控制系統(tǒng)的暫態(tài)特性分析

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1、實(shí)驗二控制系統(tǒng)的暫態(tài)特性分析一.實(shí)驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)和掌握利用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)時域響應(yīng)求解和仿真的方法。2.考察二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)，研究二階系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)暫態(tài)特性的影響。二、實(shí)驗原理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，這些指標(biāo)分別為：(1)延遲時間：響應(yīng)曲線首次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的50%所需的時間(2)上升時間：響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需要的時間長，對于欠阻尼系統(tǒng)，通常指響應(yīng)曲線首次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值所需要的時間(3)峰值時間：響應(yīng)曲線第一次到達(dá)最大值的時間(4)調(diào)整時間：響應(yīng)曲線開始進(jìn)入并保

2、持在允許的誤差范圍內(nèi)所需要的時間(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)的時間范圍內(nèi)繪出系統(tǒng)響應(yīng)的時域波形step(sys,T)繪出系統(tǒng)在0—T范圍內(nèi)響應(yīng)的時域波形step(sys,ts:tp:te)繪出系統(tǒng)在ts-te范圍內(nèi)，以tp為時間間隔取樣的響應(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)值向量及其對應(yīng)的時間向量。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)或通過搜索曲線對應(yīng)的數(shù)值向量中關(guān)鍵點(diǎn)來確

3、定。2.LTIViewer工具在MATLAB中提供了線性時不變系統(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LTIViewer。（1）【File】菜單Import選項：可以從Workspace或MAT文件中導(dǎo)入系統(tǒng)模型。Export選項：將當(dāng)前窗口中的對象模型保存到Workspace或文件中。Toolboxpreference選項：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：頁面設(shè)置功能，可以對打印輸出和顯示頁面進(jìn)行設(shè)置。（2）【Edit】菜單PlotConfiguratio

4、n選項：對顯示窗口及顯示內(nèi)容進(jìn)行配置。LineStyle選項：線型設(shè)置功能，可以對輸出響應(yīng)曲線的線型進(jìn)行設(shè)置。ViewerPreference選項：對當(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，將會彈出一個彈出式菜單，菜單上個選項的功能分別為：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。Grid:顯示和關(guān)閉網(wǎng)格。Normalize:正常顯示模式。FallV

5、iew:滿界面顯示模式。Properties:性能編輯器選項，可以設(shè)置畫面的標(biāo)題、坐標(biāo)標(biāo)志、坐標(biāo)范圍、線型、顏色、性能指標(biāo)等。三、實(shí)驗內(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)驗代碼及實(shí)驗結(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

6、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)驗結(jié)果，分析這兩個特征參數(shù)對系統(tǒng)暫態(tài)特性的影響。(1)實(shí)驗代碼及實(shí)驗結(jié)果：>>num=[25];>>den=[1625];>>G=tf(num,den)Transferfunction:25--------------s^2+6s+25>>ltiview結(jié)論：延遲時間：0.2716上升時間：0.371峰值時間：1.09調(diào)整時間：1.19超調(diào)量：

7、9.48%（2）=0時>>num=[1];>>w=1;>>cs=0;>>den=[12*w*cs1];>>G=tf(num,den)Transferfunction:1-------s^2+1>>step(G)=0.5時>>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（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];