系统仿真综合实验指导书(cekong2010)(5)

控制系统仿真实验指导

实验二 经典控制系统分析

实验目的

以MATLAB及Simulink为工具，对控制系统进行时域、频域及根轨迹分析。

实验原理

1、 时域分析法是根据系统的微分方程（或传递函数），利用拉普拉斯变换直接解出动态方

程，并依据过程曲线及表达式分析系统的性能。时域响应指标如图1所示。

图1 典型的系统时域响应指标表示

延迟时间td，指响应曲线第一次达到其终值一半所需要的时间。 上升时间tr，指响应曲线从终值10%上升到终值90%所需要的时间；对于有振荡的系统，也可定义为响应从零第一次上升到终值所需要的时间。上升时间是系统响应速度的一种度量。

峰值时间tp，指响应超过终值达到第一个峰值所需要的时间。

调节时间ts，指响应达到并保持在终值±5%（或±2%）内所需要的时间。 超调量σ%，指响应的最大偏离量h(tp)与终值h(∞)之差的百分比，即：

%

h(tp) h( )

100%

h( )

稳态误差，描述系统稳态性能的一种性能指标。

2、 频域分析法通常从频率特性出发对系统进行研究。在工程分析和设计中，通常把频率特

性画成一些曲线，从频率特性曲线出发进行研究。这些曲线包括幅频特性和相频特性曲线，幅相频率特性曲线，对数频率特性曲线以及对数幅相曲线等，其中以幅相频率特性曲线，对数频率特性曲线应用最广。对于最小相位系统，幅频特性和相频特性之间存在着唯一的对于关系，故根据对数幅频特性，可以唯一地确定相应的相频特性和传递函数。根据系统的开环频率特性去判断闭环系统的性能，并能较方便地分析系统参量对系统性能的影响，从而指出改善系统性能的途径。

3、 根轨迹是求解闭环系统特征根的图解方法。由于控制系统的动态性能是由系统闭环零极

点共同决定，控制系统的稳定性由闭环系统极点唯一确定，利用根轨迹确定闭环系统的

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