:-1:1 if(y1(i)>1.02||y1(i)<0.98)a=i;break;end end

ts1=a*0.1;pos=[pos1] tp=[tp1] tr=[tr1] ts=[ts1]

（2）對(duì)數(shù)頻率特性 clear s1=[0.23 1];d1=[0.05 1];s2=[40];d2=[1 2 40];s3=[184 794.8];d3=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);sys3=tf(s3,d3);figure(1)bode(sys1,sys2,sys3)

（3）根軌跡 clear s1=[40];d1=[1 2 40];s2=[184 794.8];d2=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);figure(1)rlocus(sys1,sys2)

（4）幅相頻率特性 clear s1=[40];d1=[1 2 40];s2=[184 794.8];d2=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);figure(1)nyquist(sys1,sys2)

總結(jié)

本次研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容主要是建立自動(dòng)控制系統(tǒng)并運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，其中涉及了關(guān)于自動(dòng)控制方面的很多知識(shí)，也有關(guān)于數(shù)學(xué)建模方面的知識(shí)以及MATLAB軟件的應(yīng)用，此次研究性學(xué)習(xí)建立了衛(wèi)星姿態(tài)的自動(dòng)控制。

在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題，也接觸到了很多以前不知道的知識(shí)，特別是之前很少接觸過(guò)MATLAB軟件，這讓本次設(shè)計(jì)一度陷入停滯階段。后來(lái)在圖書(shū)館和網(wǎng)絡(luò)上查閱了大量的相關(guān)書(shū)籍，并在同學(xué)的細(xì)心指導(dǎo)下安裝了MATLAB軟件并學(xué)習(xí)其使用方法，從而使問(wèn)題一步步得到了解決，最終成功的完成了此次研究性學(xué)習(xí)。

第二篇：《自動(dòng)控制原理》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告(范例)

《自動(dòng)控制原理》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告

姓名：

班級(jí)：

學(xué)號(hào)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：

實(shí)驗(yàn)成績(jī)：

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1．熟練掌握step()函數(shù)和impulse()函數(shù)的使用方法，研究線性系統(tǒng)在單位階躍、單位脈沖及單位斜坡函數(shù)作用下的響應(yīng)。

2．通過(guò)響應(yīng)曲線觀測(cè)特征參量ζ和ωn對(duì)二階系統(tǒng)性能的影響。3．熟練掌握系統(tǒng)的穩(wěn)定性的判斷方法。

二、實(shí)驗(yàn)要求：

1．根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟，寫出調(diào)試好的MATLAB語(yǔ)言程序，及對(duì)應(yīng)的MATLAB運(yùn)算結(jié)果。

2．記錄各種輸出波形，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)的影響。3．總結(jié)判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的方法，說(shuō)明增益K對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

三、實(shí)驗(yàn)步驟：

1．觀察函數(shù)step()函數(shù)和impulse()的調(diào)用格式，假設(shè)系統(tǒng)的傳遞函

s2?3s?7數(shù)模型為G(s)?4，可以用幾種方法繪制出系統(tǒng)的階s?4s3?6s2?4s?1躍響應(yīng)曲線？試分別繪制。

2?n2．對(duì)典型二階系統(tǒng)G(s)?2 2s?2??ns??n1）分別繪制出ωn=2(rad/s),ζ分別取0,0.25,0.5,1.0和2.0時(shí)的單位階躍響應(yīng)曲線，分析參數(shù)ζ對(duì)系統(tǒng)的影響。

2）繪制出當(dāng)ζ=0.25，ωn分別取1,2,4,6時(shí)單位階躍響應(yīng)曲線，分析參數(shù)ωn對(duì)系統(tǒng)的影響。

3．單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)模型為G(s)?K，試判2(s?2)(s?4)(s?6s?25)斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并求出使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

時(shí)域分析法直接在時(shí)間域中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，可以提供系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的全部信息，具有直觀、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。為了研究控制系統(tǒng)的時(shí)域特性，經(jīng)常采用瞬態(tài)響應(yīng)（如階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)和斜坡響應(yīng)）。本次實(shí)驗(yàn)從分析系統(tǒng)的性能指標(biāo)出發(fā)，給出了在MATLAB環(huán)境下獲取系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)和分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能的方法。

1．用MATLAB求系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)，將傳遞函數(shù)的分子、分母多項(xiàng)式的系數(shù)分別以s的降冪排列寫為兩個(gè)數(shù)組num、den。由于控制系統(tǒng)分子的階次m一般小于其分母的階次n，所以num中的數(shù)組元素與分子多項(xiàng)式系數(shù)之間自右向左逐次對(duì)齊，不足部分用零補(bǔ)齊，缺項(xiàng)系數(shù)也用零補(bǔ)上。用MATLAB求控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng) 1）階躍響應(yīng)

①求系統(tǒng)階躍響應(yīng)的指令有：

step(num,den,t)時(shí)間向量t的范圍可以由人工給定（例如t=0:0.1:10）

在MATLAB程序中，先定義num,den數(shù)組，并調(diào)用上述指令，即可生成單位階躍輸入信號(hào)下的階躍響應(yīng)曲線圖。② 求階躍響應(yīng)的另一種方法

應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)初始條件為零時(shí)，G(s)的單位階躍響應(yīng)與

G(s)的單s位階躍響應(yīng)相同?？紤]到求系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)，因?yàn)閷?duì)于單位脈沖輸入量，R(s)=1所以

C(s)G(s)s2?3s?71 ?C(s)??4?32R(s)ss?4s?6s?4s?1s因此，可以將G(s)的單位階躍響應(yīng)變換成G(s)的單位脈沖響應(yīng)。s向MATLAB輸入下列num1和den1，給出階躍響應(yīng)命令，可以得到系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖1-1所示，輸入下列num2和den2，給出脈沖響應(yīng)命令，可以得到如圖1-1所示一樣的單位脈沖響應(yīng)曲線。t=[0:0.1:10];num1=[1,3,7];den1=[1,4,6,4,1];y=step(num,den,t);plot(t,y);grid;t=[0:0.1:10];num=[1,3,7];den=[1,4,6,4,1,0];

圖1-1 單位階躍響應(yīng)曲線 y=impulse(num,den,t);plot(t,y);grid;

2．特征參量?和?n對(duì)二階系統(tǒng)性能的影響

標(biāo)準(zhǔn)二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

2?nC(s)?2

2R(s)s?2??ns??n二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)在不同的特征參量下有不同的響應(yīng)曲線。1）?對(duì)二階系統(tǒng)性能的影響

設(shè)定無(wú)阻尼自然振蕩頻率?n?2(rad/s)，考慮5種不同的?值：利用MATLAB對(duì)每一種?求取單位階躍響應(yīng)?=0,0.25,0.5,1.0和2.0，曲線，分析參數(shù)?對(duì)系統(tǒng)的影響。

為便于觀測(cè)和比較，在一幅圖上繪出5條響應(yīng)曲線（采用“hold”命令實(shí)現(xiàn)）。

num=[0 0 4];den1=[1 0 4];den2=[1 1 4];den3=[1 2 4];den4=[1 4 4];den5=[1 8 4];t=[0:0.1:5];step(num,den1,t);grid;hold;text(2,1.7,'Zeta=0');step(num,den2,t);text(1.6,1.5,'0.25');step(num,den3,t);text(1.6,1.1,'0.5');step(num,den4,t);text(1.6,0.8,'1.0');step(num,den5,t);

圖1-2 ζ不同時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線 text(1.6,0.5,'2.0');由此得到的響應(yīng)曲線如圖1-2所示： 2）?n對(duì)二階系統(tǒng)性能的影響

同理，設(shè)定阻尼比??0.25時(shí)，當(dāng)?n分別取1,2,4,6時(shí)，利用MATLAB求取單位階躍響應(yīng)曲線，分析參數(shù)?n對(duì)系統(tǒng)的影響。num1=[0 0 1];num2=[0 0 4];num3=[0 0 16];num4=[0 0 36];den1=[1 0.5 1];den2=[1 1 4];den3=[1 2 16];den4=[1 3 36];t=[0:0.1:5];step(num1,den1,t);grid;hold;text(0.1,1.4,'wn=1');step(num2,den2,t);

text(1,1.4,'wn=2');step(num3,den3,t);text(2,1.4,'wn=4');step(num4,den4,t);text(4,1.4,'wn=6');

圖1-3 ?n不同時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線

由此得到的響應(yīng)曲線如圖1-3所示：

3．系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷

利用代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)可確定系統(tǒng)個(gè)別參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，以及為使系統(tǒng)穩(wěn)定，這些參數(shù)應(yīng)取值的范圍。

K 根據(jù)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)模型 G(s)?(s?2)(s?4)(s2?6s?25)可以求的閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程式為：

D(s)?s4?12s3?69s2?198s?200?K?0

則其勞斯陣列為：

s4s3s211252.552.5?198?12?(200?K)52.5200?K69198200?K0200?K

s1s0根據(jù)穩(wěn)定條件: 52.5?198?12?(200?K)＞0;200+K＞0;因此0＜K＜666.25

第三篇：廣工物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

課程名稱

自動(dòng)控制原理

_ 學(xué)生學(xué)院

自動(dòng)化學(xué)院

_ 專業(yè)班級(jí)___物聯(lián)網(wǎng)工程（4）班___ 學(xué)

號(hào)____________ 學(xué)生姓名_________________ 組

員_________________ 指導(dǎo)教師_______李順祥 ________

2018 年 1 月

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、用MATLAB的命令

2、掌握MATLAB有關(guān)傳遞函數(shù)求取其零、極點(diǎn)計(jì)算的函數(shù)

3、掌握用MATLAB求取系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

二．實(shí)驗(yàn)軟件環(huán)境

1、計(jì)算機(jī)

2、MATLAB軟件

三．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、特征多項(xiàng)式的建立與特征根的求取

在命令窗口依次運(yùn)行下面命令，并記錄各命令運(yùn)行后果

>>p=[1,2,0,4];

構(gòu)建特征多項(xiàng)式p(s)=s^3+3s^2+4的矩陣 >>r=roots(p)

求特征方程p(s)= p(s)=s^3+3s^2+4=0的特征根 >>p=poly(r)

從特征根構(gòu)建特征多項(xiàng)式的矩陣

2、求單位反饋系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

在命令窗口依次運(yùn)行下面命令，并記錄各命令運(yùn)行后果 >>numg=[1];deng=[500,0,0];

構(gòu)建傳遞函數(shù)G(s)=1/500s^2的特征多項(xiàng)式 >>numc=[1,1];denc=[1,2];

構(gòu)建傳遞函數(shù)Gc(s)=(s+1)/(s+2)的特征多項(xiàng)式

>>[num1,den1]=series(numg,deng,numc,denc);

求G(s)Gc(s)>>[num,den]=cloop(num1,den1,-1)求開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G(s)Gc(s)的閉環(huán)傳遞函數(shù)

>>printsys(um,den)

輸出傳遞函數(shù)

3、傳遞函數(shù)零、極點(diǎn)的求取

在命令窗口依次運(yùn)行下面命令，并記錄各命令運(yùn)行后果 >>num1=[6,0,1];den1=[1,3,3,1];

構(gòu)建傳遞函數(shù)G(s)=(6s^2+1)/(s^3+3s^2+3s+1)的特征多項(xiàng)式 >>z=roots(num1);

求G(s)的零點(diǎn) >>p=roots(den1);

求G(s)的極點(diǎn) >>n1=[1,1];n2=[1,2];d1=[1,2*i];d3=[1,3];>>num2=conv(n1,n2)

求多項(xiàng)式(s+1)(s+2)>>den2=conv(d1,conv(d2,d3))

求多項(xiàng)式(s-2j)(s+2j)(s+3)>>printsys(num2,den2)

構(gòu)建H(s)=(s+1)(s+2)/(s-2j)(s+2j)(s+3)>>num=conv(num1,den2);den=conv(den1,num2);構(gòu)建G(s)/H(s)的特征多項(xiàng)式的矩陣

>>printsys(num,den)

輸出以多項(xiàng)式表示的傳遞函數(shù) >>pzmap(num,den),title(‘極點(diǎn)-零點(diǎn)圖’)

輸出傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)圖

4、求反饋聯(lián)接系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

命令窗口依次運(yùn)行下面命令，并記錄各命令運(yùn)行后果 >>numg=[1];deng=[500,0,0];

構(gòu)建傳遞函數(shù)G(s)=1/500s^2的特征多項(xiàng)式 >>numh=[1,1];denh=[1,2];

構(gòu)建傳遞函數(shù)H(s)=(s+1)/(s+2)的特征多項(xiàng)式 >>[num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh)>>printsys(num,den)

5、自行利用MATLAB命令求取以下系統(tǒng)傳遞函數(shù)，并記錄下結(jié)果

四．實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及分析1、2、3、4、5、五．實(shí)驗(yàn)心得體會(huì) 通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，我了解了基本的Mathlab指令，也讓我認(rèn)識(shí)到了mathlab的強(qiáng)大。還有通過(guò)本實(shí)驗(yàn)我主要了解了如何使用matlab指令求解傳遞函數(shù)以及其零極點(diǎn)，較為基礎(chǔ)，但十分重要，為后面實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展打下基礎(chǔ)。

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、掌握MATLAB對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間響應(yīng)分析

2、掌握一節(jié)慣性系統(tǒng)以及二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)特征以及系統(tǒng)性能與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系

二．實(shí)驗(yàn)軟件環(huán)境

3、計(jì)算機(jī)

4、MATLAB軟件

三．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、使用MATLAB求一階慣性系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。

系統(tǒng)傳遞函數(shù)：

在命令窗口依次運(yùn)行下面命令，并記錄各命令運(yùn)行后結(jié)果 >>t=[0:.5:5];>>y=1-exp(-2*t);>>plot(t,y’r’);>>axis[0 5 0 1.1];>>set(gca,’ytick’,0:.1:1.1);>>title(‘y(t)=1-exp(-2t)’);>>xlabel(‘t’);>>ylabel(‘y(t)’);>>grid 若系統(tǒng)傳遞函數(shù)：G(S)=10/s+1 自行編制在命令窗口運(yùn)行命令，求其單位階躍響應(yīng)，并與上面的結(jié)果進(jìn)行比較

2、使用MATLAB求二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。系統(tǒng)傳遞函數(shù)如下：

在命令窗口如下運(yùn)行命令，并記錄各命令運(yùn)行后結(jié)果 >>sysms s for zeta=[0:0.2:0.8,1:0.5:2] wn=0.4;wn=sym(num2str(wn));zet=sym(num2str(zeta));if zeta==0

figure(1)ezplot(ilaplace(wn^2/s/(s^2+wn^2)),[0 80]);grid on title(‘xi=0’)elseif zeta==1 figure(2)ezplot(ilaplace(wn^2/s/(s+wn)^2),[0 80]);

hold on;else

figure(2)

ezplot(ilaplace(wn^2/s/(s^2+2*zeta*wn^2)),[0 80]);

hold on;end end grid on;title(‘xi:0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.5,2.0’)axis([0 80 0 1.8])gtext(‘0.4’)gtext(‘1.0’)gtext(‘2.0’)

四．實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及分析1、2、五．實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)

做完了這次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)如何使用Matlab對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)域分析有了進(jìn)一步的了解，包括對(duì)一階和二階系統(tǒng)，這是對(duì)系統(tǒng)分析的重要步驟。

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、掌握MATLAB平臺(tái)下繪制典型環(huán)節(jié)及系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的Bode圖和Nyquist圖（極坐標(biāo)圖）的方法

2、掌握利用Bode圖和Nyquist圖對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析的理論和方法

二．實(shí)驗(yàn)軟件環(huán)境

5、計(jì)算機(jī)

6、MATLAB軟件

三．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、作各自典型環(huán)節(jié)的Bode圖和Nyquist圖，參數(shù)自定（1）比例環(huán)節(jié)

（2）積分環(huán)節(jié)

（3）慣性環(huán)節(jié)

（4）震蕩環(huán)節(jié)

2、開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下

作Bode圖和Nyquist圖：求取幅值裕度和相角裕度，據(jù)此判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性與相對(duì)穩(wěn)定性；按Nyquist穩(wěn)定盤踞判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

四．實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及分析

1、(1)

(2)

(3)

(4)

2、五．實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)

本實(shí)驗(yàn)主要了解Matlab軟件的使用以及使用matlab指令求傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng)，了解各典型環(huán)節(jié)的頻率響應(yīng)，并求出某一開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的伯德圖，通過(guò)其幅值裕量和相角裕量，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這是一整個(gè)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行頻域分析的步驟，十分重要！

第四篇：《自動(dòng)控制原理》復(fù)習(xí)題

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《自動(dòng)控制原理》復(fù)習(xí)題

一、填空題（每小題分，共分）、線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是閉環(huán)系統(tǒng)的所有特征根必須。、c

越大

ts。、用時(shí)域法分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是。、極坐標(biāo)圖上以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的單位圓和圖上的對(duì)應(yīng)。、如果根軌跡位于實(shí)軸上兩個(gè)相鄰的開(kāi)環(huán)零點(diǎn)之間

（其中一個(gè)零點(diǎn)可以位于無(wú)窮遠(yuǎn)處)，則在這兩個(gè)零點(diǎn)之間必定存在。、要改善

essr

通常可采用兩種方式：）增加前向通路的增益；）。、經(jīng)典控制理論的三大問(wèn)題是穩(wěn)定性、和動(dòng)態(tài)性能。、根據(jù)控制信號(hào)的不同，可以將控制系統(tǒng)分為和隨動(dòng)控制系統(tǒng)。、如果要求系統(tǒng)的快速性好，則閉環(huán)極點(diǎn)應(yīng)距離越遠(yuǎn)越好。、開(kāi)環(huán)控制和是控制系統(tǒng)的兩種基本形式。、一般來(lái)說(shuō)，滿足的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)，我們又常稱為線性可加性。、組成系統(tǒng)的控制裝置與被控對(duì)象之間，只有順向作用而沒(méi)有反向聯(lián)系的控制稱之為。、用標(biāo)明傳遞函數(shù)的方塊和連接線表示系統(tǒng)功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列的所有元素均大于零，那么系統(tǒng)。、在二階系統(tǒng)中，n

稱為。、在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，使用速度反饋與微分順饋可以改善系統(tǒng)的。、開(kāi)環(huán)幅相頻率特性曲線越靠近（－）點(diǎn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。、一個(gè)控制系統(tǒng)的控制作用能否對(duì)系統(tǒng)的所有狀態(tài)產(chǎn)生影響，從而能對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)控制，稱為。、控制系統(tǒng)的反饋分為狀態(tài)反饋和兩種。、相位裕量和是相對(duì)穩(wěn)定性的兩個(gè)重要指標(biāo)。

二、選擇題（每小題分，共分）、設(shè)線性定常系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程的根為

si，,?，則該系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為（）。

．

[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統(tǒng)的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應(yīng)曲線中，阻尼比越小，那么（）。

/

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．超調(diào)量越大

上升時(shí)間越?。{(diào)量越小

上升時(shí)間越大

．超調(diào)量越小

上升時(shí)間越?。{(diào)量越大

上升時(shí)間越大、對(duì)于開(kāi)環(huán)增益為的Ⅰ型系統(tǒng)，在階躍信號(hào)

()作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為（）。

．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關(guān)于系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的描述中，錯(cuò)誤的是（）。

．開(kāi)環(huán)頻率特性的低頻段決定了系統(tǒng)的無(wú)差度和開(kāi)環(huán)增益。

．幅頻對(duì)數(shù)特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時(shí)，系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的，并

且動(dòng)態(tài)性能比較好。

．系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)截止頻率

c

與調(diào)節(jié)時(shí)間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統(tǒng)為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應(yīng)為

vh

~

5。、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖如下，不穩(wěn)定的是圖（）。、設(shè)某系統(tǒng)的相位裕度是

co，開(kāi)環(huán)截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開(kāi)環(huán)截止頻

率為

c，適合用滯后校正的條件是（）。

．

．



co

c,co

c

．

co

c,co

c

co

c,co

c

．

co

c,co

c、二階振蕩環(huán)節(jié)，產(chǎn)生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分與微分控制規(guī)律的另一種表示方法是（）。

（）

．．．．、對(duì)于欠阻尼的二階系統(tǒng)，當(dāng)無(wú)阻尼自然振蕩頻率

n

保持不變時(shí)，（）

.阻尼比

ξ越大，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間越大

/

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.阻尼比

ξ越大，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間越小

.阻尼比

ξ越大，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間不變

.阻尼比

ξ越大，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間不定、在系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中增加零點(diǎn)，將使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能

（）

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋（每題分，共分）

.自動(dòng)控制

.線性定常系統(tǒng)

.穩(wěn)態(tài)誤差

.相對(duì)穩(wěn)定性

.根軌跡法

四、簡(jiǎn)答題（每題分，共分）、簡(jiǎn)述采用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)的特點(diǎn)。、請(qǐng)寫出梅遜公式的表達(dá)式，并說(shuō)明公式中每個(gè)參數(shù)的含意。、試述擾動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影響，并寫出減小或消除擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差的措施。、根軌跡如果穿過(guò)虛軸，如何計(jì)算根軌跡與虛軸交點(diǎn)的坐標(biāo)。、簡(jiǎn)述最小相位系統(tǒng)，并說(shuō)明其主要特點(diǎn)。、簡(jiǎn)述奈氏穩(wěn)定判據(jù)。

五、計(jì)算題（每題分，共分）

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、已知系統(tǒng)特征方程為

s4

3s3

6s2

3s

0，試用代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。、已知反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如右圖所示。

試

確

定

結(jié)

構(gòu)

參

數(shù)

和

τ，使

M

p

20%,t

p

1s，并計(jì)算調(diào)節(jié)時(shí)間

ts。

一、填空題（每小題分，共分）、線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是閉環(huán)系統(tǒng)的所有特征根必須。、c

越大

tr。、用時(shí)域法分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是。、極坐標(biāo)圖上以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的單位圓和圖上的對(duì)應(yīng)。、如果根軌跡位于實(shí)軸上兩個(gè)相鄰的開(kāi)環(huán)極點(diǎn)之間則在這兩個(gè)極點(diǎn)之間必定存在。、要改善

essn

通常可采用兩種方式：）增加前向通路的增益；）。、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)、準(zhǔn)和。、根據(jù)時(shí)間信號(hào)的不同，可以將控制系統(tǒng)分為和離散時(shí)間系統(tǒng)。、如果要求系統(tǒng)的快速性好，則閉環(huán)極點(diǎn)應(yīng)距離越遠(yuǎn)越好。、開(kāi)環(huán)控制和是控制系統(tǒng)的兩種基本形式。、一般來(lái)說(shuō)，滿足的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)，我們又常稱為線性可加性。、組成系統(tǒng)的控制裝置與被控對(duì)象之間，有順向作用還有反向聯(lián)系的控制稱之為。、用標(biāo)明傳遞函數(shù)的方塊和連接線表示系統(tǒng)功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列元素的符號(hào)變化次數(shù)代表。、在二階系統(tǒng)中，d

稱為。、在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為了改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性常采用與微分順饋的方法。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、開(kāi)環(huán)幅相頻率特性曲線越遠(yuǎn)離（－）點(diǎn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。、一個(gè)控制系統(tǒng)能否通過(guò)輸出量把系統(tǒng)的初始狀態(tài)識(shí)別出來(lái)，稱為。、控制系統(tǒng)的反饋分為狀態(tài)反饋和兩種。、相位裕量和是相對(duì)穩(wěn)定性的兩個(gè)重要指標(biāo)。

二、選擇題（每小題分，共分）、設(shè)線性定常系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程的根為

si，,?，則該系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為（）。

．[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統(tǒng)的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應(yīng)曲線中，阻尼比越大，那么（）。

．超調(diào)量越

大

調(diào)整時(shí)間越?。{(diào)量越小

調(diào)整時(shí)間越大．超調(diào)量越小

調(diào)整時(shí)間越小．超調(diào)量越大調(diào)整時(shí)間越大、對(duì)

于

開(kāi)

環(huán)

增

益

為的Ⅰ

型

系

統(tǒng)，在階

躍

信

號(hào)

()

作

用

下的穩(wěn)

態(tài)

誤

差

為

（）。．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關(guān)于系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的描述中，錯(cuò)誤的是（）。

．開(kāi)環(huán)頻率特性的低頻段決定了系統(tǒng)的無(wú)差度和開(kāi)環(huán)增益。

．幅頻對(duì)數(shù)特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時(shí)，系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的，并

且動(dòng)態(tài)性能比較好。

．系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)截止頻率

c

與調(diào)節(jié)時(shí)間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統(tǒng)為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應(yīng)為

vh

~

5。、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖如下，不穩(wěn)定的是圖（）。、設(shè)某系統(tǒng)的相位裕度是

co，開(kāi)環(huán)截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開(kāi)環(huán)截止頻

率為

c，適合用超前校正的條件是（）。

．

coc,coc

．

co

c,coc

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用

．

co

c,co

c

．

co

c,co

c、二階振蕩環(huán)節(jié)，產(chǎn)生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分控制規(guī)律的另一種表示方法是（）。

．．．．、對(duì)于欠阻尼的二階系統(tǒng)，當(dāng)無(wú)阻尼自然振蕩頻率

保持不變時(shí)，（）

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間越大

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間越小

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間不變

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間不定、在系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中增加極點(diǎn)，將使系統(tǒng)的穩(wěn)定性

（）。

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋（每題分，共分）

.傳遞函數(shù)

.線性定常系統(tǒng)

.穩(wěn)定性

.閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)

.穩(wěn)定裕量

四、簡(jiǎn)答題（每題分，共分）、簡(jiǎn)述結(jié)構(gòu)圖化簡(jiǎn)的原則。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、簡(jiǎn)述信號(hào)流圖中前向通路是怎么定義的。、簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的三要素。、簡(jiǎn)述根軌跡的分離點(diǎn)和會(huì)合點(diǎn)，并寫出分離點(diǎn)和會(huì)合點(diǎn)的計(jì)算方法。、簡(jiǎn)述最小相位系統(tǒng)，并說(shuō)明其主要特點(diǎn)。、簡(jiǎn)述波德圖上的奈氏穩(wěn)定判據(jù)。

五、計(jì)算題（每題分，共分）、已知系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為

s6

2s5

8s4

12s3

20s2

16s

0，試用代數(shù)穩(wěn)定判

據(jù)判斷該系統(tǒng)是否穩(wěn)定，如不穩(wěn)定請(qǐng)說(shuō)明引起系統(tǒng)不穩(wěn)定的根的個(gè)數(shù)；如臨界穩(wěn)定，請(qǐng)求取使系統(tǒng)臨界穩(wěn)定的共軛虛根。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、有擾系統(tǒng)如下圖所示，已知輸入信號(hào)

R（s)

1/

s，擾動(dòng)信號(hào)

N

(s)

1/

s，試求該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

N(s)

R(s)

K

K

C(s)

s

一、填空題（每小題分，共分）、線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是閉環(huán)系統(tǒng)的所有特征根必須。、c

越大

tr。、用時(shí)域法分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是。、極坐標(biāo)圖上以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的單位圓和圖上的對(duì)應(yīng)。、如果根軌跡位于實(shí)軸上兩個(gè)相鄰的開(kāi)環(huán)極點(diǎn)之間則在這兩個(gè)極點(diǎn)之間必定存在。、要改善

essn

通?？刹捎脙煞N方式：）增加前向通路的增益；）。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)、準(zhǔn)和。、根據(jù)時(shí)間信號(hào)的不同，可以將控制系統(tǒng)分為和離散時(shí)間系統(tǒng)。、如果要求系統(tǒng)的快速性好，則閉環(huán)極點(diǎn)應(yīng)距離越遠(yuǎn)越好。、開(kāi)環(huán)控制和是控制系統(tǒng)的兩種基本形式。、一般來(lái)說(shuō)，滿足的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)，我們又常稱為線性可加性。、組成系統(tǒng)的控制裝置與被控對(duì)象之間，有順向作用還有反向聯(lián)系的控制稱之為。、用標(biāo)明傳遞函數(shù)的方塊和連接線表示系統(tǒng)功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列元素的符號(hào)變化次數(shù)代表。、在二階系統(tǒng)中，d

稱為。、在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為了改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性常采用與微分順饋的方法。、開(kāi)環(huán)幅相頻率特性曲線越遠(yuǎn)離（－）點(diǎn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。、一個(gè)控制系統(tǒng)能否通過(guò)輸出量把系統(tǒng)的初始狀態(tài)識(shí)別出來(lái)，稱為。、控制系統(tǒng)的反饋分為狀態(tài)反饋和兩種。、相位裕量和是相對(duì)穩(wěn)定性的兩個(gè)重要指標(biāo)。

二、選擇題（每小題分，共分）、設(shè)線性定常系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程的根為

si，,?，則該系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為（）。

．[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統(tǒng)的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應(yīng)曲線中，阻尼比越大，那么（）。

．超調(diào)量越

大

調(diào)整時(shí)間越?。{(diào)量越小

調(diào)整時(shí)間越大．超調(diào)量越小

調(diào)整時(shí)間越小．超調(diào)量越大調(diào)整時(shí)間越大、對(duì)

于

開(kāi)

環(huán)

增

益

為的Ⅰ

型

系

統(tǒng)，在階

躍

信

號(hào)

()

作

用

下的穩(wěn)

態(tài)

誤

差

為

（）。．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關(guān)于系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性的描述中，錯(cuò)誤的是（）。

．開(kāi)環(huán)頻率特性的低頻段決定了系統(tǒng)的無(wú)差度和開(kāi)環(huán)增益。

．幅頻對(duì)數(shù)特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時(shí)，系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的，并

且動(dòng)態(tài)性能比較好。

．系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)截止頻率

c

與調(diào)節(jié)時(shí)間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統(tǒng)為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應(yīng)為

vh

~

5。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖如下，不穩(wěn)定的是圖（）。、設(shè)某系統(tǒng)的相位裕度是

co，開(kāi)環(huán)截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開(kāi)環(huán)截止頻

率為

c，適合用超前校正的條件是（）。

．

．



co

c,co

c

co

c,co

c



．

．



co

c,co

c

co

c,co

c、二階振蕩環(huán)節(jié)，產(chǎn)生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分控制規(guī)律的另一種表示方法是（）。

．．．．、對(duì)于欠阻尼的二階系統(tǒng)，當(dāng)無(wú)阻尼自然振蕩頻率

保持不變時(shí)，（）

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間越大

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間越小

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間不變

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間不定、在系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中增加極點(diǎn)，將使系統(tǒng)的穩(wěn)定性

（）。

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋（每題分，共分）

.自動(dòng)控制

.線性定常系統(tǒng)

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用

.穩(wěn)態(tài)誤差

.相對(duì)穩(wěn)定性

.根軌跡法

四、簡(jiǎn)答題（每題分，共分）、簡(jiǎn)述采用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)的特點(diǎn)。、請(qǐng)寫出梅遜公式的表達(dá)式，并說(shuō)明公式中每個(gè)參數(shù)的含意。、試述擾動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影響，并寫出減小或消除擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差的措施。、根軌跡如果穿過(guò)虛軸，如何計(jì)算根軌跡與虛軸交點(diǎn)的坐標(biāo)。、簡(jiǎn)述最小相位系統(tǒng)，并說(shuō)明其主要特點(diǎn)。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、簡(jiǎn)述奈氏穩(wěn)定判據(jù)。

五、計(jì)算題（每題分，共分）、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)如下圖所示，R(s)

K

C(s)

s

(s+1)(s+5)

()

求使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的的取值范圍。

（本小題分）

()

如果要求閉環(huán)特征方程的所有根的實(shí)部都小于－，求的取值范圍。

（本小題分）

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用

K

g、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為

Go

(s)，試?yán)L制其根軌跡。

s(s

1)(s

5)

/

第五篇：自動(dòng)控制原理總結(jié)報(bào)告

自動(dòng)控制原理總結(jié)報(bào)告

專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 09自動(dòng)化<1>班 姓 名 學(xué) 號(hào)

完成 時(shí)間

自動(dòng)控制原理總結(jié)報(bào)告

摘要: 本學(xué)期我們學(xué)習(xí)了自動(dòng)控制原理的前前8章，重點(diǎn)介紹了前6章，離散系統(tǒng)的分析與線性系統(tǒng)類似。自動(dòng)控制技術(shù)所取得的成就和起到的作用給各行各業(yè)的人們留下了深刻的印象。從最初的機(jī)械轉(zhuǎn)速、位移的控制到工業(yè)過(guò)程中對(duì)溫度、壓力、流量、物位的控制，從遠(yuǎn)洋巨輪到深水潛艇的控制，而今的數(shù)控機(jī)床，汽車工業(yè)，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用幾乎無(wú)處不在。關(guān)鍵是自動(dòng)控制理論和技術(shù)已經(jīng)介入到了電氣、機(jī)械、航空、化工、核反應(yīng)等諸多的學(xué)科和領(lǐng)域。所以越來(lái)越多的工程技術(shù)人員和科學(xué)工作者開(kāi)始了解和關(guān)注自動(dòng)控制的知識(shí)。關(guān)鍵字：控制 方法 發(fā)展 正文:

一、自動(dòng)控制理論的分析方法：（1）時(shí)域分析法；（2）頻率法；（3）根軌跡法；（4）狀態(tài)空間方法；（5）離散系統(tǒng)分析方法；（6）非線性分析方法

系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型(1)解析表達(dá)：微分方程；差分方程；傳遞函數(shù)；脈沖傳遞函數(shù)；頻率特性；脈沖響應(yīng)函數(shù)；階躍響應(yīng)函數(shù)(2)圖形表達(dá)：動(dòng)態(tài)方框圖（結(jié)構(gòu)圖）；信號(hào)流圖；零極點(diǎn)分布；頻率響應(yīng)曲線；單位階躍響應(yīng)曲線

自動(dòng)控制原理基礎(chǔ)系列課程內(nèi)容體系具有系統(tǒng)性、科學(xué)性、先進(jìn)性、實(shí)用性，對(duì)課程體系進(jìn)行了改革確立了以系統(tǒng)分析、系統(tǒng)建模、系統(tǒng)綜合為自動(dòng)控制原理課程的主線構(gòu)建了由時(shí)域分析、復(fù)域分析、頻域分析、系統(tǒng)校正4個(gè)模塊構(gòu)成的知識(shí)體系。

從課程的體系出發(fā)以系統(tǒng)建?！到y(tǒng)分析→綜合設(shè)計(jì)作為課程主線。數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)內(nèi)部各物理量或變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式建立一個(gè)合理的模型是系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的前提。從不同的角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模加深對(duì)這方面內(nèi)容的理解。例如可用船舶上的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為例通過(guò)建立它的微分方程、傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖、信號(hào)流圖這些不同的數(shù)學(xué)模型來(lái)建立各模型的聯(lián)系。

系統(tǒng)分析方法是控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)這部分的內(nèi)容主要包括時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域響應(yīng)法是控制理論的重點(diǎn)。在控制系統(tǒng)中穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性是對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求也是衡量系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)控制系統(tǒng)不同的分析問(wèn)題方法都是緊緊圍繞這三個(gè)方面展開(kāi)的。只要抓住這個(gè)特點(diǎn)就抓住了系統(tǒng)分析的關(guān)鍵有助于加深對(duì)不同方法的理解。例如以我軍某軍艦上的雷達(dá)定位系統(tǒng)為例假設(shè)給定目標(biāo)信號(hào)要求設(shè)計(jì)控制器使系統(tǒng)在給定輸入下跟蹤指定目標(biāo)最小且抗干擾性最好。這些生動(dòng)的工程實(shí)例大大激發(fā)了我的興趣使我感受到了控制理論的魅力深刻理解了

結(jié)合控制理論的發(fā)展更新教學(xué)內(nèi)容近年來(lái)控制理論得到了蓬勃發(fā)展特別在非線性控制、分布參數(shù)控制、魯棒控制、自適應(yīng)控制、智能控制等方向上取得了重要進(jìn)展。例如每章結(jié)束后都開(kāi)設(shè)一個(gè)專題介紹本學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)這種方法擴(kuò)大了我們的知識(shí)面培養(yǎng)了我們探索科學(xué)技術(shù)的興趣。結(jié)合船舶電氣的發(fā)展而言近幾年來(lái)隨著電力、電子、控制技術(shù)、通訊及信息技術(shù)等的不斷發(fā)展及其在船舶上的廣泛應(yīng)用船舶電氣自動(dòng)化程度大大地提高。新一代大功率半導(dǎo)體電力電子器件在材料、理論、機(jī)理、制造工藝和應(yīng)用技術(shù)等方面的研究開(kāi)發(fā)取得了突破性的進(jìn)展船舶設(shè)備進(jìn)一步向高可靠、節(jié)能型方向發(fā)展對(duì)船舶電力推進(jìn)和輔機(jī)電力拖動(dòng)技術(shù)帶來(lái)重大變革可編程序控制器和單片機(jī)已逐漸發(fā)展成為船舶控制中的一種普遍控制方式。自動(dòng)控制原理課程雖然是電專業(yè)的基礎(chǔ)專業(yè)課程但是一般學(xué)時(shí)安排也不十分充裕。要想在有限的時(shí)間內(nèi)把這門理論性和工程應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程學(xué)好必須認(rèn)真的學(xué)習(xí)。例如在課程緒論部分通過(guò)與專業(yè)相關(guān)的典型示例引出控制、開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制以及反饋等基本概念使我們認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)本課程的重要性并對(duì)控制理論在專業(yè)發(fā)展的作用有了一定的了解。

二、控制未來(lái)發(fā)展

1.智能控制(Intelligent Control)智能控制是人工智能和自動(dòng)控制的結(jié)合物,是一類無(wú)需人的干預(yù)就能夠獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器,實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制。智能控制的注意力并不放在對(duì)數(shù)學(xué)公式的表達(dá)、計(jì)算和處理上,而放在對(duì)任務(wù)和模型的描述,符號(hào)和環(huán)境的識(shí)別以及知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)上。智能控制用于生產(chǎn)過(guò)程,讓計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模仿專家或熟練操作人員的經(jīng)驗(yàn),建立起以知識(shí)為基礎(chǔ)的廣義模型,采用符號(hào)信息處理、啟發(fā)式程序設(shè)計(jì)、知識(shí)表示和自學(xué)習(xí)、推理與決策等智能化技術(shù),對(duì)外界環(huán)境和系統(tǒng)過(guò)程進(jìn)行理解、判斷、預(yù)測(cè)和規(guī)劃,使被控對(duì)象按一定要求達(dá)到預(yù)定的目的。智能控制的理論基礎(chǔ)是人工智能,控制論,運(yùn)籌學(xué)和系統(tǒng)學(xué)等學(xué)科的交叉。2.非線性控制(Nonlinear Control)非線性控制是復(fù)雜控制理論中一個(gè)重要的基本問(wèn)題,也是一個(gè)難點(diǎn)課題,它的發(fā)展幾乎與線性系統(tǒng)平行。非線性系統(tǒng)的發(fā)展,數(shù)學(xué)工具是一個(gè)相當(dāng)困難的問(wèn)題,泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)對(duì)有些情況是不能適用的。古典理論中的“相平面”法只適用于二階系統(tǒng),適用于含有一個(gè)非線性元件的高階系統(tǒng)的“描述函數(shù)”法也是一種近似方法。由于非線性系統(tǒng)的研究缺乏系統(tǒng)的、一般性的理論及方法,于是綜合方法得到較大的發(fā)展。

3.自適應(yīng)控制(Adaptive Control)自適應(yīng)控制系統(tǒng)通過(guò)不斷地測(cè)量系統(tǒng)的輸入、狀態(tài)、輸出或性能參數(shù),逐漸了解和掌握對(duì)象,然后根據(jù)所得的信息按一定的設(shè)計(jì)方法,作出決策去更新控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以適應(yīng)環(huán)境的變化,達(dá)到所要求的控制性能指標(biāo)。4.魯棒控制(Robust Control)過(guò)程控制中面臨的一個(gè)重要問(wèn)題就是模型不確定性,魯棒控制主要解決模型的不確定性問(wèn)題,但在處理方法上與自適應(yīng)控制有所不同。自適應(yīng)控制的基本思想是進(jìn)行模型參數(shù)的辯識(shí),進(jìn)而設(shè)計(jì)控制器。控制器參數(shù)的調(diào)整依賴于模型參數(shù)的更新,不能預(yù)先把可能出現(xiàn)的不確定性考慮進(jìn)去。而魯棒控制在設(shè)計(jì)控制器時(shí)盡量利用不確定性信息來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)控制器,使得不確定參數(shù)出現(xiàn)時(shí)仍能滿足性能指標(biāo)要求。

魯棒控制認(rèn)為系統(tǒng)的不確定性可用模型集來(lái)描述,系統(tǒng)的模型并不唯一,可以是模型集里的任一元素,但在所設(shè)計(jì)的控制器下,都能使模型集里的元素滿足要求。魯棒控制的一個(gè)主要問(wèn)題就是魯棒穩(wěn)定性。5.模糊控制(Fuzzy Control)模糊控制借助模糊數(shù)學(xué)模擬人的思維方法,將工藝操作人員的經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié),運(yùn)用語(yǔ)言變量和模糊邏輯理論進(jìn)行推理和決策,對(duì)復(fù)雜對(duì)象進(jìn)行控制。模糊控制既不是指被控過(guò)程是模糊的,也不意味控制器是不確定的,它是表示知識(shí)和概念上的模糊性,它完成的工作是完全確定的。

1974年英國(guó)工程師E.H.Mamdam首次把Fuzzy集合理論用于鍋爐和蒸氣機(jī)的控制以來(lái),開(kāi)辟了Fuzzy控制的新領(lǐng)域,特別是對(duì)于大時(shí)滯、非線性等難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng),通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)模糊控制往往能取得很好的結(jié)果。6.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制(Neural Network Control)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由所謂神經(jīng)元的簡(jiǎn)單單元按并行結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)可調(diào)的連接權(quán)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的種類很多,控制中常用的有多層前向BP網(wǎng)絡(luò),RBF網(wǎng)絡(luò),Hopfield網(wǎng)絡(luò)以及自適應(yīng)共振理論模型(ART)等。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制就是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這種工具從機(jī)理上對(duì)人腦進(jìn)行簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)模擬的新型控制和辨識(shí)方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)中可充當(dāng)對(duì)象的模型,還可充當(dāng)控制器

7.實(shí)時(shí)專家控制(Real Time Expert Control)專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量專門知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng),它應(yīng)用人工智能技術(shù),根據(jù)某個(gè)領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)人類專家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷,模擬人類專家的決策過(guò)程,以解決那些需要專家決定的復(fù)雜問(wèn)題。專家系統(tǒng)和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序最本質(zhì)的區(qū)別在于:專家系統(tǒng)所要解決的問(wèn)題一般沒(méi)有算法解,并且往往要在不完全、不精確或不確定的信息基礎(chǔ)上作出結(jié)論。

實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)應(yīng)用模糊邏輯控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論,融進(jìn)專家系統(tǒng)自適應(yīng)地管理一個(gè)客體或過(guò)程的全面行為,自動(dòng)采集生產(chǎn)過(guò)程變量,解釋控制系統(tǒng)的當(dāng)前狀況,預(yù)測(cè)過(guò)程的未來(lái)行為,診斷可能發(fā)生的問(wèn)題,不斷修正和執(zhí)行控制計(jì)劃。實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)具有啟發(fā)性、透明性、靈活性等特點(diǎn),目前已經(jīng)在航天試驗(yàn)指揮、工業(yè)爐窯的控制、高爐爐熱診斷中得到廣泛應(yīng)用。目前需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題是如何用簡(jiǎn)潔語(yǔ)言來(lái)描述人類長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí),提高聯(lián)想化記憶和自學(xué)習(xí)能力。8.定性控制(Qualitative Control)定性控制是指系統(tǒng)的狀態(tài)變量為定性量時(shí)(其值不是某一精確值而只知其處于某一范圍內(nèi)),應(yīng)用定性推理對(duì)系統(tǒng)施加控制變量使系統(tǒng)在某一期望范圍。定性控制與模糊控制的區(qū)別:模糊控制不需建模,其控制律憑經(jīng)驗(yàn)或算法調(diào)整,而定性控制基于定性模型,控制規(guī)則基于對(duì)系統(tǒng)的定性分析;模糊控制是基于狀態(tài)的精確測(cè)量值,而定性控制基于狀態(tài)的定性測(cè)量值。

定性控制面臨的問(wèn)題:發(fā)展定性數(shù)學(xué)理論,改進(jìn)定性推理方法,注重定性和定量知識(shí)的結(jié)合;研究定性建模方法,定性控制方法;加強(qiáng)定性控制應(yīng)用領(lǐng)域的研究。9.預(yù)測(cè)控制(Predictive Control)預(yù)測(cè)控制是在工業(yè)實(shí)踐過(guò)程中獨(dú)立發(fā)展起來(lái)的一種新型控制方法,它不僅適用于工業(yè)過(guò)程這種“慢過(guò)程”的控制,也能適用于快速跟蹤的伺服系統(tǒng)這種“快過(guò)程”控制。目前實(shí)用的預(yù)測(cè)控制方法有動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC),模型算法控制(MAC),廣義預(yù)測(cè)控制(GPC),模型預(yù)測(cè)啟發(fā)控制(MPHC)以及預(yù)測(cè)函數(shù)控制(PFC)等。這

最近有人提出一種新的基于主導(dǎo)內(nèi)模概念的預(yù)測(cè)控制方法:結(jié)構(gòu)對(duì)外來(lái)激勵(lì)的響應(yīng)主要由其本身的模態(tài)所決定,即結(jié)構(gòu)只對(duì)激勵(lì)信息中與其起主導(dǎo)作用的幾個(gè)主要自振頻率相接近的頻率成分有較大的響應(yīng)。目前利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行在線辨識(shí),然后用廣義預(yù)測(cè)控制規(guī)律進(jìn)行控制得到較多重視。

預(yù)測(cè)控制目前存在的問(wèn)題是預(yù)測(cè)精度不高;反饋校正方法單調(diào);滾動(dòng)優(yōu)化策略少;對(duì)任意的一般系統(tǒng),其穩(wěn)定性和魯棒性分析較難進(jìn)行;參數(shù)調(diào)整的總體規(guī)則雖然比較明確,但對(duì)不同類型的系統(tǒng)的具體調(diào)整方法仍有待進(jìn)一步總結(jié)。10.分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System)分布式控制系統(tǒng)又稱集散控制系統(tǒng),是70年代中期發(fā)展起來(lái)的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),它融合了控制技術(shù)(Control),計(jì)算機(jī)技術(shù)(Computer),通信技術(shù)(Communication),圖像顯示技術(shù)(CRT)的“4C”技術(shù),形成了以微處理器為核心的系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視、控制和管理。

既打破了常規(guī)控制儀表功能的局限,又較好地解決了早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)于信息、管理過(guò)于集中帶來(lái)的危險(xiǎn),而且還有大規(guī)模數(shù)據(jù)采集、處理的功能以及較強(qiáng)的數(shù)據(jù)通信能力。

分布式控制系統(tǒng)既有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制算法靈活,精度高的優(yōu)點(diǎn),又有儀表控制系統(tǒng)安全可靠,維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。它的主要特點(diǎn)是:真正實(shí)現(xiàn)了分散控制;具有高度的靈活性和可擴(kuò)展性;較強(qiáng)的數(shù)據(jù)通信能力;友好而豐富的人機(jī)聯(lián)系以及極高的可靠性。

總結(jié)：通過(guò)這一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我對(duì)自動(dòng)控制原理這門課有了深刻的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)在能夠簡(jiǎn)單的分析一些問(wèn)題了，過(guò)程實(shí)驗(yàn)給我們很大的提高。雖然現(xiàn)在還不知道未來(lái)要從事什么行業(yè)，但不管怎樣要學(xué)好當(dāng)前的每門課。基礎(chǔ)一定要打好。