MATLAB试验控制系统的模型及其转换

1、 MATLAB 语言及其应用实验报告学院：电气与信息工程学院班级：自动化1004姓名：甘显豪学号：10401701305指导老师：张满生 MATLAB 语言及其应用实验指导书目录实验一 Matlab使用方法和程序设计实验二控制系统的模型及其转换 实验三控制系统的时域、频域和根轨迹分析 实验四动态仿真集成环境-Simulink实验五直流电机拖动系统控制器设计 实验一 Matlab使用方法和程序设计一、实验目的1、掌握Matlab软件使用的基本方法；2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制4、熟悉Matlab程序设计的基本方法二、实验内容：1

2、、帮助命令使用help命令，查找sqrt (开方)函数的使用方法；ExamplessqrtSquare rootSyntaxB = sqrt(X)sqrt(-2:2) T) ans =0 + 1.41421 0 + l.OOOOi 0 1.0000 1.41422、矩阵运算(1)矩阵的乘法已知 A=1 2;3 4; B=5 5;7 8;求 AA2*B A=l 2;3 4; B=5 5;7 8;A2*Bans =105115229251l(2)矩阵除法已知 A=1 2 3;4 5 6;7 8 9;B=1 0 0;0 2 0;0 0 3;AB,A/B,运行结果如下： A=l 2 3;4 58 9

3、;B=1 0 0;Q 2 0;0 0 3; MBWarning: Matrix is close to singular or badly scaledResult s .may be mac curate- RCOfID =541976e-018iarts =L 0e+016 *-0.45041, 801435110.9007-3.60292.7022-0.45041.8014-1.3511 A/E arts =I. 00001.00001. 00004,00002.50002,00007.00004.00003.0000(3)矩阵的转置及共腕转置已知 A=5+i,2-i,1;6*i,4,9

4、-i;求 A., A A- 5+i, 2-ij 1 ; 6*ij % 9-iA =5.0000 +1.000011 000012. 0000 - L OOQOi丸 0000LOOOO9.0000 - L0000i0* A. Kans =ans =5. 0000+I.OOOOi0+6,000015.0000 - 1.0000i0-6.000012. 0000-L 00001工 00002.0000 + k0000i4.0000,00009.0000 - 1.000011.00009. 0000 4- 1. OOOOi(4)使用冒号表达式选出指定元素已知：A=1 2 3;4 5 6;7 8 9;求

5、A中第3列前2个元素；A中所有列第2, 3行的元素;A =14B ;方括号用magic函数生成一个4阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列-Editor - E:MATU. I回13 TOC o 1-5 h z 16235111097641415A =16231351110897612i141512311107614153、多项式(1)求多项式 p(x)=x3-2x-4的根 k=玉。1卡)x =2-1+i(2)已知A=1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4求矩阵A勺特征多项式 A=l, 2 3 5 0. 9;5 1,7 5 6;3 9 0 I; 1 2 3 4; p

6、=poly(A)1. 00006. 9000 -77. 2600 96. 1300 604.5500把矩阵A乍为未知数代入到多项式中； A=L 2 3 5 0.9;5 1,7 5 6;3 9 0 1 ; 1 2 3 4; P=A3-2*A-4403.6630601. 2500430.7200342.9400450.0300777.3130859.9100441.7300508.2400669.0500557. 6000413.7000490. 7260691. 5900502. 2400413. 7BOO4、基本绘图命令(1)绘制余弦曲线 y=cos(t) , t 0 , 2兀Editor -

7、2,“_画1!(2)在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5), t 0 , 2r Editor - E：h.0.55、基本绘图控制10-0.52绘制0, 4冗区间上的x1=10sint曲线，并要求:(D线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号;File Edit Text Go口白 IB，I Bet=.10: 0, 05: 4*pi;xl=10*sin (t);plot (tj x 1, r +) k(2)坐标轴控制：显示范围、刻度线、比例、网络线(3)口同 II-t = 0：0. 05: i+pi； xl=10sin(t); plot (t,

8、xl);axis normal;grid on;axis on;v=axis;标注控制：坐标轴名称、回S3,x冷口 斛X标题、相应文本;10 x1-10sintg Editor - E:MATLAB.,1953(2)编写函数文件：分别用for和while循环结构编写程序，求2的0到n次幕的和31,Editor - E:, =回 汉File Edit Text 立 EX 口同Ft 得I溷唱回I - D +1。， 1 -t=10:0.05:4*pi; fl-xl=10*sin(t);-plot (t4xl);t it le f xl=10smt xlabel (T t);-ylabel (J xl

9、* );6、基本程序设计(1)编写命令文件：计算1+2+n s6vhile 15)ansEditor - E:MATLAB+, = 回63（3）如果想对一个变量X自动赋值。当从键盘输入y或Y寸（表示是），X自动赋为1； 当从键盘输入n或N时（表示否），x自动赋为0;输入其他字符时终止程序。输入字符：y* =I输入字符：n* =0输入字符：a? Error using = s63 at 9输入字符错误实验二 控制系统的模型及其转换一、实验目的1、掌握建立控制系统模型的函数及方法；2、掌握控制系统模型间的转换方法及相关函数；3、熟悉控制系统模型的连接方法；4、掌握典型系统模型的生成方法。二、实验内

10、容：1.控制系统模型1.1系统的模型为，24G(s)=4(s 2)(s 6s 6)s(s 1)3(s3 3s2 2s 5)试建立系统的传递函数模型。rEditor - E:MATLABshiyan2sll.mTransfer function:4 晨3 + 32+ 72 s + 48屋7 + 6 s-6 + 14 s5 + 21 屋4 + 24 .3 + 17 s*2 + 5 s1.2已知单输入双输出系统的零极点模型3(s 12)G(s)=4(s 5)(s 3)(s 3)(s 4)(s 5)建立系统的零极点模型。Editor - E:MATLABshiyan2sl_2.m 6 回10Zero/

11、pole/gain iron input to output.,3 3+12)# 1:(s+3) (s+4) (s+5)4 (s+5) (s+3)#2:(s+3) (s+4) (s+5)1.3给定系统的状态空间表达式,x(t)=-2.81.41-1.8y(t)-1.40-0.3000-1.40.60 1一1102 x(t) +0.600 u(t)1建立系统的状态空间模型=匕 0 0 1 lx(t)11Zero/pole/gain:12 (s+12) (s+5) (s+3)b =ulxl 1x2 0 x3 1x4 0t s+5)(s+4)(s+3)xl*2x3x-1xl-2, BT. 400X2

12、1.4Q00 x31.g-0. 3-1.4-0,Bx4000.60 x 1 x2 惠 3 x4yl 0001d -ulyl 0Continuous-time model.2.控制系统模型的转换2.1将1.1的模型转换为零极点模型 Editor - EAMATLABshiyanAs21.mZer Q./pole/gain：4 (肝2) (s+k 26S) (s+44 732)s (s+1)*3(S+2.&04) (s2 + 0. 09584b + 1.722)2.2将1.2的模型转换为状态空间模型Editor - E:MATLABshiyan2s2.m12k3Q2, Editor，E:MATLA

13、B5hiyan2. I 1c =xlyl 0. 210904 09375y20.125ulyl 0y2 0Cent inuous-tie Miodel.2.3将1.3的模型转换为零极点模型Zero/pole/gain：0. 6 (s*2 + s + L 54)(s+1.4)-2 (s+1,061) S+0,3394) I3.控制系统模型的连接已知两个系统Xi 二0 1% .21Xi:Uiy1 - 1 3 反 u1010X2 =XUn21 -3 2 _1 2y2 = 1 4 】x2!L求按申联、并联、系统2联接在反馈通道时的负反馈系统的状态方程。 (1)串联13Editor - E;MATLAB

14、shiyan2s3,rna =xl x2 x3 x4 TOC o 1-5 h z xlQ100 x2-1-313xl k2 x3 x4yl 1400ulyl 0Cont inuous-t ime nodel.x30001x4001-2b -ulxl 0 x2 0 x3 0 x4 1并联* Editor - E;MATLABshiyan2s3,2.mL 口 I 回File Edit Text Go Cell Tools Debug Desktop n ? X口吕第1瑜T B.+. ,唱电瑁-1.0+1-1*噫啜is曲-XV ajeu-gbuj-0K i) “2);- bode(G)j hold

15、on- end( Bp)iupnEUEnz(Bap)也印叼二口1010101Q10Frequency rratl/secj3. 2 绘制当：8n =64分别取 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0 时的伯德图- s=tf C s) ;wn=8;- zet=D. 2, D. 41 瓦必瓦 L0, 1.5,Z 0;- for i=l: 7- G=wn 2/(si2+2*im*zet (:, i) *s+um2);-bode(G),hold on;- end21Bade DiagrgmFrequency (rad/sec)三、实验报告要求：编写实验内容中的相关程序在计算机中运行，程

16、序、运行结果及相关图形一并写在报告 0实验四动态仿真集成环境一Simulink一、实验目的1、熟悉Simulink模块库中常用标准模块的功能及其应用；2、掌握利用Simulink在用户窗口中建立控制系统仿真模型的方法;3、掌握模块参数和仿真参数的设置以及建立子系统的方法。二、实验内容1,用Simulink对以下系统进行仿真22小 2u(t),y(t)=8u(t),其中u(t)为系统输入, 仿真时t 30t 30y(t)为系统输出，仿真当输入为正弦信号时，输出的信号的波形,问 0t comet 3 (yout (:, l)j yout (:, 2), yout (：j 3), grid plot

17、S (yout , I), yout (:, 2), yaut (:；, 3) grid25实验五直流电机拖动系统控制器设计.试验目的学会 Controlsystem toolbol 下 SISOiS计工具使用.实验方法按照help下Controlsystem toolbol中“波特图设计方法”介绍的方法及步骤进行。.打开步骤：Help 搜索 siso contents Controlsystem toolbol Example DC Motor.(2)新建一个M文件，输入如下，运行，然后在命令窗口输入sisotool(G).回唱瑁眉- + 二X磁，-nun?Jl. 5;-den=l 14 4

18、0.02;- G=tf den)- sisotool26Example: DC MotorThe following sections use the DC motor example to show how create a compensator using Bode diagram design techniques. From SISO Example:The DC Motor, the transfer function of the DC motor isTransfer function:1.5sA2 + 14 s + 40.02For this example, the design criteria are as follows:Rise time of less than 0.5secondSteady-state error o