晏国钧 机械工程控制实验报告

1、实验一 MATLAB软件基本操作1、 实验目的：1、熟悉MATLAB人机界面和基本内容。2、熟悉MATLAB基本操作方法。二、实验器材：PC 机一台三、实验内容： 1、了解 MATLAB 语言的基本功能和特点。2、了解 MATLAB 的基本界面。3、了解 MATLAB 的路径搜索。4、掌握 MATLAB 的基本使用方法。matlab的主要功能：数学计算、开发工具、数据的可视化、交互式编辑创建图形、集成的算法开发编程语言和环境、图形用户界面开发环境、开放性、可扩展性强、专业应用工具箱。进入matlab后，我们可以看到matlab上方的工具栏，位于左边的工作区，位于右边的命令行窗口。工具栏由主页、

2、绘图、应用程序三部分构成。大多数的操作如新建、保存文件可在工具栏主页部分进行，如打开simulink库 当然我们最经常使用的是命令行窗口，将代码写进命令行窗口，就可以用做各种任务，对它们进行计算，模拟。在命令行窗口写入的指令时，要仔细编写，不然错了不容易修改，可以新建一个脚本，在弹出的编辑器里编写，这样就可以随时修改。4、 实验心得与体会这次实验的主要任务是熟悉MATLAB的界面和基本功能以及基本的操作方法。第一次使用matlab软件，感觉它的功能很丰富，是一款不错的应用工具，在以后的学习工作中还有很多地方需要用上它，而现在我们所了解的知识可能只有他的九牛一毛吧，所以要想真正掌握它，我们应该多

3、利用课余时间学习。实验二 MATLAB控制系统工具箱和符号运算工具箱的使用1、 实验目的：1、熟悉MATLAB的符号运算工具箱的使用；2、初步了解MATLAB控制系统工具箱，能用MATLAB解决一些简单的控制系统的问题。如用MATLAB建立系统的数学 、模型、求系统的单位阶跃响应等。二、实验器材PC 机一台三、实验内容：1、已知求其相互串联、并联及反馈连接后的传递函数,并求其零极点增益模型及状态空间模型。 解：num1=5 4den1=1 15 6num2=1 3den2=1 2 5num,den=series(num1,den1,num2,den2)Chuanlian=tf(num,den)

4、z,p,k=tf2zp(num,den)A,B,C,D=tf2ss(num,den)num,den=parallel(num1,den1,num2,den2)binglian=tf(num,den)z,p,k=tf2zp(num,den)A,B,C,D=tf2ss(num,den)num,den=feedback(num1,den1,num2,den2，-1)fankuilianjie=tf(num,den)z,p,k=tf2zp(num,den)A,B,C,D=tf2ss(num,den)任务一结果：串联：G = 5 s2 + 19 s + 12 - s4 + 17 s3 + 41 s2 +

5、 87 s + 30并联：B = 6 s3 + 32 s2 + 84 s + 38 - s4 + 17 s3 + 41 s2 + 87 s + 30反馈：A = 5 s3 + 14 s2 + 33 s + 20- s4 + 17 s3 + 46 s2 + 106 s + 42零极点模型：GG = 5 (s+3) (s+0.8) - (s+14.59) (s+0.4113) (s2 + 2s + 5)零极点模型：BB = 6 (s+0.5589) (s2 + 4.774s + 11.33) - (s+14.59) (s+0.4113) (s2 + 2s + 5)零极点模型：AA = 5 (s+0

6、.8) (s2 + 2s + 5) - (s+14.28) (s+0.4785) (s2 + 2.237s + 6.144)状态空间方程：cuanlian = A = x1 x2 x3 x4 x1 -17 -41 -87 -30 x2 1 0 0 0 x3 0 1 0 0 x4 0 0 1 0 B = u1 x1 1 x2 0 x3 0 x4 0 C = x1 x2 x3 x4 y1 0 5 19 12 D = u1 y1 0状态空间方程：binglian = A = x1 x2 x3 x4 x1 -17 -41 -87 -30 x2 1 0 0 0 x3 0 1 0 0 x4 0 0 1 0

7、 B = u1 x1 1 x2 0 x3 0 x4 0 C = x1 x2 x3 x4 y1 6 32 84 38 D = u1 y1 0状态空间方程：fufankui = A = x1 x2 x3 x4 x1 -17 -46 -106 -42 x2 1 0 0 0 x3 0 1 0 0 x4 0 0 1 0 B = u1 x1 1 x2 0 x3 0 x4 0 C = x1 x2 x3 x4 y1 5 14 33 20 D = u1 y1 02.解；num1=2 5 1den1=1 2 3num2=5 10den2=1 10num,den=feedback(num1,den1,num2,de

8、n2，-1)fankuilianjie=tf(num,den)z,p,k=tf2zp(num,den)A,B,C,D=tf2ss(num,den)uy+-3.解：n1=0.5,1;d1=0.1,1;n2=10;d2=1,2,0;n0,d0=series(n1,d1,n2,d2);n3=1;d3=1;nc,dc=feedback(n0,d0,n3,d3)printsys(nc,dc)num/den = 5 s + 10 - 0.1 s3 + 1.2 s2 + 7 s + 104.已知系统传递函数为:,求该系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位速度响应、单位加速度响应。 解：num=2 20 50

9、den=1 15 84 223 309 240 100G=tf(num,den)num1=2 20 50den1=1 15 84 223 309 240 100 0G1=tf(num1,den1)t=0:0.1:200y,T=impulse(G,t)ya,T=step(G,t)yb,T=step(G1,t)i=0:1:2000u=t.2/2yc=lsim(G,u,i)plot(T,y,'-')xlabel('t/s'),ylabel('x(t)'),title('单位脉冲响应')grid onplot(T,ya,'-.&#

10、39;)xlabel('t/s'),ylabel('x(t)'),title('单位阶跃响应')grid onplot(T,yb,'-')xlabel('t/s'),ylabel('x(t)'),title('单位速度响应')grid onplot(t,yc, '-')legend('u(t) ', 'xo(t) ', 'e(t) ')xlabel('t/s'),ylabel('x(t)'

11、),title('单位加速度响应')grid on题4结果：（2）典型的二阶系统传递函数为： 当取2、4、6、8、10、12的单位阶跃响应。程序如下：t=0:0.001:5;num = 36;tao=2; num = tao2; den = 1 1.4*tao tao2; G1=tf(num,den);tao=4; num = tao2; den = 1 1.4*tao tao2; G2=tf(num,den);tao=6; num = tao2; den = 1 1.4*tao tao2; G3=tf(num,den);G4=tf(num,den);tao=10; num =

12、 tao2; den = 1 1.4*tao tao2; G5=tf(num,den);tao=12; num = tao2; den = 1 1.4*tao tao2; G6=tf(num,den);y1,T=step(G1,t);y2,T=step(G2,t);y3,T=step(G3,t);y4,T=step(G4,t);y5,T=step(G5,t);y6,T=step(G6,t);plot(T,y1,'r-',T,y2,'g-',T,y3,'y-',T,y4,'r.',T,y5,'g.',T,y6,

13、9;y.');legend('tao=2','tao=4','tao=6','tao=8','tao=10','tao=12');xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on;yss=1; dta=0.02;r=1; while y1(r)<yss; r=r+1; endtr1=(r-1)*0.001; ymax,tp=max(y1);tp1=(tp-1)*0.001; mp1=(ymax-yss)/yss;s=100

14、1; while y1(s)>1-dta&y1(s)<1+dta; s=s-1; endts1=(s-1)*0.001;r=1; while y2(r)<yss; r=r+1; endtr2=(r-1)*0.001; ymax,tp=max(y2);tp2=(tp-1)*0.001; mp2=(ymax-yss)/yss;s=1001; while y2(s)>1-dta&y1(s)<1+dta; s=s-1; endts2=(s-1)*0.001;r=1; while y3(r)<yss; r=r+1; endtr3=(r-1)*0.001

15、; ymax,tp=max(y3);tp3=(tp-1)*0.001; mp3=(ymax-yss)/yss;s=1001; while y3(s)>1-dta&y1(s)<1+dta; s=s-1; endts3=(s-1)*0.001;r=1; while y4(r)<yss; r=r+1; endtr4=(r-1)*0.001; ymax,tp=max(y4);tp4=(tp-1)*0.001; mp4=(ymax-yss)/yss;s=1001; while y4(s)>1-dta&y1(s)<1+dta; s=s-1; endts4=(s

16、-1)*0.001;r=1; while y5(r)<yss; r=r+1; endtr5=(r-1)*0.001; ymax,tp=max(y5);tp5=(tp-1)*0.001; mp5=(ymax-yss)/yss;s=1001; while y5(s)>1-dta&y1(s)<1+dta; s=s-1; endts5=(s-1)*0.001;r=1; while y6(r)<yss; r=r+1; endtr6=(r-1)*0.001; ymax,tp=max(y6);tp6=(tp-1)*0.001; mp6=(ymax-yss)/yss;s=100

17、1; while y6(s)>1-dta&y1(s)<1+dta; s=s-1; endts6=(s-1)*0.001;tr1 tp1 mp1 ts1;tr2 tp2 mp2 ts2; tr3 tp3 mp3 ts3;tr4 tp4 mp4 ts4; tr5 tp5 mp5 ts5; tr6 tp6 mp6 ts6; 实验图像：运行结果如下：ans =1.6430 2.2000 0.0460 1.0000 0.8220 1.1000 0.0460 0.7770 0.5480 0.7330 0.0460 0.5180 0.4110 0.5500 0.0460 0.3880 0

18、.3290 0.4400 0.0460 0.31000.2740 0.3670 0.0460 0.2590四、实验心得与体会这次实验是第二次实验，也是我们第一次亲手操作。实验内容比较多，但我们需要注意的是仔细写入代码，注意检查格式是否正确。程序代码还是要去加以理解，才真正掌握编写程序的方法。第一次用matlab绘制出传递函数图的时候，还是感觉挺神奇的，然而这个软件的功能还有很多需要我们去学习。实验三 MATLAB串联校正控制器设计1、 实验目的：1、熟练掌握用MATLAB语句绘制频域曲线；2、掌握控制系统频域范围内的分析校正方法；3、掌握用频率特性法进行串联校正设计的思路和步骤。二、实验器材:

19、 PC机一台3、 实验内容：任务一：单位反馈系统的开环传递函数为,是确定串联校正装置的特性，使系统满足在斜坡函数作用下系统的稳态误差小于0.1，相角裕度r大于等于 。4、 实验程序及结果：k=11numg=1;deng=1 1 0num,den=series(k,1,numg,deng)w=logspace(-1,2,200)mag,phase,w=bode(tf(num,den),w)Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(mag,phase,w)Phi=(45-Pm+10)*pi/180alpha=(1-sin(Phi)/(1+sin(Phi)M=10*log10(alpha)*ones

20、(length(w),1)semilogx(w,20*log10(mag(:),w,M);grid on;hold on;k=11T=1/(4.19*sqrt(alpha)numh=1;denh=1 1 0numhc=T 1;denhc=alpha*T 1nums,dens=series(numhc,denhc,numh,denh)num1,den1=series(k,1,nums,dens)w=logspace(-1,2,200)mag,phase,w=bode(tf(num1,den1),w)Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(mag,phase,w)bode(tf(num,den)

21、,w)grid on;hold on;title('相位裕度=',num2str(Pm); 实验图形： 5、 实验心得与体会这次实验是我们第三次实验，这次实验总的来说虽然没有上次实验内容多，但难度要大一点，由几处地方，我都没弄清楚，问了老师和同学才知道了，主要是对软件不能熟练掌握。当实验结果出来以后，就会发现原来用matlab给传递函数校正是一件很容易的事情，如果你自己用手绘制的话，你的工作量将会增加不少。实验四 Simulink仿真环境基本应用一、实验目的：1、初步了解simulink的作用、原理；2、能用simulink软件包对动态系统进行简单地建模、仿真和分析；3、能用simulink进行PID控制器的调试。二、实验器材：PC 机一台3、 实验内容：1、画出所给题目的SIMULINK仿真模型。2