实验二用MATLAB建立传递函数模型

1、自动控制原理实验指导书2013年 4月自动控制原理实验指导书目 录实验一 典型系统的时域响应和稳定性分析 . 1实验二 用 MATLAB建立传递函数模型 . 5实验三 利用 MATLAB进行时域分析 . 13实验四 线性定常控制系统的稳定分析 . 25实验五 利用 MATLAB绘制系统根轨迹 . 29实验六 线性系统的频域分析 . 37实验七 基于 MATLAB控制系统频域法串联校正设计 . 51附录 1 MATLAB简介 . 58附录 2 SIMULINK简介. 67I自动控制原理实验指导书实验一 典型系统的时域响应和稳定性分析一、实验目的 ) n二、实验设备三、实验原理及内容 +1_图 1

2、-1 1 uF2 00 K2 0K2 uF5 00 KRr(t)_-C(t)1 0K1 0K_C (t)输出测 图 1-2 R 1自动控制原理实验指导书T ?0T1? K ? ? ，K，1W(s)? 。n K1C(S)R(S)+E(S)1_2图 1-3 R_C(t)输出测量端_图 1-4 :G(s)H(s)?:1G(s)H(s)0 。S3S2S1S02自动控制原理实验指导书 KKK四、实验步骤和“12s 1R= 。t Pp间t 。S R= ，M t 和t 实PpS 1R= 。 = 五、实验现象分析表 1-1响应情况PPSC测量值Kp160200 1过阻尼3自动控制原理实验指导书4Mp e2 t

3、 t sC(t ) 1e2，p 1p2nn表 1-2开环增益 K稳定性R(K)表 13R(K)临界稳定等幅振荡稳定衰减收敛41 .710054自动控制原理实验指导书实验二 用 MATLAB建立传递函数模型 b s b sm1 b sbmG(s) n m12mm1s a s a sann11n1n和 numdennum b ,b ,b ,b ;）12mm1den a ,a ,a ,a 12n1n ;() 例1 :s5G(s) s42s33s 4s52 s+2+2+3+4s+55自动控制原理实验指导书G例2 6(sG(s) (s s (s6)22 6s+s+6 5G(s)s(ss24 s(s z

4、)(s z )(s z )G(s) K12m(s p )(s p )(s p )12n Z和P，KGainij K;Z z z z ；12mP p p p ；12n() 例3 (s1.9294)(sj)(sj)(sj)G(s) 6 6自动控制原理实验指导书:6 +-+ + p 8(s1 j)(s1 j)G(s)s2(s5)(s6)(s 2, = ( k),p, =( )例4 6.8s 61.2s95.22G(s) s47.5s322s 19.5s2 s+ +例5 (s2)(s7)G(s) 6.8s(s3 j2)(s 7自动控制原理实验指导书 +s+ss25s6】已知系统传递函数G(s)s32s

5、 s28(ss。G(s)s(s5)(s6)(s图 ( ) = ） ；例6 11G (s) G (s) ，(s22s118自动控制原理实验指导书: s+1+3+3s+2: s+1+3+3s例7 s37s224s10s51G (s) ，2(s)H(s) ，1s 410s 35s 50sss132图 9自动控制原理实验指导书+s+s+2s1 G(s)s22s 3、 与 ） 图 ) 图 2 图 ） 10自动控制原理实验指导书） 示模块库)8 图 4 ） 在 )。 在 在 在和（ 和11自动控制原理实验指导书和 图 图 5 图 图 7 和， 较图 12自动控制原理实验指导书实验三 利用 MATLAB进行

6、时域分析 、 n D用() () n() 和 。n :3s 2s 5s 4s6432G(s) s53s44s32s 7s22 % 13自动控制原理实验指导书图 1() ) 或(,t) 或, ()() t0: :Tfinal 25】已知传递函数为：G(s) 2 4 25ss % % 14自动控制原理实验指导书图 2 % 从0到5 % c % 。 % 1 ； ；100 G(s)s25s15自动控制原理实验指导书y y和t My 所 16自动控制原理实验指导书ti3G(s) (s1i)(s1i) % % % C= =17自动控制原理实验指导书图 n n 18自动控制原理实验指导书阻尼比不同时的阶跃响

7、应曲线2=0=0.25=0.5=0.75=1edu10tilpmA012 n n n19自动控制原理实验指导书变化时系统的阶跃响应曲线wnwn=101edutilpmA0012和 n 0.2110.2101=0脉冲0.210.21-1020自动控制原理实验指导书0.210.210.2101=0阶跃0.210.210.2110 G(s)s22s102s(s)G；1s22ss20.5s(s) ，G；2s2s2s20.5s(s) ，G；2s3s2s(s) ，G。4s22s21自动控制原理实验指导书R(s)Y(s)图 R(s)Y(s)P(s)-0图 R(s)Y(s)P(s)0图 2(s) 、W nn0

8、s22 sn 22自动控制原理实验指导书 n 5(s2)(s (s)，(s4)(s 2s2 0.625(s2)(s(s) s=-4改(s0.5)(s 2s2成-10(ss (s)s=-2 (s4)(s 2s2s=- 23自动控制原理实验指导书1.05(0.4762s (s)(0.125sss s12 用 1.05 (s) s12s2 (s) 和(0.125sss s32(0.125sss s (s)42 (s) (s) 和(0.5ss s152 (s) (s) 和25（24自动控制原理实验指导书实验四 线性定常控制系统的稳定分析 R）Y）W（S）图 11(s)和 ）W(s)）Ws1s0.2）W

9、（S）图 单位反馈对系统稳结构形式系统传递函数单位闭环极点阶跃响应曲线定性的影响1开环a闭环25自动控制原理实验指导书1b111(s)）W(s)）W(s)）Ws1ssss232系统类型对系统稳定性的影响及规律单位阶跃响应曲线11s2s1s3s2 s0.2s0.2(s)）W(s)）W；s2s1s2s126自动控制原理实验指导书11(s)）W(s)）W(s0.2)(s s(s0.2)(s s22分析零极点的影响1(s0.2)(s2s1(s0.2)(s2sK2(s)，当W 。nns2 s2nnK1 n127自动控制原理实验指导书011128自动控制原理实验指导书实验五 利用 MATLAB绘制系统根轨

10、迹 ；sKsK s 2345s b sm1 b b(s z )(s z )(s z )numdenmG (s) K K K KG (s)1m1m12ms a s a san(s p )(s p )(s p )kn101n1n12nnumden1K0K29自动控制原理实验指导书了GG 0KKKR和RKR ) KPK(s) (s) Gs(ssk0 % % 30自动控制原理实验指导书。图 KK % K K K K31自动控制原理实验指导书图 Ktns在 1 ( )G s ( 10)s s；32自动控制原理实验指导书 ( )G s s2s置G K t。vs33自动控制原理实验指导书KK (as1) ）

11、G(s)）G(s)；ggTs1)(T s1)Ts1)(T s1)1212K）G(s)T T ，gTs1)(T s1)(ps1)1212Ta和p34自动控制原理实验指导书KgTs1)(T s1)12K (as1)gTs1)(T s1)12KgTsT s1)(12K (as1)K）G(s)）G(s)ggTs1)(T s1)Ts1)(T s1)(ps1)1212的T T 。12和K K gg与 K g定K 值)g迹K g 35自动控制原理实验指导书 （K（36自动控制原理实验指导书实验六 线性系统的频域分析. . (j )G 。b s b sm1 b sbmG(s)01m1ma s a s a sa

12、nn01n1nb (j)b j m1 b( )j b( )mG() 01m1ma (j)a j( )aj a( )nn01n1n。 % w） 解 ; 作 定。() （，37自动控制原理实验指导书，为 nnum(s) ; G(s) den(s) ww或 和 w 和ww1 G(s) 2 0.8 1ss% 38自动控制原理实验指导书图R0.5G(s)H(s)s32s2s0.539自动控制原理实验指导书() j 40自动控制原理实验指导书或 w,MATLAB w w或 10d10d 2和 112 12 log ( ) d log ( )d , 11221与12 由于伯德图是半对数坐标图且幅频图和相频图

13、要同时在一个绘图窗口中绘制，因此，要用到半对数坐标绘图函数和子图命令。） ，y xy，y， x y ） 41自动控制原理实验指导书 到 mn k 6 10(s G(s) s(s7) 。 分贝值， 2图 42自动控制原理实验指导书 % 从 至 % % % % 图 43自动控制原理实验指导书102 2 10s s G(s)H(s) 。 、 用 里 , m m。 G ） 表和 7 】 G(s) 2(s 2s s2)32 % 44自动控制原理实验指导书 % 图 ） o 45自动控制原理实验指导书100(s2 G(s) ，(ss s9)2 : = = = o 。图 k ( )G s 当 s(ss2) k

14、46自动控制原理实验指导书k ( )G s s(0.5s1)(0.1s1)31.6 ( )G s ss1)(0.1s1) k(s1) ( ) 作 G s (0.1 1)ss k ; H在 h G h G d Gd G(j)ejTG(j)e() ，jT1 G(s) eTss1当 , 。 47自动控制原理实验指导书 % 1% 图 图 ） ）KK） Ts1K） ） ）s）Ks2K 、 、 、 、 ） s2s21248自动控制原理实验指导书345K 0、T 、T Ts(T s1212KK 1 型系统：、（、 T 、 T 、sTssTs(T s12112K2、 ，s(s2 2s 2 )K 2、T s2T

15、s11 、c 、相穿频率 K 。gcg149自动控制原理实验指导书2 . ( ) 50自动控制原理实验指导书实验七 基于 MATLAB控制系统频域法串联校正设计 应 。 a 和 。 o G c图 51自动控制原理实验指导书图 w =率 。0.025s1G (s) s1c 1 。其中1、 2 、 % % )%52自动控制原理实验指导书 )图 图图 。28 K(s) Gs (0.2so2 。 , m ） 1和 2 53自动控制原理实验指导书54自动控制原理实验指导书图 图图 55自动控制原理实验指导书 。 ；23） 选 择 不 同 的 ， 计 算 或 查 出 不 同 的 值 ， 在 伯 特 图 上

16、 绘 制 )cc b和 T ；K 0(s)s ss500 ，幅值裕度h17dB的相角裕度满足K 40s1v(s)G。c56自动控制原理实验指导书 ()57自动控制原理实验指导书附录 1 MATLAB 简介 是 M toolbox 1.1 MATLAB 桌面系统 1 8 ） ） ） ） ） ） ） M 58自动控制原理实验指导书图 1 1.2 MATLAB命令窗口 或 菜单，在弹出的编程窗口中逐行输入命令，输入完毕后点击或 M s2:G(s)s22s6 59自动控制原理实验指导书 edutilpmA00123456 图 2 为 C A和 a1.3 MATLAB的帮助系统 。 60自动控制原理实验

17、指导书 的 1.4 MATLAB 基本操作命令1.4.1 语句以”开始和以分号；结束的特殊效用在 中 M 1.4.2 简单矩阵的输入 或 ） a 2 45a 1 2 34 5 6 a n a 961自动控制原理实验指导书a 1 2 34 5 67 8 9a ，2，3；4，5，67，8，在 ） M1.4.3 复数矩阵输入 i或 ） 3 7 ） 1 1和 1.4.4 MATLAB 语句和变量” ans14.2875是 62自动控制原理实验指导书 （5 e 。 e （7j” ) mag,phasebode(num,W) W1.4.5 获取工作空间信息 或 命 。1.4.6 常数与算术运算符1.60210e203 6.62252e23 。 与 63自动控制原理实验指导书1.4.7 选择输出格式 ）x1001x-1） x4/36x 51.3333 0.0000 x1.3333e00 06x1.33333333333333 0.00000123450000 x1.33333333333333e00 1.234500000000000e061.4.8 MATLAB 图形 64自动控制原理实验指导书 (。 , )（ 点y.SmoDx+-gb*wk:(N) N ( m n i ）( ) y )65