控制系統(tǒng)的暫態(tài)特性分析

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1、實(shí)驗(yàn)二控制系統(tǒng)的暫態(tài)特性分析一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)和掌握利用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)求解和仿真的方法。2.考察二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)，研究二階系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)特性的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理1.系統(tǒng)暫態(tài)性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的暫態(tài)特性指標(biāo)常以一組時(shí)域量值的形式給出，這些指標(biāo)通常由系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)定義出來(lái)，這些指標(biāo)分別為：(1)延遲時(shí)間：響應(yīng)曲線首次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的50%所需的時(shí)間(2)上升時(shí)間：響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需要的時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)于欠阻尼系統(tǒng)，通常指響應(yīng)曲線首次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間(3)峰值時(shí)間：響應(yīng)曲線第一次到達(dá)最大值的時(shí)間(4)調(diào)整時(shí)間：響應(yīng)曲線開(kāi)始進(jìn)入并保持在允許的誤差范圍內(nèi)所需

2、要的時(shí)間(5)超調(diào)量：響應(yīng)曲線的最大值和穩(wěn)態(tài)值之差，通常用百分比表示為在MATLAB中求取單位階躍響應(yīng)的函數(shù)為step,其使用方法如下：step(sys)在默認(rèn)的時(shí)間范圍內(nèi)繪出系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)域波形step(sys,T)繪出系統(tǒng)在0—T范圍內(nèi)響應(yīng)的時(shí)域波形step(sys,ts:tp:te)繪出系統(tǒng)在ts-te范圍內(nèi)，以tp為時(shí)間間隔取樣的響應(yīng)波形[y,t]=step(...)該調(diào)用格式不繪出響應(yīng)波形，而是返回響應(yīng)的數(shù)值向量及其對(duì)應(yīng)的時(shí)間向量。系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標(biāo)可以根據(jù)上述定義，在響應(yīng)曲線上用鼠標(biāo)讀取關(guān)鍵點(diǎn)或通過(guò)搜索曲線對(duì)應(yīng)的數(shù)值向量中關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)確定。2.LTIViewer工具在MATLAB中提

3、供了線性時(shí)不變系統(tǒng)仿真的工具LTIViewer,可以方便地觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線和性能指標(biāo)。在命令窗口中鍵入ltiview即可啟動(dòng)LTIViewer。（1）【File】菜單Import選項(xiàng)：可以從Workspace或MAT文件中導(dǎo)入系統(tǒng)模型。Export選項(xiàng)：將當(dāng)前窗口中的對(duì)象模型保存到Workspace或文件中。Toolboxpreference選項(xiàng)：屬性設(shè)置功能，可以設(shè)置控制系統(tǒng)中得各種屬性值。PageSetup選項(xiàng)：頁(yè)面設(shè)置功能，可以對(duì)打印輸出和顯示頁(yè)面進(jìn)行設(shè)置。（2）【Edit】菜單PlotConfiguration選項(xiàng)：對(duì)顯示窗口及顯示內(nèi)容進(jìn)行配置。LineStyle選項(xiàng)：線型設(shè)置功

4、能，可以對(duì)輸出響應(yīng)曲線的線型進(jìn)行設(shè)置。ViewerPreference選項(xiàng)：對(duì)當(dāng)前窗口的坐標(biāo)、顏色、字體、響應(yīng)曲線的特性參數(shù)等屬性進(jìn)行設(shè)置。（3）右鍵菜單在運(yùn)行界面上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，將會(huì)彈出一個(gè)彈出式菜單，菜單上個(gè)選項(xiàng)的功能分別為：PlotTypes:選擇繪制的系統(tǒng)曲線類型，可選的類型有單位階躍響應(yīng)、單位沖擊響應(yīng)、波特圖、奈奎斯特圖、零極點(diǎn)圖等。System:選擇需要仿真的系統(tǒng)。Characteristic:系統(tǒng)的性能指標(biāo)選項(xiàng)。Grid:顯示和關(guān)閉網(wǎng)格。Normalize:正常顯示模式。FallView:滿界面顯示模式。Properties:性能編輯器選項(xiàng)，可以設(shè)置畫(huà)面的標(biāo)題、坐標(biāo)標(biāo)志、坐標(biāo)

5、范圍、線型、顏色、性能指標(biāo)等。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)前向通道的傳遞函數(shù)為試用MATLAB繪制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)代碼及實(shí)驗(yàn)結(jié)果>>num=[80];>>den=[120];>>G=tf(num,den)*建立系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型Transferfunction:80---------s^2+2s>>T=feedback(G,1)Transferfunction:80--------------s^2+2s+80>>step(T)*繪制單位階躍響應(yīng)曲線2.已知二階系統(tǒng)（1）=0.6，=5，試用MATLAB繪制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線，并求取系統(tǒng)的暫態(tài)性能指標(biāo)。（2）=1，從0變化

6、到2，求此系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。（3）=0.5，從0變化到1（0），求此系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。（4）觀察上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析這兩個(gè)特征參數(shù)對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)特性的影響。(1)實(shí)驗(yàn)代碼及實(shí)驗(yàn)結(jié)果：>>num=[25];>>den=[1625];>>G=tf(num,den)Transferfunction:25--------------s^2+6s+25>>ltiview結(jié)論：延遲時(shí)間：0.2716上升時(shí)間：0.371峰值時(shí)間：1.09調(diào)整時(shí)間：1.19超調(diào)量：9.48%（2）=0時(shí)>>num=[1];>>w=1;>>cs=0;>>den=[12*w*cs1];>>G=tf(num,den)Transf

7、erfunction:1-------s^2+1>>step(G)=0.5時(shí)>>num=[1];>>w=1;>>cs=0.5;>>den=[12*w*cs1];>>G=tf(num,den)Transferfunction:1-----------s^2+s+1>>step(G)從0.6變化到2時(shí)（每次增加0.1）>>w=1;>>num=[1];>>forcs=0.6:0.1:2*設(shè)置的變化den=[12*w*cs1];