自动控制原理实验指导书

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1、河南机电高等专科学校自动控制原理实验指导书专业：电气自动化技术、计算机控制技术生产过程自动化技术等吴君晓 编2008 年 9 月目录实验一2实验二4实验三6实验四8实验五10实验六12实验七14实验八15实验九17实验一建立MATLAB环境下控制系统数学模型一、实验目的1. 熟悉MATLAB实验环境，掌握MATLAB命令窗口的基本操作。2. 掌握MATLAB建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。3. 掌握使用MATLAB命令化简模型基本连接的方法。二、实验设备和仪器1 计算机2. MATLAB 软件三、实验原理控制系统常用的数学模型有四种：传递函数模型(tf对象)、零极点增益模型(z

2、pk对象)、结构 框图模型和状态空间模型(ss对象)。经典控制理论中数学模型一般使用前三种模型，状态空间模型 属于现代控制理论范畴。1. 传递函数模型(也称为多项式模型)连续系统的传递函数模型为：在MATLAB中用分子、分母多项式系数按s的降幕次序构成两个向量：num = b0 , bl，bm , den = a0 , al，an。用函数tf ()来建立控制系统的传递函数模型，其命令调用格式为：G = tf ( num , den )注意：对于已知的多项式模型传递函数，其分子、分母多项式系数两个向量可分别用 G.num1 与Gden1命令求出。2. 零极点增益模型零极点模型是是分别对原传递函数

3、的分子、分母进行因式分解，以获得系统的零点和极点的表示 形式。式中，K为系统增益，z1, z2,，zm为系统零点，pl, p2,pn为系统极点。在MATLAB 中，用向量z，p, k 构成矢量组z, p, k 表示系统。即 z = zl, z2，,zm ，p = pl,p2,.,pn ，k =k ，用函数命令zpk ()来建立系统的零极点增益模型，其函数调用格式为：G = zpk (z,p,k )3. 控制系统模型间的相互转换零极点模型转换为多项式模型：G=zpk(G)多项式模型转化为零极点模型：G=t f(G)4. 系统反馈连接之后的等效传递函数两个环节反馈连接后，其等效传递函数可用feed

4、back ()函数求得。若G(s)为前向通道的传递函数Gl,H(s)为反馈函数的传递函数G2,则feedback ()函数调用格式为：W = feedback (G1, G2, sign),其中sig n是反馈极性，sig n缺省时，默认为负反馈，sign=T ；正反馈时，sign=1,单 位反馈时，G2 = 1,且不能省略。注意：可以在命令窗口 Command Window直接输入上述命令然后回车来运行，也可以先M建立 文件(如mn.m)，再在命令窗口直接输入文件名字来mn然后回车来运行。四实验内容1. 多项式模型s + 3(1) .已知系统传递函数：G (s)=，建立其多项式模型：1s3

5、+ 2s2 + 2s +1num=1 3;den=1 2 2 1;G1=tf(num,den)(2).已知系统传递函数：G2(s)=3s( s + 1)(s 2 + 4s + 4)建立其多项式模型。s=tf(s);G2=3/(s*(s+1)*(sT+4*s+4)2. 零极点增益模型已知系统传递函数：G3( S )=10( s + 5)(s + 0.5)(s + 2)( s + 3)建立其零极点模型：z=-5;p=-0.5 -2 -3;k=10;G3=zpk(z,p,k)(2).已知系统传递函数：G4( s )=6( s + 2 - j)(s + 2 + j) s (s + 1)(s + 4)(

6、 s 2 + 3)建立零极点模型。3. 控制系统模型间的相互转换s2 + 5s + 6已知系统传递函数G5(s)=爲冃，求其等效的零极点模型。已知系统传递函数Gs)=求其等效的多项式模型。10( s + 5)(s + 0.5)( s + 2)( s + 3)4. 系统反馈连接之后的等效传递函数2s2 + 5s + 65(s + 2)已知系统G(s) =，恥)=F，求负反馈闭环传递函数。num1=2 5 6;den1=1 2 3;G=tf(num1,den1)num2=5 10;den2=1 10;H=tf(num2,den2)W=feedback(GH,-1)或者 W=feedback(G,H

7、)(2) 已知单位负反馈系统的开环传递函数G (s) =21 ，求它的闭环传递函数。s 2 + 2s + 3五. 实验结果分析1. 熟练使用各种函数命令建立控制系统数学模型。2. 完成实验的例题和自我实践，并记录结果。实验二典型环节及其阶跃响应()一、实验目的1. 学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。2. 学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。3. 学习用 MATLAB 仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。二、实验设备和仪器1计算机2. MATLAB/Simulink 软件三、实验原理典型环节的概念对系统建模、分析和研究很有用，但应强

8、调典型环节的数学模型是对各种物理 系统元、部件的机理和特性高度理想化以后的结果，重要的是，在一定条件下， 典型模型的确定能 在一定程度上忠实地描述那些元、部件物理过程的本质特征。1. 模拟典型环节是将运算放大器视为满足以下条件的理想放大器：(1) 输入阻抗为。流入运算放大器的电流为零，同时输出阻抗为零；(2) 电压增益为R：(3) 通频带为R：(4) 输入与输出之间呈线性特性：2. 实际模拟典型环节：(1) 实际运算放大器输出幅值受其电源限制是非线性的，实际运算放大器是有惯性的。(2) 对比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节和振荡环节，只要控制了输入量的大小或 是输入量施加的时间的长短(

9、对于积分或比例积分环节)，不使其输出在工作期间内达到饱和值，则非 线性因素对上述环节特性的影响可以避免。但对模拟比例微分环节和微分环节的影响则无法避免，其 模拟输出只能达到有限的最高饱和值。(3) 实际运算放大器有惯性，它对所有模拟惯性环节的暂态响应都有影响，但情况又有较大的不 同。四、实验内容1. 分别画出比例、惯性、积分、微分、比例+微分和比例+积分的模拟电路图。2. 按下列各典型环节的传递函数，调节相应的模拟电路的参数,观察并记录其单位阶跃响应波形。 比例环节G(S)=1和G2(S)=2 惯性环节G1 (S)=1/(S+1 )和 G2 (S)=1/(0.5S+1) 积分环节G1 (S)

10、= (1/S)和 G2(S) = (1/(0.5S) 微分环节G1 (S)=0.5S和G2 (S)=2S 比例微分环节G1 (S) = (2+S)和G2 (S) = (1+2S) 比例积分环节(PI) G1(S)=(1+1/S)和 G2(S) =2(1+1/2S)3启动MATLAB7.0,进入Simulink后新建文档，分别在各文档绘制各典型环节的结构框图。双 击各传递函数模块，在出现的对话框内设置相应的参数。然后点击工具栏的卜按钮或simulation菜单 下的start命令进行仿真，双击示波器模块观察仿真结果。在仿真时设置各阶跃输入信号的幅度为1，开始时间为0(微分环节起始设为0.5，以便

11、于观察) 传递函数的参数设置为框图的数中值，自己可以修改为其他数值再仿真观察其响应结果。比如，以比例环节为例：比例环节(K=2) MATLAB仿真结构框图如图2-1 (a)所示，仿真响应结果如图2-1 (b)所示。(a)结构框图11输!1J出响应11111 1输入信号1 ii 11Illi46S 10(b)仿真响应结果图2-1 比例环节MATLAB仿真当然，实验也可用程序实现：以惯性环节为例：num=1;den=05 1; G=tf(num,den), step(G)即 可得到响应曲线。五、实验结果分析及结论1. 画出比例、惯性、积分、微分、比例微分、比例积分环节的模电路，并用坐标纸画出各环

12、节的响应曲线。2. 由阶跃响应曲线计算出各环节的传递函数，并与电路计算的结果相比较。3. 写出实验的心得与体会。六、预习思考题1. 一阶系统为什么对阶跃输入的稳态误差为零，而对单位斜坡输入的稳态误差为T?2. 一阶系统各典型环节电路参数对环节特性有什么影响，试说明之。3. 运算放大器模拟各环节的传递函数是在什么情况下推导求得的?4. 积分环节和惯性环节主要差别是什么?惯性环节在什么情况下可近似为积分环节?在什么条 件下可近似为比例环节?5. 如何从其输出阶跃响应的波形中算出积分环节和惯性环节的时间常数。实验三 二阶系统阶跃响应()一、实验目的1. 研究二阶系统的特征参数，阻尼比z和无阻尼自然频

13、率3n对系统动态性能的影响，定量分析Z 和3 n与最大超调量op和调节时间ts之间的关系。2. 进一步学习实验系统的使用3. 学会根据系统的阶跃响应曲线确定传递函数4. 学习用MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。二、实验设备和仪器1计算机2. MATLAB/Simulink 软件三、实验原理典型二阶闭环系统的单位阶跃响应分为四种情况：1. 欠阻尼二阶系统 如图3-1所示，由稳态和瞬态两部分组成：稳态部分等于1，瞬态部分是振荡衰减的过程，振荡角频率为阻尼振荡角频率，其值由阻尼比z和自然振荡角频率3n决定。(1) 性能指标：调节时间ts：单位阶跃响应C(t)进人5%(有时也取2%)误差

14、带，并且不再超出该误差带的最小 时间。超调量。 ;单位阶跃响应中最大超出量与稳态值之比。峰值时间t单位阶跃响应C( t)超过稳态值达到第一个峰值所需要的时间。P :结构参数直接影响单位阶跃响应性能。(2) 平稳性:阻尼比E越小，平稳性越差(3) 快速性：E过小时因振荡强烈，衰减缓慢，调节时间ts长，过大时，系统响应迟钝，调节 时间ts也长，快速性差。2=0.7调节时间最短，快速性最好。2=0.7时超调量。5%,平稳性也好， 故称2=0.7为最佳阻尼比。2. 临界阻尼二阶系统(即=1)系统有两个相同的负实根，临界阻尼二阶系统单位阶跃响应是无超调的，无振荡单调上升的，不 存在稳态误差。3. 无阻尼

15、二阶系统(E=0时)此时系统有两个纯虚根，单位阶跃响应是等幅振荡的，系统不稳定。4. 过阻尼二阶系统(21 )时此时系统有两个不相等的负实根，过阻尼二阶系统的单位阶跃响应无振荡无超调无稳态误差，上 升速度由小加大有一拐点。四、实验内容1启动MATLAB7.0,进入Simulink后新建文档，在文档里绘制二阶系统的结构框图。双击各传递函数模块，在出现的对话框内设置相应的参数。点击工具栏的卜按钮或simulation菜 单下的start命令进行仿真。双击示波器模块观察仿真结果。仿真时，可以分别改变n，的值，得到 系统的阶跃响应，再进行比较分析sn，对系统动态性能的影响，阶跃输入信号幅度为1,起始时

16、间 为0。二阶闭环系统结构框图如图3-2所示（以Z=1,3 n=10为例）。图3-2二阶闭环系统MATLAB仿真结构框图2仿真图3-3所示二阶系统的单位阶跃响应，其中K=1000、7500、150五、实验结果分析及结论1 .画出二阶系统的模拟电路图，并求出参数2、O%的表达式。2. 把不同条件下测量的O%和ts值列表，根据测量结果得出相应结论。3. 画出系统响应曲线，再由ts和o%计算出传递函数，并与由模拟电路计算的传递函数相比较。六、预习思考题1阻尼比和无阻尼、自然频率对系统动态性能有什么影响？2. 阻尼比和自然频率与最大超调量O%和调节时间ts之间有什么关系?3. 如果阶跃输入信号的幅值过

17、大，会在实验中产生什么后果？4. 在电子模拟系统中，如何实现负反馈和单位负反馈？实验四控制系统的稳定性分析.实验目的1. 观察系统的不稳定现象。2. 研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响3学习用MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。二、实验设备和仪器1. 计算机2. MATLAB/Simulink 软件三、实验原理线性系统工作在平衡状态，受到扰动偏离了平衡状态，扰动消失之后，系统又能恢复到平衡状态, 称系统是稳定的。稳定性是系统的固有特性，是扰动消失后系统自身的恢复能力。稳定性只由结构、 参数决定，与初始条件及外作用无关。不稳定的系统是无法正常工作的。稳定性是系统正常工作的首要条

18、件。因此，分析系统的稳定性, 确定使系统稳定工作的条件是研究设计控制系统的重要内容。稳定判据则只要根据特征方程的系数便可判别出特征根是否具有负实部，从而判断出系统是否闭 环稳定。系统闭环稳定的充分必要条件是:特征方程各项系数均大于零。四、实验内容及步骤1启动MATLAB 7.0，进入Simulink后新建文档，在文档里绘制系统的结构框图。双击各传递函 数模块，在出现的对话框内设置相应的参数。点击工具栏的卜按钮或Simula tion菜单下的st ar t命 令进行仿真。双击示波器模块观察仿真结果。系统的结构框图如图4 -1所示。图4-1控制系统MATLAB仿真结构框图2.用程序或simulin

19、k仿真教材中任何你做过的例子。五、实验预习要求1. 实验时若阶跃信号的幅值取得太大，会产生什么问题？2. 系统开环放大系数K和惯性环节时间常数对系统的性能有什么影响?3. 为使系统能稳定地工作，开环增益应适当取小还是取大？六、实验总结报告1. 画出控制系统模拟电路图。2. 画出系统增幅或减幅振荡的波形图。3. 计算系统的临界放大系数，并与实验中测得的临界放大系数相比较。实验五 基于Simulink控制系统稳态误差分析一、实验目的1. 掌握使用Simulink仿真环境进行控制系统稳态误差分析的方法。2. 了解稳态误差分析的前提条件是系统处于稳定状态。3. 研究系统在不同典型输入信号作用下，稳态误

20、差的变化。4. 分析系统在扰动输入作用下的稳态误差。5. 分析系统型次及开环增益对稳态误差的影响。二、实验设备和仪器1计算机2. MATLAB/Simulink 软件三、实验原理系统在不同典型输入信号作用下，稳态误差的有所变化。1. I型单位反馈系统在单位阶跃输入作用下，稳态误差essr = 0,即I型单位反馈系统稳态时 能完全跟踪阶跃输入，是一阶无静差系统。2. I型单位反馈系统在单位斜坡输入作用下，I型系统稳态时能跟踪斜坡输入，但存在一个稳态 位置误差，essr = 1,而且随着系统开环增益的增加，稳态误差减小，故可以通过增大系统开环增益 来减小稳态误差。3. 0型系统在单位阶跃输入作用下

21、，系统稳态时能跟踪阶跃输入，但存在一个稳态位置误差， essr = 0.54.0型系统在单位斜坡输入作用下，系统不能跟踪斜坡输入，随着时间的增加，误差越来越大。5.II型单位反馈系统在单位斜坡输入作用下，系统能完全跟踪斜坡输入，不存在稳态误差,essr =0。因此，系统型次越高，系统对斜坡输入的稳态误差越小，故可以通过提高系统的型次达到降低 稳态误差的效果。四、实验内容1. 研究系统在不同典型输入信号作用下，稳态误差的变化。10K(1) 已知一个单位负反馈系统开环传递函数为G(s)=-，分别作出K=1和K=10时，s(0.1s +1)系统单位阶跃响应曲线并求单位阶跃响应稳态误差。(2)仍然上述

22、系统，将单位阶跃输入信号step改换成单位斜坡输入信号ramp,重新仿真运行, 分别观察K = 0.1和K = 1时，系统单位斜坡响应曲线并求单位斜坡响应稳态误差。2研究系统型别不同，稳态误差的变化。(1)将实验内容1.(1)中的积分环节改换为一个惯性环节，开环增益改为1,系统变成0型 系统，求系统单位斜坡响应曲线并求单位斜坡响应稳态误差。图5-3 Simulink连接图(2)将实验内容1. (1)中开环增益改为1,在其前向通道中再增加一个积分环节，系统变成II型系统。在输入端给定单位斜坡信号，重新仿真运行，在示波器Scope中观察系统响应曲线，可以得Scope 到何种结论。Ramp Gain

23、 Transfer Fcn1Transfer Fcn3. 分析系统在扰动输入作用下的稳态误差。已知系统，若输入信号厂(t) = 1(t)，扰动信号n(t) = 0.11(0，令e(t)=厂(t) c(t)，求系统总的稳态误差。图 5-4 Simulink 连接图五、实验结果分析及结论1. 熟练运用Simulink构造系统结构图。2. 根据实验分析要求，能正确设置各模块参数，实现观测效果。3. 了解稳态误差分析的前提条件是系统处于稳定状态，对于不稳定系统，能够采取相应措施将系 统校正成为稳定系统。4. 系统在不同典型输入信号作用下，稳态误差变化的规律。5. 掌握系统开环增益变化对稳态误差的影响。

24、6. 分析系统在扰动输入作用下的稳态误差。实验六 频率特性的测试一、实验目的1. 掌握频率特性的测试方法。2. 进一步明确频率特性的概念及物理意义。3. 明确控制系统参数对频率特性曲线形状的影响。4. 进一步学习用MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。二、实验设备和仪器1计算机2. MATLAB/Simulink 软件三、实验原理一个稳定的线性系统，在正弦信号的作用下，它的稳态输出将是一个与输入信号同频率的正弦 信号，但振幅和相位一般与输入信号不同，而且随着输入信号的频率变化而变化。在被测系统的输入端加正弦电压，待平稳后，其输出端亦为同频率的正弦电压，但幅值与相位 一般都将发生变化，

25、幅值与相位变化的大小和输入信号的频率相关。取正弦输出与正弦输入的复数比，即为被测系统（或网络）的频率特性。改变输入信号频率，测得该频率对应的输出电压振幅，与相位及输入信号的振幅计算出振幅比， 做出幅频特性和相频率特性曲线。对于参数完全未知的线性稳定系统可以通过实验方法求出其频率特性；我们从学习测试方法的角度，可以对已知的系统测其频率特性；在生产实践中，也常常是对已知的调试完毕的控 制系统确定其实际的频率特性。四、实验内容及步骤启动MATLAB 7.0，进入Simulink后新建文档，在文档里绘制二阶系统的结构框图。双击各传递函数模块，在出现的对话框内设置相应的参数。点击工具栏的卜按钮或Simu

26、lation 菜单下的st art命令进行仿真。双击示波器模块观察仿真结果。系统的结构框如图6-1所示。图6-1频率特性测试MATLAB仿真系统的结构框五、预习思考题1. K1增大时对对数中幅频曲线有何影响？2伯德图能用来判断系统的稳定性及稳定裕度吗？六、实验总结报告1. 画出被测系统的模拟电路图，计算其传递函数，根据传递函数绘制Bode图。2. 把上述测量数据列表；根据此数据画Bode图。3. 分析测量误差。实验七 基于MATLAB控制系统的Nyquist图及其稳定性分析一、实验目的1. 熟练掌握使用MATLAB命令绘制控制系统Nyquist图的方法。2. 能够分析控制系统 Nyquist

27、图的基本规律。3. 加深理解控制系统奈奎斯特稳定性判据的实际应用。4. 学会利用奈氏图设计控制系统。二、实验设备和仪器1计算机2. MATLAB 软件三、实验原理奈奎斯特稳定性判据(又称奈氏判据)： 反馈控制系统稳定的充分必要条件是当从变到时，开环系统的奈氏曲线不穿过点且逆时针包围临界点点的圈数R等于开环传递函数的正实部极点数。奈奎斯特稳定性判据是利用系统开环频率特性来判断闭环系统稳定性的一个判据，便于研究当系 统结构参数改变时对系统稳定性的影响。1. 对于开环稳定的系统，闭环系统稳定的充分必要条件是：开环系统的奈氏曲线不包围点。反之， 则闭环系统是不稳定的。2. 对于开环不稳定的系统，有个开

28、环极点位于右半平面，则闭环系统稳定的充分必要条件是：当 从变到时，开环系统的奈氏曲线逆时针包围点次。四、实验内容1. 绘制控制系统 Nyquist 图给定系统开环传递函数的分子系数多项式num和分母系数多项式den,在MATLAB软件中利用nyquist ( )函数来绘制系统的奈氏曲线，函数调用格式如下。nyquist (num , den)作Nyquist图，角频率向量的范围自动设定，默认的范围为(一g,+w)。(1)系统开环传递函数G(s) =10 ，绘制其Nyquist图。s 2 + 2 s +102. 根据奈氏曲线判定系统的稳定性0.5已知某系统开环传递函数G（s）H（s）= s3 +

29、 22 + s + 0.5 绘制Nyquist图判定系统的稳定性。 注意：为了应用奈氏曲线稳定判据对闭环系统判稳，必须知道G（s）H（s）不稳定根个数p是否为0。可以通过求其特征方程的根roots （）函数求得：D = 1 210.5 ; p= roots （D）五. 实验能力要求1熟练使用MATLAB绘制控制系统Nyquist曲线的方法，掌握函数nyquist （）的三种调用格式，并灵 活运用。2.学会处理奈氏图形，使曲线完全显示从一变化至+8的形状。3. 熟练应用奈氏稳定判据，根据Nyquist图分析控制系统的稳定性。4. 改变系统开环增益或零极点，观察系统Nyquist图发生的变化以及系

30、统稳定性的影响。实验八基于MATLAB控制系统的伯德图及其频域分析（）一. 实验目的1. 熟练掌握运用MATLAB命令绘制控制系统伯德图的方法。2. 了解系统伯德图的一般规律及其频域指标的获取方法。3. 熟练掌握运用伯德图分析控制系统稳定性的方法。二. 实验设备和仪器1计算机2. MATLAB 软件三. 实验原理对数频率稳定性判据的内容为：闭环系统稳定的充分必要条件是当频率从零变化到时，在开环系统对数幅频特性曲线的幅值 为正的频段内（L） 0 ），相频特性穿越的次数为N二N - N二P。其中N为正穿越次数，N+ - + - 为负穿越次数，P为开环传递函数的正实部极点个数。1. 相角裕度对于闭环

31、稳定系统，如果开环相频特性再滞后r度，则系统将变为临界稳定。当r 0时，相角 裕度为正，闭环系统稳定。当r=0时，表示奈氏曲线恰好通过（-1, j0）点，系统处于临界稳定状 态。当r 0时，闭环系统稳定。当K (dB)二0时，系统处于临界稳定状态。当K (dB) 0，闭环g g g系统不稳定。四. 实验内容1. 绘制连续系统的伯德图格式一：bode (num, den)在当前图形窗口中直接绘制系统的Bode图，角频率向量3的范围自动设定。格式二：bode (num , den , w)用于绘制的系统Bode图，co为输入给定角频率，用来定义绘制Bode图时的频率范围或者频率点。 3为对数等分，

32、用对数等分函数logspace ()完成，其调用格式为：logspace (dl, d2, n)，表示将变量3作对数等分，命令中d1，d2为10d110d2之间的变量范围， n 为等分点数。格式三：mag , phase , w = bode (mun , den)返回变量格式不作图，计算系统Bode图的输出数据，输出变量mag是系统Bode图的幅值向量， 注意此幅值不是分贝值，须用magdb=20*log (mag)转换；phase为Bode图的幅角向量，单位为()； o是系统Bode图的频率向量，单位是rad/s。(1) .已知控制系统开环传递函数，绘制其Bode图。G (s) H (s)

33、 =10 -s 2 + 2s +102. 计算系统的稳定裕度，包括幅值裕度Gm和相位裕度Pm。函数margin ()可以从系统频率响应中计算系统的稳定裕度及其对应的频率。格式一： margin( num , den)给定开环系统的数学模型，作Bode图，并在图上标注幅值裕度Gm和对应频率3g，相位裕度Pm 和对应的频率3C。格式二： Gm , Pm , 3 g , wc = margin( num , den) 返回变量格式，不作图。格式三： Gm , Pm , 3 g , wc = margin( m , p , w)给定频率特性的参数向量：幅值m、相位p和频率3,由插值法计算Gm及3 g、

34、Pm及3 c。(1) 已知单位负反馈系统的开环传递函数， 求系统的稳定裕度 。s( s + l)(s + 2)3. 系统对数频率稳定性分析(1)系统开环传递函数，试分析系统的稳定性。Ks (0.5 s + 1)(0.1s +1)五. 实验能力要求1.熟练使用MATLAB绘制控制系统伯德图的方法，掌握函数bode ( )和margin ()的三种调用格式, 并灵活运用。2学会根据系统伯德图，作渐近处理，建立系统数学模型。3. 熟练应用对数频率稳定判据，根据伯德图分析控制系统的稳定性。4. 分析系统开环增益、零极点的变化对系统稳定裕度指标的影响。实验九 线性连续系统校正一、实验目的1. 熟悉串联校

35、正装置对线性系统稳定性和动态特性的影响。2. 掌握用SIMULINK设计串联校正装置并进行仿真的方法。二、实验设备和仪器1. 计算机2. MATLAB 软件三、实验原理校正前系统的原理方块图：见图9-1所示C(s)图9-1未校正系统的方框图由闭环传函40(dn = 6.320.15S= 60%= As前态误差系数乞=20要求设计串联校正装置，使系统满足下述性能指标:Mp 25%弋 20 1A由理论推导(可参照有关自控原理书)得，校正网络传递函数为:0.帘+ 10曲十1所以校正后的方块图如图9-2所示:四、实验内容1. Simulink的基本操作(1) 运行 Simulink(2) 常用的标准模

36、块(3) 模块的操作2. 系统仿真及参数设置(1) 算法设置(Solver)(2) 工 作空间设置(Workspace I/O)3. 系统校正(1) 观测未校正系统的稳定性和动态特性。(2) 按动态特性要求设计串联校正装置。(3) 观测加串联校正装置后系统的稳定性和动态特性，并观测校正装置参数改变对系统性能的 影响。五、实验步骤1. 用 SIMULINK 进行仿真，观测未校正系统的稳定性和动态特性，并求出系统的各个性能指标 并画出相应的仿真曲线。2. 用 SIMULINK 进行仿真，观测校正后系统的稳定性和动态特性，并求出系统的各个性能指标 并画出相应的仿真曲线。六. 实验总结报告1.计算校正前各个性能指标，设计校正网络，并计算校正后系统的性能指标是否满足要求。2.将仿真结果与理论分析比较，指出其中的不同及其原因。3. 写出实验的心得与体会。