MATLAB已知系统开环传递函数为K/(s*(s+4)*(s^2+4*s+20)),观察阻尼为0.707时的K值,并绘制阻尼为0.707时的闭环系统的阶跃响应曲线
时间: 2024-12-20 20:15:49 浏览: 18
MATLAB中的系统分析通常涉及数字信号处理和控制系统设计。给定的开环传递函数是一个典型的第二阶系统,形式上可以写成:
\[ G(s) = \frac{K}{s(s+4)(s^2 + 4s + 20)} \]
当系统阻尼(damping ratio)为0.707,这是一个特定的临界情况,对应于自然频率(natural frequency)下衰减率(decay rate)为-1的情况,即所谓的 Critically Damped System(临界阻尼)。在这种条件下,开环增益K可以通过以下公式计算:
\[ K = \frac{-\zeta \omega_n^2}{1 - \zeta^2} \]
其中,\(\zeta\) 是阻尼比,\(\omega_n\) 是自然频率(对于这个二次多项式,根轨迹法会给出 \(\omega_n = 2\)),代入0.707得到:
\[ K = \frac{-0.707 \times (2)^2}{1 - (0.707)^2} \]
计算这个表达式的数值后,我们才能确定所需的K值。
至于绘制阶跃响应曲线,我们可以使用`step`函数,假设已经得到了K的值,代码可能如下所示:
```matlab
% 定义阻尼和自然频率
zeta = 0.707;
wn = 2;
% 计算K值
K = (-zeta * wn^2) / (1 - zeta^2);
% 构建闭环传递函数
sys_clb = tf(K, [1 4 0 20]);
% 绘制阶跃响应曲线
t = 0:0.01:5; % 时间向量
y = step(sys_clb, t);
plot(t, y), title('Critically Damped System Step Response with K = ...'), xlabel('Time (s)'), ylabel('Amplitude')
```
在这里,省略了具体的K值,因为在实际运行MATLAB脚本之前你需要计算它。运行上述代码后,你会看到阻尼为0.707时闭环系统的阶跃响应曲线。
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