《控制工程基础》实验指导书(新)

PAGE PAGE7《控制工程基础》MATLAB仿真实验报告姓名：____________学号：________湖北民族学院理学院2011年8月目录TOC\o"1-1"\h\z\u实验一控制系统应用软件学习使用及典型控制系统建模分析 1实验二一、二阶系统时域特性分析 6实验三控制系统频域特性分析 8实验四控制系统稳定性仿真 11实验一控制系统应用软件学习使用及典型控制系统建模分析实验目的掌握MATLAB软件使用的基本方法；熟悉MATLAB的数据表示、基本运算和程序控制语句；熟悉MATLAB程序设计的基本方法。学习用MATLAB创建控制系统模型。实验原理实验仪器和用具实验方法与步骤掌握MATLAB软件使用的基本方法；用MATLAB产生下列系统的传递函数模型：>>num=[013211];den=[143232];sys=tf(num,den)ss=zpk(sys)Transferfunction:s^4+3s^3+2s^2+s+1s^5+4s^4+3s^3+2s^2+3s+2Zero/pole/gain:(s+2.206)(s+1)(s^2-0.2056s+0.4534)(s+3.181)(s^2+1.576s+0.7532)(s^2-0.7572s+0.8347)u(t)y(t)系统结构图如下所示，求有理多项式模型和u(t)y(t)z=[00];p=[0-2];k=[10];sys1=zpk(z,p,k);num=[0057];den=[1425];sys2=tf(num,den);sys=series(sys1,sys2)ss=tf(sys)Zero/pole/gain:50s^2(s+1.4)s(s+3.819)(s+2)(s^2+0.1809s+1.309)Transferfunction:50s^3+70s^2s^5+6s^4+10s^3+9s^2+10su(t)y(t)系统结构图如下所示，求有理多项式模型和u(t)y(t)系统结构图如下所示，求求有理多项式模型和零极点增益模型u(t)u(t)y(t)num1=[0010];den1=[120];sys1=tf(num1,den1);num2=[0057];den2=[1425];sys2=tf(num2,den2);sys=parallel(sys1,sys2)ss=tf(sys)Transferfunction:15s^3+57s^2+34s+50s^5+6s^4+10s^3+9s^2+10sTransferfunction:15s^3+57s^2+34s+50s^5+6s^4+10s^3+9s^2+10s6、有理多项式模型和零极点增益模型的相互转换(3,4,5)7、在Siumlink环境下实现如下系统的传递函数的求取。各环节传递函数自定。8，简要写出实验心得和问题或建议实验分析及结论记录程序记录与显示给定系统数学模型完成上述各题注意事项掌握MATLAB软件使用的基本方法；用Matlab产生系统的传递函数模型思考题怎样使用MATLAB软件？怎样用MATLAB产生系统的传递函数模型？实验二一、二阶系统时域特性分析实验目的利用MATLAB对一、二阶系统进行时域分析。掌握一阶系统的时域特性，理解时间常数T对系统性能的影响。掌握二阶系统的时域特性，理解二阶系统的两个重要参数ξ和ωn对系统动态特性的影响。实验原理有兴趣的读者可以用本节介绍的游动鼠标法求取此二阶系统的各项性能指标。实验仪器和用具实验方法与步骤一阶系统T分别为0.2、0.5、1、5时单位阶跃响应曲线num=[01];den1=[0.21];step(num,den1)holdonden2=[0.51];step(num,den2)holdonden3=[11];step(num,den3)holdonden4=[51];step(num,den4)gridlegend('T=0.2','T=0.5','T=1','T=5')二阶系统ωn=6,ξ分别为0.2、0.5、1时单位阶跃响应曲线kesai=[0.20.51];num=[0036];fori=1:3den=[112*kesai(i)36];step(num,den)holdonendgridlegend('kesai=0.2','kesai=0.5','kesai=1')2）ξ=0.7,ωn分别为2、4、12时单位阶跃响应曲线w=[2412];fori=1:3num=[00w(i)^2];den=[11.4*w(i)w(i)^2];step(num,den)holdonendgridlegend('w=2','w=4','w=12')num=[36];den=[1636];G=tf(num,den);%¼ÆËã×î´ó·åֵʱ¼äºÍËü¶ÔÓ¦µÄ³¬µ÷Á¿C=dcgain(G)[y,t]=step(G);plot(t,y)grid[Y,k]=max(y);Cmax=Ytimetopeak=t(k)percentovershoot=100*(Y-C)/C%¼ÆËãÉÏÉýʱ¼ä¡£n=1;whiley(n)<Cn=n+1;endrisetime=t(n)%¼ÆËãÎÈ̬ÏìӦʱ¼ä¡£i=length(t);while(y(i)>0.95*C)&(y(i)<1.05*C)i=i-1;endsetllingtime=t(i)3）键入程序，观察并记录单位阶跃响应曲线4）记录各响应曲线实际测取的峰值大小、峰值时间、超调量及过渡过程时间，并填表：num=[36];den=[1636];G=tf(num,den);%¼ÆËã×î´ó·åֵʱ¼äºÍËü¶ÔÓ¦µÄ³¬µ÷Á¿C=dcgain(G)[y,t]=step(G);plot(t,y)grid[Y,k]=max(y);Cmax=Ytimetopeak=t(k)percentovershoot=100*(Y-C)/C%¼ÆËãÉÏÉýʱ¼ä¡£n=1;whiley(n)<Cn=n+1;endrisetime=t(n)%¼ÆËãÎÈ̬ÏìӦʱ¼ä¡£i=length(t);while(y(i)>0.98*C)&(y(i)<1.02*C)i=i-1;endsetllingtime=t(i)实际值理论值峰值Cmax1.16301.1630峰值时间tp0.60740.5236超调量16.30110.1630过渡时间ts0.86501.3436实验分析及结论完成上述各题完成上述各题记录程序，观察记录单位阶跃响应曲线响应曲线及指标进行比较，作出相应的实验分析结果分析系统的动态特性注意事项注意一阶惯性环节当系统参数T改变时，对应的响应曲线变化特点，以及对系统的性能的影响。注意二阶系统的性能指标与系统特征参数ξ、ωn之间的关系。思考题一阶系统时间常数T对系统性能有何影响？二阶系统的两个重要参数ξ和ωn对系统性能有何影响？实验三控制系统频域特性分析实验目的加深理解频率特性的概念，掌握系统频率特性的测试原理及方法。利用MATLAB作出开环系统的奈奎斯特图和波特图，对控制系统特性进行分析。实验原理实验仪器和用具实验方法与步骤用Matlab作Nyquist图.系统开环传函为num=[151];den=[123];nyquist(num,den)grid用Matlab作Bode图.系统开环传函为num=[001];den=[10.41];bode(num,den)grid键入程序，观察并记录各种曲线实验分析及结论完成上述各题记录程序，观察记录各种曲线根据开环频率特性图分析闭环系统稳定性及其他性能作出相应的实验分析结果注意事项频率特性的概念频率特性的测试原理及方法。思考题典型环节的频率特性？怎样用奈奎斯特图和波特图对控制系统特性进行分析？实验四控制系统稳定性仿真实验目的加深理解稳定性的概念，掌握判断系统的稳定性的原理及方法。学会运用各种稳定判据来判断系统的稳定性及对控制系统稳定性进行分析。学会运用MATLAB对系统稳定性进行仿真。实验原理实验仪器和用具实验方法与步骤系统传函为，用以下三种方法试判断其稳定利用pzmap绘制连续系统的零极点图利用tf2zp求