MATLAB控制系统的仿真与性能分析

"MATLAB语言用于控制系统仿真的实践任务，涉及单位阶跃、斜坡、加速度输入的稳态误差计算以及系统稳定性分析。通过Ziegler-Nichols整定法确定控制器参数，并进行P、PI、PID控制器的性能比较。同时，要求设计串联超前校正网络以满足特定性能指标。" MATLAB是一种广泛应用于科学计算、图像处理和控制系统设计的高级编程环境。在控制系统领域，MATLAB提供了强大的Simulink工具箱，允许用户构建、模拟和分析各种动态系统，包括闭环控制系统。 本任务首先要求学生在MATLAB命令窗口中建立一个单位负反馈控制系统的模型，其前向通道传递函数由两个简单环节并联组成。接着，需要绘制并分析单位阶跃响应曲线，计算时域性能指标，如上升时间、超调量、调节时间和峰值时间。此外，还需要在Simulink模型窗口中实现这一过程，并进一步分析系统的稳定性。 如果系统被证实是稳定的，接下来的步骤是计算在不同输入信号（单位阶跃、单位斜坡、单位加速度）下的稳态误差。稳态误差是衡量系统跟踪期望输出能力的重要指标，对于不同的输入类型，稳态误差可能有所不同。 在第二个部分，给定一个特定的前向通道传递函数，任务要求对比不同增益K对系统性能的影响，通过绘制响应曲线来直观展示这种变化。 Ziegler-Nichols整定法则是一种经典的控制器参数设置方法，适用于PID控制器的设计。学生需要应用这个法则来确定P、PI和PID控制器的参数，并在同一图中展示三种控制器的单位阶跃响应，同时进行简单的性能比较。 最后的任务是设计一个串联超前校正网络，目的是确保在单位斜坡输入下位置稳态误差小于等于0.1rad，同时满足开环系统截止频率、相角裕度和幅值裕度的要求。这通常需要运用校正网络设计方法，如rltool工具，或者编写相应的MATLAB代码来实现。 这个MATLAB控制系统的实践作业涵盖了传递函数建模、系统稳定性分析、控制器参数整定以及校正网络设计等多个核心概念，旨在强化学生的理论知识和实际操作技能。