控制工程基础matlab大作业

控制工程基础大作业MATLAB软件应用2021年春季学期专业名称：班级：姓名：学号：成绩：授课教师：一、教学目的：在循序渐进的学习了控制系统的工作原理、分析控制系统动态性能的时域分析法及频域分析法、改善系统性能的有效途径等方面的基本理论和基础知识后，学生能够掌握现代工程工具MATLAB软件使用的基本方法，应用MATLAB软件工具进行控制系统的建模、性能分析和综合设计，具备分析与解决实际工程问题的能力。二、内容要求：1.控制系统建模（1）确定所研究的闭环反馈控制系统，清晰表述系统的具体工作原理及参数条件；（同学们可以通过查阅相关的文献资料、生活或者工程实践中的实际案例确定自己所研究的闭环反馈控制系统）（2）绘制闭环反馈控制系统的职能方框图、函数方框图，并建立系统的传递函数形式的数学模型。2．应用MATLAB软件进行控制系统性能分析针对所选定的闭环控制系统，应用MATLAB软件完成以下工作：（1）控制系统频域特性分析分别使用Nyquist函数和Bode函数绘制系统的开环奈奎斯特图和开环波德图，并附程序清单。（2）控制系统稳定性分析判定控制系统的稳定性，并进行控制系统相对稳定性分析，计算稳定性裕量，并附程序清单。（3）控制系统时域特性分析使用step函数绘制控制系统的单位阶跃响应曲线，分析控制系统响应的快速性指标，分析比较结构参数变化对系统性能的影响，并附程序清单。三、作业书写注意事项：1．封皮格式按照此模板内容，不必更改，完整填写相应的个人信息；2．正文按照第二部分内容要求的顺序分项书写，给出运行结果并附上完整的编写程序清单（同时提交电子版程序）；3．本模板及要求保留，另起一页书写正文的内容成果，A4纸双面打印，左侧装订；4．杜绝抄袭，如果雷同，按照零分计；5．采用百分制记分，占期末课程总成绩的10%，大作业评分详情见《控制工程基础》MATLAB大作业评分标准。《控制工程基础》MATLAB大作业评分标准评分标准内容方面评分依据分值对所选案例控制原理分析描述的准确、清晰情况；20分系统职能方框图的绘制；系统函数方框图的绘制；20分系统稳定性、快速性、准确性分析；30分系统综合特性的分析，是否需要进行综合校正，校正方法确定；10分参考文献收集文献资料应在５篇以上；参考文献著录按国家标准著录引用规范，并按标准格式书写参考文献。10分书写规范性大作业书写格式规范性（包括排版、图号图名、表号表名、公式输入及公式号等）；语言叙述的通顺性，分析时逻辑关系清晰程度等。10分控制工程基础大作业正文1.控制系统建模(1)我所研究的闭环反馈控制系统为保温锅控制系统∶工作原理：当温度下降到钢簧片开关保温温度预定值后接通主发热盘下侧的小功率保温发热片、保温热电偶产生的热量辐射到主发热盘进行保温、当温度上升到钢簧片开关保温最高温度预定值后又断开，保温发热片在保温温度钢簧片开关反复地开通与断开电源而达到保温效果。(2)绘制闭环反馈控制系统的职能方框图、函数方框图，并建立系统的传递函数形式的数学模型。图1职能方框图(1）热电偶温度单元有热敏元件构成，热敏元件的输出端电压的大小正比于所测温度的大小。且灵敏度系数和给定单元一样为Ke。故所测电压为Uf为:H(2)控制器将偏差信号放大K(3)加热器在数学建模中，电饭煲的系统模型可以近似的认为是惯性系统，通过查取相关案例，对已有的电热系统模型以及功率消耗值的计算，部件之一加热底盘的数学模型的传递函数为：G(4）电炉一般将电路看一阶惯性环节，其传递函数为:开环传递函数为:G(s)=200闭环传递函数为:G图2函数方框图应用MATLAB软件进行控制系统性能分析针对所选定的闭环控制系统，应用MATLAB软件完成以下工作：（1）控制系统频域特性分析分别使用Nyquist函数和Bode函数绘制系统的开环奈奎斯特图和开环波德图，并附程序清单。图3开环奈奎斯特图图4开环波德图num=[100];den=conv([2.8,1.037],[13,120]);g=tf(num,den);nyquist(g)bode(g)（2）控制系统稳定性分析判定控制系统的稳定性，并进行控制系统相对稳定性分析，计算稳定性裕量，并附程序清单。图5闭环波德图系统稳定系统的幅值裕量为Inf系统的相位裕量为InfG=tf([20,100],[10.08,122.31,390.89,156.84])sys=feedback(G,1);z=[tzero(sys)]'p=[pole(sys)]'ii=find(real(p)>0);n1=length(ii);ij=find(real(z)>0);n2=length(ij);if(n1>0),disp('系统不稳定!');...else,disp('系统稳定');endif(n2>0),disp('系统不是最小相位系统!');endmargin(G)[Gm,Pm,Wcp]=margin(G);PGm=num2str(20*log(Gm));PPm=num2str(Pm);Gms=char('系统的幅值裕量为',PGm);Pms=char('系统的相位裕量为',PPm);disp(Gms);disp(Pms);（3）控制系统时域特性分析使用step函数绘制控制系统的单位阶跃响应曲线，分析控制系统响应的快速性指标，分析比较结构参数变化对系统性能的影响，并附程序清单。num=[20,100]den=[10.08,122.31,390.89,156.84];G1=tf(num,den)step(G1);图6单位阶跃响应由图像显示，系统无峰值时间与最大超调量，调整时间相对较短反应速度相对较快。令K=1000;G=tf([200,1000],[10.08,122.31,390.89,1156.84])sys=feedback(G,1);z=[tzero(sys)]'p=[pole(sys)]'ii=find(real(p)>0);n1=length(ii);ij=find(real(z)>0);n2=length(ij);if(n1>0),disp('系统不稳定!');...else,disp('系统稳定');endif(n2>0),disp('系统不是最小相位系统!');endmargin(G)[Gm,Pm,Wcp]=margin(G);PGm=num2str(20*log(Gm));PPm=num2str(Pm);Gms=char('系统的幅值裕量为',PGm);Pms=char('系统的相位裕量为',PPm);disp(Gms);disp(Pms);num=[200,1000]den=[10.08,122.31,390.89,1156.84];G1=tf(num,den)step(G