《自动控制原理》MATLAB分析与设计
仿真实验报告
第三章线性系统的时域分析法
1、教材P136.3-5系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较，分析仿真结果；
(1)原系统的动态性能
SIMULINK仿真图：
仿真结果：
分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=3.2s，超调量18.0％，调节时间ts=7.74s。
(2)忽略闭环零点的系统动态性能
SIMULINK仿真图：
仿真结果：
分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=3.6s，超调量16.7％，调节时间ts=7.86s。
（3）两种情况动态性能比较
SIMULINK仿真图：
仿真结果：
原系统
忽略闭环零点
分析：通过比较可以看出闭环零点对系统动态性能的影响为：减小峰值时间，使系统响应速度加快，超调量增大。
这表明闭环零点会减小系统阻尼。
3-9系统
SIMULINK仿真图：
仿真结果：
Scope0
分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=1.05s，超调量35.1％，调节时间ts=3.54s（△=2％）。
Scope1
分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=0.94s，超调量37.1％，调节时间ts=3.44s（△=2％）。
Scope2
分析：由于计算机在计算的过程也存在误差，因此，不同的参数时，两条线重合，需将闭环传递函数计算出来再作比较。
计算出闭环传递函数
SIMULINK仿真图：
分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=1.05s，超调量35.1％，调节时间ts=3.54s（△=2％）。
Scope4
分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=0.94s，超调量37.1％，调节时间ts=3.44s（△=2％）。
微分反馈系统
结果：比较表明系统的稳定性与前馈控制无关；微分反馈使系统的性能得到了改善。
3、英文讲义P153.E3.3
SIMULINK仿真图：
仿真结果：
4、实例“Disk Drive Read System”，在Ka=100时，试采用微分反馈使系统的性能满足给定的设计指标。
SIMULINK仿真图：
仿真结果：
第四章线性系统的根轨迹法1、英文讲义P157.E4.5 MATLAB程序：
num=[1];
den=[1 -1 0];
rlocus(num,den)
仿真结果：
-0.2
00.20.4
0.60.81 1.2
Root Locus
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
2、P181.4-5-(3）的根轨迹 MATLAB 程序：
G=zpk([],[0 -1 -3.5 -3-2i -3+2i],1); rlocus(G); 根轨迹图：
-15
-10-5
0510
-15-10
-5
5
10
15
Root Locus
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
习题4-10 MATLAB 程序：
G1=zpk([],[0 0 -2 -5],1); G2=zpk([-0.5],[0 0 -2 -5],1); figure(1) rlocus(G1); figure(2) rlocus(G2); 根轨迹图：
-20
-15-10-5
051015
-15-10
-5
5
10
15
Root Locus
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
-25
-20-15-10
-50510
-20-15
-10
-5
5
10
15
20
Root Locus
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
第五章 线性系统的频域分析法 5-10
MATLAB 程序：
G=tf([1,1],conv([0.5,1,0],[1/9,1/3,1])); bode(G);grid 响应曲线：
-100-50
50
M a g n i t u d e (d B
)10
-1
10
10
1
10
2
-270
-225-180-135-90
-45P h a s e (d e g )
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
5-16
MATLAB 程序： K1=1;T1=2;
G1=tf([K1],[conv([conv([1,0],[T1,1])],[1,1])]); G11=feedback(G1,1); K2=2;T2=0.5;
G2=tf([K2],[conv([conv([1,0],[T2,1])],[1,1])]); G21=feedback(G2,1);
K3=2;T3=0.5;
G3=tf([K2],[conv([conv([1,0],[T3,1])],[1,1])]); G31=feedback(G3,1); figure(1);step(G11);grid; figure(2);step(G21);grid; figure(3);step(G31);grid; 响应曲线：
05101520253035404550
0.20.40.60.811.2
1.41.6
1.8Step Response
Time (sec)
A m p l i t u d e
05101520253035404550
0.20.40.60.811.2
1.41.6
1.8Step Response
Time (sec)
A m p l i t u d e
05101520253035404550
0.20.40.60.811.2
1.41.6
1.8Step Response
Time (sec)
A m p l i t u d e
第六章 线性系统的校正
1、习题6-20，根据计算所得K1=5;K2=2.5;
MATLAB 程序： K1=5;K2=2.5; G0=tf(10,[1,10,0]); Gc=tf([K1,K2],[1,0]); G=series(G0,Gc); G1=feedback(G,1); step(G1);grid 响应曲线
0123456
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Step Response
Time (sec)
A m p l i t u d e
2、习题6-18， MATLAB 程序： t=0:0.01:1;
Ka=10;Kb=0;k1=4.16;K2=52.75;K3=1.24;
G1=tf(20*K2,[1,3+Kb+20*K3,2+20*Ka+Kb+20*K1,20*K2]); step(G1,t);grid; 响应曲线
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91
0.10.20.30.40.50.6
0.70.80.9
1Step Response
Tim e (sec)
A m p l i t u d e
分析：本设计联合采用PID 控制器与前置滤波器，使系统具有最小节拍响应，保证系统有良好的稳态性能和动态性能，采用内回路反馈包围被控对象，以减小被控对象参数摄动的影响,使系统具有鲁棒性。
第七章 线性离散系统的分析与校正
1、教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证 MATLAB 程序： T=1; t=0:1:10;
sys=tf([0,1],[1,0],T); step(sys,t); axis(1,10,0,1.2);
grid; xlabel('t'); ylabel('c(t)');
012345678910
0.10.20.30.40.50.6
0.70.80.9
1Step Response
t (sec)
c (t )
2、教材7-25的控制器的设计及验证 MATLAB 程序： T=0.1;
sys1=tf([150,105],[1,10.1,151,105]);
sys2=tf([0.568,-0.1221,-0.3795],[1,-1.79,1.6,-0.743],T); step(sys1,sys2,4); grid;
00.51 1.52 2.53 3.54
0.20.40.60.811.2
1.41.6
1.8Step Response
Time (sec)
A m p l i t u d e
当T=0.01时的单位响应曲线
00.51 1.52 2.53 3.54
0.20.40.60.811.2
1.41.6
1.8Step Response
Time (sec)
A m p l i t u d e
MATLAB 程序：
T=0.1; t=0:0.1:2; u=t;
sys=tf([0.568,-0.1221,-0.3795],[1,-1.79,1.6,-0.743],T) lsim(sys,u,t,0); grid;
单位斜坡响应曲线：
00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82
0.20.40.60.811.2
1.41.61.8
2Linear Simulation Results
Time (sec)
A m p l i t u d e。