自动控制MATLAB仿真作业
大学
《自动控制原理》分析与设计
仿真实验报告
院系：电气工程与信息工程学院
班级：
姓名：
学号：
时间：20 年月日
电气工程与信息工程学院
《自动控制原理》分析与设计仿真实验任务书（2013）
一、仿真实验内容及要求
1．软件
要求学生通过课余时间自学掌握软件的基本数值运算、基本符号运算、基本程序设计方法及常用的图形命令操作；熟悉仿真集成环境的使用。 2．各章节实验内容及要求
1）第三章 线性系统的时域分析法
? 对教材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；
? 对教材P136.3-9系统的动态性能及稳态性能通过的仿真进行分析，说明不同控制器
的作用；
? 在环境下完成英文讲义P1533.3。
? 对英文讲义中的循序渐进实例“ ”，在100=a K 时，试采用微分反馈使系统性能
满足%5%,σ<3
250,510s ss t ms d -≤
2）第四章 线性系统的根轨迹法
? 在环境下完成英文讲义P1574.5； ? 利用绘制教材P181.4-5-(3）；
? 在环境下选择完成教材第四章习题4-10或4-18，并对结果进行分析。
3）第五章 线性系统的频域分析法
利用绘制本章作业中任意2个习题的频域特性曲线； 4）第六章 线性系统的校正
? 利用选择设计本章作业中至少2个习题的控制器，并利用系统的单位阶跃响应说明
所设计控制器的功能。
? 对英文讲义中的循序渐进实例“ ”，试采用控制使系统的性能满足给定的设计指
标ms t s 150%,5%<<σ。 5）第七章 线性离散系统的分析与校正
? 利用完成教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证。 ? 利用完成教材P385.7-25的控制器的设计及验证。
? 对英文讲义中的循序渐进实例“ ”进行验证，计算D(z)=4000时系统的动态性能
指标，说明其原因。
二、仿真实验时间安排及相关事宜
1．依据课程教学大纲要求，仿真实验共6学时，教师可随课程进度安排上机时间，学生须在实验之前做好相应的准备，以确保在有限的机时内完成仿真实验要求的内容； 2．实验完成后按规定完成相关的仿真实验报告； 3．仿真实验报告请参照有关样本制作并打印装订。
自动化系《自动控制原理》课程组
3-5 单位反馈系统的开环传递函数为
0.41
()
(0.6)
s
G s
s s
+
=
+该系统
的阶跃响应曲线如下图所示，其中虚线表示忽略闭环零点时的阶跃响应曲线.
解：程序代码及结果如下：
[0.4 1];
[1 0.6 0];
[1][1];
[11]()
1(11);
2=[1];
2=[1 1 1]
2(22)
0:0.05:11;
(1)
(1)
(2);
(2)
(1,'r'2,'');
([0 11],[1.035 1.035],'c:')
([0 11],[0.965 0.965],'c:')
;
('t')('c(t)')('阶跃响应');
Time (seconds)
t (seconds)
12345678910
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
间，但是同时也增大了超调量，所以，在选择系统的时候应该同时考虑减小响应时间和减小超调量。并在一定程度上使二者达到平衡，以满足设计需求。
3-9 测速反馈校正系统控制系统，比例-微分校正系统要求：（1）取T1=0，T2=0.1；2）取T1=0.1，T2=0；试分析在不同控制器下的系统的调节时间，超调量，速度误差。
解：程序代码及结果如下：
程序如下，
1=[10];
1=[1 2 10];
1(11);
2=[1 10];
2=[1 2 10];
2(22);
0=[10];
0=[1 1 10];
0(00);
0:0.005:7;
(1)
(0);
(1);
(2);
(2)
(0,'r'1,''2,'k:');
([0 11],[1.035 1.035],'c:')
([0 11],[0.965 0.965],'c:')
;
('t')('c(t)')('阶跃响应');
不同控制器下的单位阶跃响应曲线如下图所示，其中红色实线为没有任何改善的系统的阶跃响应，黑色点线为比例-微分校正系统的单位阶跃响应曲线，蓝色虚线为测速反馈校正系统的阶跃响应。
Time (seconds)
01234567
t (seconds)
0.10.20.3
0.40.50.60.70.80.91
00.20.40.60.8
1
1.2
1.4
Time (seconds)
d a t a
Time Series Plot:
峰值时间1.05，比例-微分校正系统中（点线），其峰值为1.37，峰值时间0.94，对比以上两个曲线可明显看出，测速校正控制器可以明显降低系统的峰值及超调量，但是会增加系统的调节时间；而比例-微分控制器能缩短系统的调节时间，但是会增加系统的超调量，所以针对不同的系统要求应采用不同的控制器，使系统满足设计需求。
E3.3 系统的开环传递函数为()
26205
()131281G s s s s =
++
;
a (s)=1／ (s) .
c(t) .
解程序文本及结果如下 [6205];
[1 13 1281 0]; [1]; [1]; []() (); () ()
0:0.0005:3; (1) (); ;
('t')('c(t)')(' 阶跃响应'); (2) ();
(3) ();
('j')('1')(' 零极点分布图')；
阶跃响应
t (seconds)
P ole-Zero Map
Real Axis (seconds -1)
-6
-5-4
-3-2-10
Real Axis (seconds -1)