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文档简介

1、东南大学自动化学院自动控制原理实验实验报告实验五 Matlab/Simulink仿真实验姓 名: 学 号: 专 业: 自动化 实 验 室: 组 别: 同组人员: 设计时间: 2014年12 月 12日评定成绩: 审阅教师: 1、 实验目的 (1) 学习系统数学模型的多种表达方法,并会用函数相互转换。(2) 学习模型串并联及反馈连接后的系统传递函数。(3) 掌握系统BODE图,根轨迹图及奈奎斯特曲线的绘制方法。并利用其对系统进行分析。(4) 掌握系统时域仿真的方法,并利用其对系统进行分析。2、 预习与回答 借阅相关Matlab/Simulink参考书,熟悉能解决题目问题的相关Matlab函数。构

2、建传递函数:H = tf(num,den);状态空间:A,B,C,D = tf2ss(num,den);部分分式:r,p,k = residue(num,den);联接:串联H1*H2;并联H1+H2;反馈feedback(H1,H2,-1);伯德图:bode(H);根轨迹:rlocus(H);rlocus(-H);奈奎斯特:Nyquist(H);时域阶跃响应:Step(H);Grid on3、 实验内容1已知H(s)=,求H(s)的零极点表达式和状态空间表达式。答:先创建传递函数H(s)>> num = 0.05 1;>> den = 0.02 0.3 1;>&

3、gt; H = tf(num,den)H = 0.05 s + 1 - 0.02 s2 + 0.3 s + 1 Continuous-time transfer function.H(s)的零极点表达式如下:>> Z,P,K = tf2zp(num,den)Z = -20P = -10 -5K = 2.5000H(s)的状态空间表达式如下:>> A,B,C,D = tf2ss(num,den)A = -15 -50 1 0B = 1 0C = 2.5000 50.0000D = 02已知,。(1) 求两模型串联后的系统传递函数。答:先创建传递函数H(s)>>

4、 num1 = 1 5;>> den1 = 1 3 2 0;>> H1 = tf(num1,den1)H1 = s + 5 - s3 + 3 s2 + 2 s Continuous-time transfer function.>> num2 = 1;>> den2 = 1 1;>> H2 = tf(num2,den2)H2 = 1 - s + 1 Continuous-time transfer function.两模型串联后的系统传递函数如下:>> H3 = H1*H2H3 = s + 5 - s4 + 4 s3 +

5、5 s2 + 2 s Continuous-time transfer function.(2) 求两模型并联后的系统传递函数。答:两模型并联后的系统传递函数如下:>> H4 = H1+H2H4 = s3 + 4 s2 + 8 s + 5 - s4 + 4 s3 + 5 s2 + 2 s Continuous-time transfer function.(3) 求两模型在负反馈连接下的系统传递函数。答:两模型在负反馈连接下的系统传递函数如下:>> H5 = feedback(H1,H2,-1)H5 = s2 + 6 s + 5 - s4 + 4 s3 + 5 s2 +

6、 3 s + 5 Continuous-time transfer function.3 作出上题中(1)的BODE图,并求出幅值裕度与相位裕度。答:作出bode图命令如下:>> bode(H3)Bode图如下:标定出如下:从上可以看出:幅值裕度为:4.95dB相位裕度为:-19°使用margin函数直接可求取得(l为幅值裕度,f为相位裕度):>> l,f = margin(H3)Warning: The closed-loop system is unstable. > In warning at 26 In DynamicSystem.margin

7、at 63 l = 0.5576f = -19.36624 给定系统开环传递函数为,绘制系统的根轨迹图与奈奎斯特曲线,并求出系统稳定时的增益K的范围。答:构建传递函数>> num = 1;>> den = conv(1 2,1 2 5);>> G = tf(num,den)G = 1 - s3 + 4 s2 + 9 s + 10 Continuous-time transfer function.绘制系统的根轨迹图(0至无穷大)如下:>> rlocus(G)由第二张图可知K的范围是:绘制系统的根轨迹图(负无穷大至0)如下:>> rlo

8、cus(-G)由第二张图可知K的范围是:将二张图放在一起,即得:>> rlocus(G);>> hold on>> rlocus(-G)>> hold on综上,可知K的范围是:绘制k=1时奈奎斯特曲线如下:>> num = 1;>> den = conv(1 2,1 2 5);>> G = tf(num,den);由稳定条件判别方法可知,故不稳定。绘制k=30时奈奎斯特曲线如下:由稳定条件判别方法可知,故不稳定。绘制k=-3时奈奎斯特曲线如下:由稳定条件判别方法可知,故稳定。绘制k=-11时奈奎斯特曲线如下:

9、由稳定条件判别方法可知,故不稳定。5 对内容4中的系统,当K=10和40时,分别作出闭环系统的阶跃响应曲线,要求用Simulink实现。答:Simulink模拟原理图如下:K = 10 时的阶跃响应曲线如下:可见时最终会达到稳定。K = 40时的阶跃响应曲线如下:可见时最终振荡,不会达到稳定。设置正反馈的Simulink模拟原理图如下:K = 5时的阶跃响应曲线如下:可见时最终会达到稳定。4、 实验总结1,这次实验让我更进一步的理解了bode图和奈奎斯特图,尤其深化理解了bode图切线位置为我们手工画bode图的拐点处,即可以近似为特征根的解。2,指标 - 模型 = 调节规律。3,本次实验是系统频率特性的测试,这章

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