自动控制理论实验

1、课程简介课程简介1自动控制理论实验自动控制理论实验电气与新能源学院自动化系电气与新能源学院自动化系实验地点：电气科学楼实验地点：电气科学楼E2-209Email：联系方式：联系方式高健）（高健）课程简介课程简介2课时安排：课时安排：4学时（学时（1+1+2）成绩评定：实验过程成绩评定：实验过程10分分+实验报告（三份）实验报告（三份）5分分实验内容：一、控制系统的瞬态响应分析（实验内容：一、控制系统的瞬态响应分析（1学时）学时）（对应实验指导书实验四）（对应实验指导书实验四） 二、控制系统的根轨迹分析（二、控制系统的根轨迹分析（1学时）学时）（对应实验指导书实验六）（

2、对应实验指导书实验六） 三、控制系统的频域分析（三、控制系统的频域分析（2学时）学时）（对应实验指导书实验七）（对应实验指导书实验七）使用教材：自动控制理论实验指导书使用教材：自动控制理论实验指导书 课程简介课程简介3课程简介课程简介4课程简介课程简介5 目前，目前，MATLAB已经成为国际最流行的科学与工程计已经成为国际最流行的科学与工程计算软件之一。它以模块化的计算方法、可视化与智能化的算软件之一。它以模块化的计算方法、可视化与智能化的人机交互功能、丰富的矩阵运算、图形绘制和数据处理函人机交互功能、丰富的矩阵运算、图形绘制和数据处理函数，以及模块化的动态系统仿真工具，成为控制系统设计数，以

3、及模块化的动态系统仿真工具，成为控制系统设计和仿真领域最受欢迎的软件系统。和仿真领域最受欢迎的软件系统。 在欧、美大学的应用代数、数量统计、自动控制、数字在欧、美大学的应用代数、数量统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书中，都把真等课程的教科书中，都把MATLAB作为其中的内容。作为其中的内容。课程简介课程简介61、有高性能数值计算的高级算法，特别适合矩阵代数领域；、有高性能数值计算的高级算法，特别适合矩阵代数领域；2、有大量事先定义的数学函数，并且有很强的用户自定义、有大量事先定义的数学函数，并

4、且有很强的用户自定义函数的能力；函数的能力；3、有强大的绘图功能；、有强大的绘图功能；4、有完整的帮助功能；、有完整的帮助功能；5、适合个人应用的强有力的面向矩阵（向量）的高级程序、适合个人应用的强有力的面向矩阵（向量）的高级程序设计语言；设计语言；6、具有与其它语言编写的程序结合和输入输出格式化数据、具有与其它语言编写的程序结合和输入输出格式化数据的能力；的能力；7、有在多个应用领域解决难题的工具箱。、有在多个应用领域解决难题的工具箱。课程简介课程简介7在命令窗口中，在命令窗口中，可以直接输入命可以直接输入命令行来实现计算令行来实现计算或作图功能。或作图功能。课程简介课程简介8程序编辑器中编

5、程序编辑器中编写脚本文件（类写脚本文件（类似于批处理文件）似于批处理文件）和函数文件。和函数文件。打开编辑器打开编辑器编译和运行编译和运行课程简介课程简介9help命令命令Help选项选项课程简介课程简介10单步执行单步执行变量输入变量输入命令执行命令执行课程简介课程简介11错误说明错误说明没有分号没有分号有分号有分号课程简介课程简介121、注意、注意()与与的区别；的区别；2、注意空格、逗号和分号的区别；、注意空格、逗号和分号的区别；3、注意单引号的字符区别（单引号中可以输入中文）；、注意单引号的字符区别（单引号中可以输入中文）；4、注意保存图表要用、注意保存图表要用“另存为另存为”，要改文

6、件名；，要改文件名；5、注意及时保存图表，电脑重启后数据丢失。、注意及时保存图表，电脑重启后数据丢失。课程简介课程简介13实验目的：实验目的：1、掌握用、掌握用MATLAB进行瞬态响应分析计算的方法；进行瞬态响应分析计算的方法；2、掌握用、掌握用MATLAB求系统的单位阶跃响应的方法；求系统的单位阶跃响应的方法；3、掌握用、掌握用MATLAB求系统的单位脉冲响应的方法；求系统的单位脉冲响应的方法；4、掌握用、掌握用MATLAB求系统的单位斜坡响应的方法；求系统的单位斜坡响应的方法；5、掌握用、掌握用MATLAB求系统对任意信号的响应的方法。求系统对任意信号的响应的方法。实验要求：实验要求：1、

7、实验图表的标题上必须注明姓名（中文）和学号；、实验图表的标题上必须注明姓名（中文）和学号；2、按照实验步骤独立完成针对以传递函数表示的控制系统、按照实验步骤独立完成针对以传递函数表示的控制系统的瞬态响应分析。包括实验步骤的瞬态响应分析。包括实验步骤1、2、3、4、5中的传递函中的传递函数部分，状态空间部分不做要求。数部分，状态空间部分不做要求。课程简介课程简介14 2225425sG sss1、系统表示：以、系统表示：以s的降幂排列的降幂排列02251425numden2251425numden2、系统获取：、系统获取：,systf num den系统的传递函数描述系统的传递函数描述课程简介课

8、程简介153、单位阶跃响应：、单位阶跃响应：4、单位脉冲响应：、单位脉冲响应：0:0.1:30:0.01:5,ttystep num denystep num den tstep num denstep num den tstep sysstep sys t计算系统的单位阶跃响应计算系统的单位阶跃响应时间间隔取值时间间隔取值,impulse num denimpulse num den t计算系统的单位脉冲响应计算系统的单位脉冲响应课程简介课程简介165、图形绘制：、图形绘制：6、任意输入信号的响应：、任意输入信号的响应：, ,lsim num den r t计算系统在任意输入和计算系统在任意

9、输入和初始条件下的时间响应初始条件下的时间响应1, 1, , 2, 2, plot xyxyogrid在图形上加网格线在图形上加网格线绘制线性坐标图形绘制线性坐标图形r和和t表示输入信号表示输入信号 , ,titlexlabelylabeltext x y在当前图形中添加标题在当前图形中添加标题在图形上添加坐标说明在图形上添加坐标说明在图形上添加文字说明在图形上添加文字说明课程简介课程简介17生成的图表和数据：生成的图表和数据：1、步骤、步骤2中，传递函数中，传递函数 系统的单位阶跃响应曲线图；系统的单位阶跃响应曲线图；25425)(2sssG2、步骤、步骤3中，传递函数中，传递函数 系统的单

10、位脉冲响应曲线图；系统的单位脉冲响应曲线图；21( )0.21G sss3、步骤、步骤4中，传递函数中，传递函数 系统的单位斜坡响应曲线图；系统的单位斜坡响应曲线图；21( )1G sss 4、步骤、步骤5中，传递函数中，传递函数 系统的单位斜坡响应曲线图系统的单位斜坡响应曲线图（包括输入信号曲线）；（包括输入信号曲线）；21( )1G sss 5、实验步骤中要求的其它数据和分析。、实验步骤中要求的其它数据和分析。课程简介课程简介18实验目的：实验目的：1、掌握用、掌握用MATLAB进行根轨迹分析的方法。进行根轨迹分析的方法。实验要求：实验要求：1、实验图表的标题上必须注明姓名和学号；、实验图

11、表的标题上必须注明姓名和学号；2、按照实验步骤独立完成针对以传递函数表示的控制系统、按照实验步骤独立完成针对以传递函数表示的控制系统的根轨迹分析。包括实验步骤的根轨迹分析。包括实验步骤1、2、3、5。课程简介课程简介19 1212.1010.mnszszsznumKKspspspden 1、系统表示：以、系统表示：以s的降幂排列的降幂排列2、s多项式乘积：多项式乘积：,cconv a ba、b两个两个s多项式的乘积多项式的乘积 1212.mnszszsznumGKKspspspden特征方程特征方程等效开环传递函数等效开环传递函数课程简介课程简介203、画根轨迹：、画根轨迹：4、确定增益：、确

12、定增益：,0.5,r Krlocus num denr Krlocus num den Krlocus num denrlocus num den Ksgrid计算根轨迹计算根轨迹由根轨迹的一组根确定相应的增益由根轨迹的一组根确定相应的增益,K rrlocfind num den在在rlocus命令之后使用，把可移动的命令之后使用，把可移动的x-y坐标覆盖到屏幕上，利用鼠标把坐标覆盖到屏幕上，利用鼠标把x-y坐标的原点配置到根轨迹希望的点上，并且点击鼠标左键。在屏幕上坐标的原点配置到根轨迹希望的点上，并且点击鼠标左键。在屏幕上会显示该点的坐标、增益值、以及相当于该增益值的闭环极点。会显示该点的

13、坐标、增益值、以及相当于该增益值的闭环极点。打开根轨迹上阻尼比打开根轨迹上阻尼比=0.5的网格线的网格线（书上有错误）（书上有错误）课程简介课程简介215、图形绘制：、图形绘制：, plot r x绘制线性坐标图形绘制线性坐标图形 6666vaxis vaxissquare 将绘图区域设置成平方纵横比将绘图区域设置成平方纵横比设定坐标轴范围设定坐标轴范围课程简介课程简介22生成的图表：生成的图表：1、步骤、步骤2中，传递函数中，传递函数 系统的根轨迹图；系统的根轨迹图；23( )( )1416K sG s H ss sss2、步骤、步骤3中，传递函数中，传递函数 系统的根轨迹图；系统的根轨迹图

14、；432( )( )1.110.35KG s H sssss3、步骤、步骤5中，传递函数中，传递函数 系统的根轨迹图。系统的根轨迹图。2( )45KG ss ss5、实验步骤中要求的其它数据和分析。、实验步骤中要求的其它数据和分析。4、步骤、步骤5中要求的阻尼比中要求的阻尼比=0.5的闭环极点、对应增益值、对应的闭环极点、对应增益值、对应所有极点的坐标等数据和分析；所有极点的坐标等数据和分析；课程简介课程简介23实验目的：实验目的：1、掌握用、掌握用MATLAB作作Bode图的方法；图的方法；2、掌握用、掌握用MATLAB作作Nyquist图的方法；图的方法；3、掌握用、掌握用MATLAB求系

15、统的增益裕度、相位裕度、相位交求系统的增益裕度、相位裕度、相位交接频率、增益交接频率的方法；接频率、增益交接频率的方法；4、掌握用、掌握用MATLAB求闭环系统的谐振峰值、谐振频率和带求闭环系统的谐振峰值、谐振频率和带宽的方法。宽的方法。实验要求：实验要求：1、实验图表的标题上必须注明姓名和学号；、实验图表的标题上必须注明姓名和学号；2、按照实验步骤独立完成针对以传递函数表示的控制系统、按照实验步骤独立完成针对以传递函数表示的控制系统的频域分析。包括实验步骤的频域分析。包括实验步骤1、2、4。课程简介课程简介241、画伯德图：、画伯德图：2、画奈奎斯特图：、画奈奎斯特图：,mag phase

16、wbode num den wbode num den wmag phase wbode num denbode num denbode sys生成伯德图生成伯德图系统频率响应的实部和虚部系统频率响应的实部和虚部频率响应的幅值和相角频率响应的幅值和相角指定频率向量指定频率向量,re im wnyquist num den wnyquist num den wre im wnyquist num dennyquist num dennyquist sys生成奈奎斯特图生成奈奎斯特图课程简介课程简介25 ,max20*log10mag phase wbode num den wmp kmagrpm

17、prfw k3、开环系统特性：、开环系统特性：4、闭环系统特性：、闭环系统特性：,gm pm wcp wcgmargin num den生成裕度和频率生成裕度和频率谐振峰值（分贝）谐振峰值（分贝）增益裕度、相位裕度、相位交接增益裕度、相位裕度、相位交接频率、增益交接频率频率、增益交接频率谐振频率谐振频率 120*log1031nwhilemag nnnendbandwidthw n 带宽带宽课程简介课程简介264、其它命令：、其它命令：12,logspace d dn, , , , ,:semilogx w magdB o w dBmaxw dBmin, , ,:semilogx w phase o w pmaxw pmin 20*10alogm50*1,100aones课程简介课程简介27生成的图表：生成的图表：1、步骤、步骤1中，传递函数中，传递函数 系统的伯德图；系统的伯德图；225( )425G sss2、步骤、步骤2中，传递函数中，传递函数 的开环系统伯德图、幅值曲的开环系统伯德图、幅值曲线半对数坐标图、相角曲线半对数坐标图、闭环