南邮自动控制原理实验报告.docx

【自动控制原理实验报告】 本实验报告主要围绕自动控制系统的时域分析展开，涉及的实验内容包括系统的时域响应、根轨迹分析、频率响应和稳定性讨论，以及串联校正等核心概念。实验目的是通过实际操作加深对自动控制系统理论的理解，掌握时间响应分析的方法，并了解系统调整的过程。 实验一：掌握系统的时域分析 1. 试验目的： - 观察并记录系统在时域中的响应特性。 - 获取单位阶跃响应曲线，这是分析系统动态性能的重要依据。 - 学习并应用时间响应分析的基本方法。 - 初步理解自动控制系统的调整过程，如超调、调节时间和稳定性的变化规律。 2. 实验步骤： - 使用Matlab作为仿真工具，通过命令窗口执行相关指令。 - 使用特定的Matlab函数，如`tf`创建传递函数模型，`step`绘制单位阶跃响应，`impulse`绘制单位脉冲响应。 3. 实验结果： - 分析了一阶系统的时域响应，观察了不同时间常数下系统对脉冲、阶跃、斜坡和单位加速度输入的响应。发现时间常数T的变化会影响系统的响应速度和稳定性。 - 对二阶系统进行了深入研究，通过改变阻尼比ζ和自然频率ωn，分析了这两个参数对单位阶跃响应的影响。发现： - 当ζ=0时，系统为无阻尼振荡，响应具有持续的振荡。 - ζ介于0和1之间时，系统为欠阻尼，响应表现为衰减振荡。 - ζ大于1时，系统为过阻尼，响应不再包含振荡成分。 - 同时，通过调整自然频率，观察到自然频率与阻尼比对阶跃响应幅值的直接影响，即自然频率越小，阻尼比越小，响应幅值越大。 实验二至四涉及线性系统的根轨迹讨论、系统的频率响应和稳定性讨论，以及连续系统的串联校正，这些部分旨在进一步理解系统的动态行为、稳定性和校正策略。通过根轨迹分析，可以直观地看出系统极点位置的变化如何影响系统性能；频率响应则反映了系统对不同频率输入信号的响应特性，是判断系统稳定性、快速性和精度的重要手段。串联校正是通过添加额外的控制器，以改善系统性能指标，如减少超调、缩短调节时间等。 总结，本实验报告详尽地介绍了自动控制原理中的基本概念和分析方法，通过实际操作使学生能够熟练运用Matlab进行系统分析，理解并掌握控制系统的时间域特性及其对系统性能的影响。这对于提升学生的专业技能和未来在自动控制领域的事业发展具有重要意义。