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文档简介

1、实用标准文案KUNMING UNI VERSIT V精彩文档自动控制原理课程设计报告课程名称:设计题目:院 系:班级:设计者:二学号:*004170219扌旨导教师. *设计时间:2013年1月一. 实验目的和意义:1. 了解matlab软件的基本特点和功能,熟悉其界面,菜单和工具条;掌 握线性系统模型的计算机表示方法,变换以及模型间的相互转换。了解 控制系统工具箱的组成,特点及应用;掌握求线性定常连续系统输出响应的方法,运用连续系统时域响应函数(impulse,step,lsim ),得到系 统的时域响应曲线。2. 掌握使用MATLAB件作出系统根轨迹;利用根轨迹图对控制系统进行分 析;掌握

2、使用MATLA软件作出开环系统的波特图,奈奎斯图;观察控制 系统的开环频率特性,对控制系统的开环频率特性进行分析。3. 掌握MATLAB件中simulink工具箱的使用;熟悉simulink中的功能模 块,学会使用simulink对系统进行建模;掌握simulink的方真方法。二. 实训内容1.用matlab语言编制程序,实现以下系统:1)325s 24s18G(s)= _32s +4s +6s +2s + 2程序:nu m=5 24 0 18;den=1 4 6 2 2;h=tf( num,de n) h=tf( nu m,de n)Tran sfer fun cti on:5 sA3 +

3、24 sA2 + 18sA4 + 4 sA3 + 6 sA2 + 2 s + 22)g(s)=4(s 32)3s2 6s 6)2s(s+1) (s +3s +2s+5)输入以下程序n1=4*1 2;n 2=1 6 6;n 3=1 6 6;num=conv(n 1,c onv(n2,n 3);d1=1 1;d2=1 1;d3=1 1;d4=1 3 2 5;de n1= co nv(d1,d2);de n2=c on v(d3,d4);>> den=den1 den2 0;>> h=tf( nu m,de n)Tran sfer fun cti on:4 sA5 + 56

4、sA4 + 288 sA3 + 672 sA2 + 720 s + 288sA8 + 2 sA7 + sA6 + sA5 + 4 sA4 + 5 sA3 + 7 sA2 + 5 s7sA2 2s 12.两环节G1, G2串联,求等效的整体传递函数 G(s)G1(s)=G2(s)=s十3程序:n仁2;d 仁1 3;sys 仁tf(n 1,d1);n 2=7;d2=1 2 1;sys2=tf( n2,d2);sys12=sys1*sys2Tran sfer function:14sA3 + 5 sA2 + 7 s + 33.两环节G1, ,G2并联,求等效的整体传递函数 G(s) 跃响应曲线,单位

5、脉冲响应曲线。G1(s)=G2(s)=7sA2 2s 1输入以下指令:num仁2;de n1= 1 3;sys 1=tf( num1,de n1); num2=7;de n2=1 2 1;sys2=tf( num2,de n2); sys12=sys1+sys2Tran sfer fun cti on:2 sA2 + 11 s + 23sA3 + 5 sA2 + 7 s + 34 .已知系统结构如图,求闭环传递函数。其中的两环节G1(s)= 23s 100G2(s)=s2+2s + 812s+5输入以下指令:n1=3 100;d 1=1 2 81;n 2=2;d2=2 5;s仁tf(n 1,d

6、1);s2=tf( n2,d2);sys=feedback(s1,s2)Tran sfer function:6 sA2 + 215 s + 500G1,G2分别为2 sA3 + 9 sA2 + 178 s + 6055.已知某闭环系统的传递函数为G(s)=10s + 250.16sA3 1.96sA2 10s 25求其单位阶1)单位阶跃响应输入如下指令:nu m=10 25; den=0.16 1.96 10 25; y=step( nu m,de n, t);plot(t,y);grid;(绘制单位阶跃响应图)title;(单位阶跃响应曲线图)图5.1.1系统的阶跃响应曲线 2)单位脉冲响

7、应输入如下指令:num=10 25; den=0.16 1.96 10 25;t=0:0.01:3; y=impulse( nu m,de n, t);plot(t,y);grid;图5.1.2系统的脉冲响应曲线26.典型二阶系统的传递函数为G(s)二二. 2, wn为自然频率,-为阻尼s +2=wns + wn比,试绘制出当=0.5,Wn分别取-2 ,0,2 ,4 ,6 ,8 ,10时该系统的单位阶跃响应曲线;分析阻尼比分别为-0.5,-1时系统的稳定性。输入如下指令:(1).当=0.5,二分别取-2、0、2、4、6、8、10 时w=0:2:10;kosai=0.5;figure(1)hol

8、d onfor Wn=wnum=WnA2;den=1,2*kosai*Wn,WnA2;step( nu m,de n);endhold offgrid on;title('单位阶跃响应')xlabel('时间')ylabel('振幅')时问Ctftcj图6.1.1=0.5,二分别取-2、0、2、4、6、8、10时的曲线图(2).当=-0.5w=0:2:10;kosai=-0.5; figure(1) hold on for Wn=wnum=WnA2;den=1,2*kosai*Wn,WnA2; step( nu m,de n);endhold o

9、ffgrid on;title('单位阶跃响应')xlabel('时间') ylabel('振幅')3.5X 1 0E单HZRfr甌n向应1riIillhi11FV r_ 11faiI1i L 1, _JL2_ _ _ L.>11I1L xRV-Hb111 .5崔I0.5_ _ _ _ _L _一 一十千一一十一一-yL上"B - - - - - - -illh1pi _ 丄 _ _41h1fVH'1!.丄11ribial:Iir>ni! : jl1riR«11p./-0.5hi:'=JfVRi&#

10、171;1iiii'O0.511 .522.5时间MEUj图6.1.2=-0.5时,系统的单位阶跃响应曲线图(3.当=-1w=0:2:10; kosai=-1;figure(1)hold onfor Wn=wnum=WnA2;den=1,2*kosai*Wn,WnA2; step( nu m,de n);endhold offgrid on;title(' 单位阶跃响应') xlabel('时间')ylabel('振幅')图6.1.3=-1时单位阶跃响应曲线图分析:由以上结果可以知道当-n确定,取-0.5和-1时,其单位阶跃响应曲线是发散

11、的,所以系统不稳定。阻尼比越大,振荡越弱,平稳性越好,反之,阻 尼比 越小,振荡越强,平稳性越差。320.016s0.218s1.436s 9.359、7.设有一咼阶系统开环传递函数为G(s)=32,试绘0.06s3 +0.268S2 +0.635S + 6.271制该系统的零极点图和闭环根轨迹图。1)系统的零极点输入如下指令:num=0.016 0.218 1.436 9.359; den=0.06 0.268 0.635 6.271;z,p,k=tf2zp( nu m,de n)运行结果:z =-10.4027-1.6111 + 7.3235i-1.6111 - 7.3235iP =-5.

12、77100.6522 + 4.2054i0.6522 - 4.2054i k =0.2667Pole-Zero MapQ-410Real Axis图7.1.1系统的零极点图2)系统的闭环根轨迹 输入如下指令:num=0.016 0.218 1.436 9.359;den=0.06 0.268 0.635 6.271;rlocus( nu m,de n)Root Locus10-8V-.4-20Real Axis吕 4 2 D 24H一 图7.1.2系统的闭环根轨迹图8.单位反馈系统前向通道的传递函数为:G(s)=2s4 8s3 12s2 8s 2 s6 5s5 10s4 10s3 5s2 s绘

13、制该系统的Bode图和Nyquist曲线,说明软件绘制曲线与手动绘制曲线的异 同。1)绘制该系统的Bode图:输入如下指令:nu m=0 0 2 8 12 8 2;den=1 5 10 10 5 1 0;margi n(nu m,de n)图8.1.1 系统的Bode图2)系统的Nyquist图输入如下指令:nu m=0 0 2 8 12 8 2;den=1 5 10 10 5 1 0;nyq uist (nu m,de n)4030富0-20-4f:_2Nyquist Diagranniiiiiiii-1,4-1,2-1-0 8 -Q 6-0.4-0 2-Real Axis-图8.1.2 系

14、统Nyquist曲线9.已知某控制系统的开环传递函数G(s)=,K=1.5,试绘制系统的开s(s 1)(s 2)环频率特性曲线,并求出系统的幅值和相位裕量 输入如下指令:d仁1 1;d2=1 2den仁conv(d1,d2); den=den1 0; nu m=10;bode( nu m,de n)程序运行结果如图所示Bode CiagramFr&quen亡、ira.i/sec;-图9.1.1系统的开环频率特性曲线gm,pm,wcg,wcp=margi n(nu m,de n)运行结果如下:Gm=0.6000%幅值裕量pm = -12.9919%相角裕量wcg =1.4142%Nyqu

15、ist曲线与负实轴交点处频率wcp =1.8020%截止频率10.在SIMULINK中建立系统,该系统阶跃输入时的连接示意图如下。K为学生学 号后三位。绘制其单位阶跃响应曲线,分析其峰值时间,延迟时间,上升时间, 调节时间及超调量。12ie(XS)jSStep01azScop«Out1输入如下程序:nu m=219; den=1 9 219; step( nu m,de n); grid;图10.1.1单位阶跃响应曲线分析其峰值时间tp,延迟时间td,上升时间tr,调节时间ts及超调量num=219;den=1 9 219;y,x,t=step( nu m,de n);peak,k=

16、max(y);overshoot=(peak-1)*100tp=t(k)n=1;while y(n )<1n=n+1;endtr=y( n)m=le ngth(t)while(y(m)>0.98)&(y(m)<1.02)m=m-1;运行结果:overshoot =36.6697tp =0.2209tr =1.0132115ts =h>10分贝,0.748511.给定系统如下图所示,设计一个串联校正装置,使幅值裕度大于相位裕度大于等于45度。程序如下:G=tf(100,0.04,1,0);Gw,Pw,Wcg,Wcp=margi n(G)G1= tf(100,0.0

17、4,1,0);G2=tf(100*0.025,1,co nv(0.04,1,0,0.01,1) bode(G1)holdbode(G2,'r')gridfigureG1c=feedback(G1,1);G2c=feedback(G2,1);step(G1c)holdstep(G2c,'r')grid结果如下:Gw =InfPw =28.0243Wcg =InfWcp =46.9701Tran sfer fun cti on:2.5 s + 100 0.0004 sA3 + 0.05 sA2 + s矫正刖后的bode图和域响应图如下:gQ雀冒-lOODiacgmm

18、O*1±34-IOIO1OIOIOFYuqyiri匸y(r ad/sEcJ图11.1矫正前后的bode图图11.2矫正前后的时域响应图三. 总结本次课题设计,不仅是对前面所学知识的一种检验, 而且是对自己能力的一 种提升。在设计过程中,我们通过到图书馆借阅了大量的自动控制原理MATLAB实现的相关资料,自学的时候与同学交流探讨,一步一步的分析和研究,并在老 师和同学的帮助下,解决各种问题,最终完成了课题设计。在此期间遇到了不少 问题,首先是对之前所学知识的遗忘,再次,MATLAB勺初次见面也很陌生。不仅要复习自动控制原理的相关知识,还要学习 MATLAB件的使用。通过这次课程设计,我巩固了自动控制原理所学的基本知识。 同时,最主要 的是对MATLAB件有了初步了解,为以后的学习奠定一定的基础。也使我们明 白了实践与理论相结合的重要性。在此过程中态度问题也是非常重要的。初步使用MATLA时,不是很熟悉,出现了许多的问题,影响了实验的准确

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