机械工程控制基础仿真实验

1、河南理工大学机械学院 机械工程控制基础机械工程控制基础 主讲教师：张业明 QQ:403597998 Tel: 158 3890 2797 (zym123) 河南理工大学机械学院 河南理工大学机械学院 机械工程控制基础机械工程控制基础 仿真实验仿真实验 实验实验1、控制系统的时域分析、控制系统的时域分析 实验实验2、控制系统的频域分析和稳定性分析、控制系统的频域分析和稳定性分析 拓展实验：基于拓展实验：基于Simulink的控制系统建模与仿真的控制系统建模与仿真 河南理工大学机械学院 一、实验要求一、实验要求 l学会用学会用Matlab进行控制系统的时域分析进行控制系统的时域分析 二、实验目的二

2、、实验目的 l1掌握控制系统的时域分析方法。掌握控制系统的时域分析方法。 三、实验装置：三、实验装置：Matlab软件。软件。 实验实验1、控制系统的时域分析、控制系统的时域分析 河南理工大学机械学院 河南理工大学机械学院 clear all num=3,2,5,4,6; den=1,3,4,2,7,2; sys=tf(num,den); step(num,den) z,p,k = tf2zp(num,den) pzmap(sys) %p=pole(sys) %z=zero(sys) %p,z=pzmap(sys) p=roots(den); 河南理工大学机械学院 clear all wn=6

3、; kosi=0.1,0.2,0.707,1.0,2.0; hold on for kos=kosi num=wn.2; den=1,2*kos*wn,wn.2; step(num,den) %impulse(num,den) end 河南理工大学机械学院 G1=tf(1 2 4,1 10 5 4);G2=tf(3 2,2 7 2); impulse(G1,ro,G2,b*) 河南理工大学机械学院 2 50 ( ) 0.05(1 50 )50 G s ss P115和p99页的例3，第三章 例 已知系统的传递函数为： 求系统在时间常数不同取值时的单位脉冲响应、 单位阶跃响应和任意输入响应。 河

4、南理工大学机械学院 %program 1 clear all; t=0:0.01:0.8; % nG=50; tao=0;dG=0.05 1+50*tao 50;G1=tf(nG,dG); tao=0.0125;dG=0.05 1+50*tao 50;G2=tf(nG,dG); tao=0.025;dG=0.05 1+50*tao 50;G3=tf(nG,dG) % y1,T=impulse(G1,t);y1a,T=step(G1,t); y2,T=impulse(G2,t);y2a,T=step(G2,t); y3,T=impulse(G3,t);y3a,T=step(G3,t); % su

5、bplot(121),plot(T,y1,-,T,y2,-.,T,y3,-) legend(tao=0,tao=0.0125,tao=0.025) xlabel(t(sec),ylabel(x(t);grid on; subplot(122),plot(T,y1a,-,T,y2a,-.,T,y3a,-) legend(tao=0,tao=0.0125,tao=0.025) grid on;xlabel(t(sec),ylabel(x(t); 系统在时间常数不同取值时的单位脉冲响应、单位阶 跃响应 河南理工大学机械学院 河南理工大学机械学院 %program 2 clear all; t=0:0

6、.01:1;u=sin(2*pi.*t); % tao=0.025; nG=50;dG=0.05 1+50*tao 50;G=tf(nG,dG); % y=lsim(G,u,t); % plot(t,u,-.,t,y,-,t,u-y,-.,linewidth,1) legend(u(t),xo(t),e(t) grid;xlabel(t(sec),ylabel(x(t); 求任意输入函数 如sin()下的该系统响应曲线和误差曲线 河南理工大学机械学院 河南理工大学机械学院 50 (0.051)ss 1s Xi（s） Xo（s） 课本p99，求该随动系统的时间响应瞬态性能指标（上升 时间、峰值时

7、间、调整时间、超调量） 2 50 ( ) 0.05(1 50 )50 G s ss 则系统闭环传递函数为： 河南理工大学机械学院 close all; % t=0:0.001:1; % yss=1;dta=0.02; % nG=50; tao=0;dG=0.05 1+50*tao 50;G1=tf(nG,dG); tao=0.0125;dG=0.05 1+50*tao 50;G2=tf(nG,dG); tao=0.025;dG=0.05 1+50*tao 50;G3=tf(nG,dG); y1 T=step(G1,t); y2 T=step(G2,t); y3 T=step(G3,t); %

8、plot(T,y1,-,T,y2,-.,T,y3,-) legend(tao=0,tao=0.0125,tao=0.025) grid on;xlabel(t(sec),ylabel(x(t); 河南理工大学机械学院 r=1;while y1(r)1-dta s=s-1;end ts1=(s-1)*0.001; % r=1;while y2(r)1-dta s=s-1;end ts2=(s-1)*0.001; % r=1;while y3(r)1-dta s=s-1;end ts3=(s-1)*0.001; % tr1 tp1 mp1 ts1;tr2 tp2 mp2 ts2;tr3 tp3 m

9、p3 ts3 河南理工大学机械学院 结果 ans = 0.0640 0.1050 0.3509 0.3530 0.0780 0.1160 0.1523 0.2500 0.1070 0.1410 0.0415 0.1880 上升 时间 峰值 时间 最大超 调量 调整 时间 河南理工大学机械学院 一、实验要求一、实验要求 l学会用学会用Matlab进行控制系统的频域分析和稳定进行控制系统的频域分析和稳定 性分析性分析 二、实验目的二、实验目的 l1掌握控制系统的频域分析方法和稳定性分析掌握控制系统的频域分析方法和稳定性分析 方法。方法。 三、实验装置：三、实验装置：Matlab软件。软件。 实验实

10、验2、控制系统的频域分析和稳定性分析、控制系统的频域分析和稳定性分析 河南理工大学机械学院 河南理工大学机械学院 河南理工大学机械学院 河南理工大学机械学院 clear all num=8 0.8; den=1 5 20 19 15 0; sys=tf(num,den); S=allmargin(sys); S.GainMargin 20 * log10(S.GainMargin) S.GMFrequency S.PhaseMargin S.PMFrequency 河南理工大学机械学院 clear all num=2 5 1;den=1 2 3; G=tf(num,den); nyquist(

11、G) %bode(G) 河南理工大学机械学院 河南理工大学机械学院 河南理工大学机械学院 河南理工大学机械学院 河南理工大学机械学院 河南理工大学机械学院 clf %Clear current figure window tt=ScopeData.time; %time data to tt; xx=ScopeData.signals.values; %values to xx; plot(tt,xx,r,linewidth,2) xlabel(t),ylabel(c(t) 河南理工大学机械学院 数控直线运动工作台位置控制系统 课本118页 求Kb=5,10,40时，系统的单位阶跃响应曲线和系

12、统的单位阶跃干扰响应曲线。 1 10s b K Xi(s) Xo(s) 10 1 s 2 E(s) Ua(s) ML(s) (s) (s) B(s) M(s) 2 20( ) ( ) 1( )1020 b i b KG s G s G sssK 2011 ( )*10* *2 10(10) b b K G sK sss s ( ) 1H s 112 ( )* *2 10(10) G s sss s ( ) 10 b H sK 2 ( )2 ( ) 1( )( )1020 i b G s G s G s H sssK 河南理工大学机械学院 close all; % t=0:0.001:1; %

13、yss=1;dta=0.02; % kb=5; nG=20*kb;dG=1 10,20*kb;G1=tf(nG,dG); kb=10; nG=20*kb;dG=1 10,20*kb;G2=tf(nG,dG); kb=40; nG=20*kb;dG=1 10,20*kb;G3=tf(nG,dG); y1 T=step(G1,t); y2 T=step(G2,t); y3 T=step(G3,t); % subplot(121);plot(T,y1,-,T,y2,-.,T,y3,-) legend(kb=5,kb=10,kb=40) grid on;xlabel(t(sec),ylabel(xo(

14、t); % kb=5; nG=2;dG=1 10,20*kb;G4=tf(nG,dG); kb=10; nG=2;dG=1 10,20*kb;G5=tf(nG,dG); kb=40; nG=2;dG=1 10,20*kb;G6=tf(nG,dG); y4 T=step(G4,t); y5 T=step(G5,t); y6 T=step(G6,t); % subplot(122);plot(T,-y4,-,T,-y5,-.,T,-y6,-) legend(kb=5,kb=10,kb=40) grid on;xlabel(t(sec),ylabel(xoN(t); 河南理工大学机械学院 r=1;w

15、hile y1(r)1-dta s=s-1;end ts1=(s-1)*0.001; % r=1;while y2(r)1-dta s=s-1;end ts2=(s-1)*0.001; % r=1;while y3(r)1-dta s=s-1;end ts3=(s-1)*0.001; %输出时间响应和单位阶跃干扰响应最大值 tr1 tp1 mp1 ts1;tr2 tp2 mp2 ts2;tr3 tp3 mp3 ts3 min(-y4) min(-y5) min(-y6) 河南理工大学机械学院 河南理工大学机械学院 ans = 0.2420 0.3630 0.1630 0.8070 0.1470 0.2370 0.3050 0.6110 0.0630 0.1130 0.5688 0.7120 ans = -0.0233 -0.0131 -0.0039 河南理工大学机械学院 课本193页 稳定性分析 b K Xi(s) Xo(s) 2000 0.2200s 1 s 2 E(s) Ua(s) ML(s) (s) (s) B(s) M(s) 2 0.2200 0.22002000 s ss 系统的开环传递函数为 2 4000 ( ) (0.22002000) b K K Gs sss 河南理工大学机械学院 clear all clf kb=40; nu