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毕业设计二阶系统时域响应特性的实验研究

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二阶系统时域响应特性的实验研究 一、实验目的: 1. 学*并掌握利用 MATLAB 编程*台进行控制系统复数域和频率域仿真的方法。 2. 通过仿真实验研究并总结 PID 控制规律及参数对系统特性影响的规律。 3. 实验研究并总结 PID 控制规律及参数对系统根轨迹、频率特性影响的规律,并总结系统特 定性能指标下根据根轨迹图、频率响应图选择 PID 控制规律和参数的规则。 实验任务: 自行选择被控对象模型及参数,设计实验程序及步骤仿真研究分别采用比例(P)、比例积分 (PI)、比例微分(PD)及比例积分微分(PID)控制规律和控制参数(Kp、KI、KD)不同变化时 控制系统根轨迹、频率特性和时域阶跃响应的变化,总结 PID 控制规律及参数对系统特性、系统 根轨迹、系统频率特性影响的规律。 在此基础上总结在一定控制系统性能指标要求下,根据系统根轨迹图、频率响应图选择 PID 控 制规律和参数的规则。 实验要求: 1. 分别选择 P、PI、PD、PID 控制规律并给定不同的控制参数,求取系统根轨迹、频率特性、 时域阶跃响应。通过绘图展示不同控制规律和参数系统响应的影响。按照不同控制规律、不同参 数将根轨迹图、频率响应图和时域响应图绘制同一幅面中。 2. 通过根轨迹图、频率响应图和时域响应图分别计算系统性能指标并列表进行比较,总结 PID 控制规律及参数对系统特性、系统根轨迹、系统频率特性影响的规律。 3. 总结在一定控制系统性能指标要求下,根据系统根轨迹图、频率响应图选择 PID 控制规律 和参数的规则。 4. 全部采用 MATLAB *台编程完成。 二阶系统时域响应特性的实验研究 三、涉及实验的相关情况介绍(包含实验软件、实验设备、实验方案设计等情况): 构建一个二阶系统,T(s ) ? s2 kp ? 5s ? , 6 1、比例(P)控制,设计参数 Kp 使得系统处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态,并在根轨迹 图上选择三种阻尼情况的 Kp 值,同时绘制对应的阶跃响应曲线,确定三种情况下系统性能指标随 参数 Kp 的变化情况。总结比例(P)控制的规律。 2、比例积分(PI)控制,设计参数 Kp、KI 使得由控制器引入的开环零点分别处于 1)被控对象两个极点的左侧; 2)被控对象两个极点之间; 3)被控对象两个极点的右侧(不进入右半*面)。 分别绘制三种情况下的根轨迹图,在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数;通过绘制对 应的系统阶跃响应曲线,确定三种情况下系统性能指标随参数 Kp 和 KI 的变化情况。总结比例积 分(PI)控制的规律。 3、比例微分(PD)控制,设计参数 Kp、KD 使得由控制器引入的开环零点分别处于: 1)被控对象两个极点的左侧; 2)被控对象两个极点之间; 3)被控对象两个极点的右侧(不进入右半*面)。 分别绘制三种情况下的根轨迹图,在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数;通过绘制对 应的系统阶跃响应曲线,确定三种情况下系统性能指标随参数 Kp 和 KD 的变化情况。总结比例积 分(PD)控制的规律。 4、比例积分微分(PID)控制,设计参数 Kp、KI、KD 使得由控制器引入的两个开环零点分别处 于: 实轴上:固定一个开环零点在被控对象两个开环极点的左侧,使另一个开环零点在被控对象的两 个极点的左侧、之间、右侧(不进入右半*面)移动。分别绘制三种情况下的根轨迹图,在根轨 迹图上确定主导极点及控制器的相应参数;通过绘制对应的系统阶跃响应曲线,确定三种情况下 系统性能指标随参数 Kp、KI 和 KD 的变化情况。 2)复*面上:分别固定两个共轭开环零点的实部(或虚部),让虚部(或实部)处于三个不同位 置,绘制根轨迹图并观察其变化;在根轨迹图上选择主导极点,确定相应的控制器参数;通过绘 制对应的系统阶跃响应曲线,确定六种情况下系统性能指标随参数 Kp、KI 和 KD 的变化情况。 综合以上两类结果,总结比例积分微分(PID)控制的规律。; 二阶系统时域响应特性的实验研究 四、实验结果(含实验仿真程序、仿真曲线、数据记录表格及实验规律分析与总结等,可附页): (一)研究采用比例控制对系统的影响 kp 分别取为过阻尼、欠阻尼、临界阻尼; 1、程序 clc; p=[1] q=[1 5 6] figure(1); rlocus(p,q) kp = rlocfind(p,q) k2=rlocfind(p,q) k3=rlocfind(p,q) gtext('过阻尼'); gtext('欠阻尼'); gtext('临界阻尼'); title('比例控制'); figure(2); sys=tf(conv(p,kp),q); y=feedback(sys,1) subplot(3,1,1) step(y); title('过阻尼');hold on; figure(3); subplot(3,1,1); bode(y); title('过阻尼');hold on; sys2=tf(conv(p,k2),q); y2=feedback(sys2,1) figure(2); subplot(3,1,2) step(y2); title('欠阻尼'); figure(3); subplot(3,1,2); bode(y2); title('欠阻尼');hold on; sys3=tf(conv(p,k3),q); y3=feedback(sys3,1) figure(2); subplot(3,1,3) step(y3); title('临界阻尼'); figure(3); subplot(3,1,3); bode(y3); title('临界阻尼');hold on; 2、图形(仿真曲线) 2.1 根轨迹图 二阶系统时域响应特性的实验研究 2.2 阶跃响应 二阶系统时域响应特性的实验研究 2.3 频率响应图 3.结论 在过阻尼时,随着kp的增大,系统


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