晏國(guó)鈞 機(jī)械工程控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)一 MATLAB軟件基本操作1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、熟悉MATLAB人機(jī)界面和基本內(nèi)容。2、熟悉MATLAB基本操作方法。二、實(shí)驗(yàn)器材：PC 機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 1、了解 MATLAB 語(yǔ)言的基本功能和特點(diǎn)。2、了解 MATLAB 的基本界面。3、了解 MATLAB 的路徑搜索。4、掌握 MATLAB 的基本使用方法。matlab的主要功能：數(shù)學(xué)計(jì)算、開發(fā)工具、數(shù)據(jù)的可視化、交互式編輯創(chuàng)建圖形、集成的算法開發(fā)編程語(yǔ)言和環(huán)境、圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境、開放性、可擴(kuò)展性強(qiáng)、專業(yè)應(yīng)用工具箱。進(jìn)入matlab后，我們可以看到matlab上方的工具欄，位于左邊的工作區(qū)，位于右邊的命令行窗口。工具欄由主頁(yè)、

2、繪圖、應(yīng)用程序三部分構(gòu)成。大多數(shù)的操作如新建、保存文件可在工具欄主頁(yè)部分進(jìn)行，如打開simulink庫(kù) 當(dāng)然我們最經(jīng)常使用的是命令行窗口，將代碼寫進(jìn)命令行窗口，就可以用做各種任務(wù)，對(duì)它們進(jìn)行計(jì)算，模擬。在命令行窗口寫入的指令時(shí)，要仔細(xì)編寫，不然錯(cuò)了不容易修改，可以新建一個(gè)腳本，在彈出的編輯器里編寫，這樣就可以隨時(shí)修改。4、 實(shí)驗(yàn)心得與體會(huì)這次實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)是熟悉MATLAB的界面和基本功能以及基本的操作方法。第一次使用matlab軟件，感覺它的功能很豐富，是一款不錯(cuò)的應(yīng)用工具，在以后的學(xué)習(xí)工作中還有很多地方需要用上它，而現(xiàn)在我們所了解的知識(shí)可能只有他的九牛一毛吧，所以要想真正掌握它，我們應(yīng)該多

3、利用課余時(shí)間學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)二 MATLAB控制系統(tǒng)工具箱和符號(hào)運(yùn)算工具箱的使用1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、熟悉MATLAB的符號(hào)運(yùn)算工具箱的使用；2、初步了解MATLAB控制系統(tǒng)工具箱，能用MATLAB解決一些簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)的問題。如用MATLAB建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué) 、模型、求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)等。二、實(shí)驗(yàn)器材PC 機(jī)一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、已知求其相互串聯(lián)、并聯(lián)及反饋連接后的傳遞函數(shù),并求其零極點(diǎn)增益模型及狀態(tài)空間模型。 解：num1=5 4den1=1 15 6num2=1 3den2=1 2 5num,den=series(num1,den1,num2,den2)Chuanlian=tf(num,den)

4、z,p,k=tf2zp(num,den)A,B,C,D=tf2ss(num,den)num,den=parallel(num1,den1,num2,den2)binglian=tf(num,den)z,p,k=tf2zp(num,den)A,B,C,D=tf2ss(num,den)num,den=feedback(num1,den1,num2,den2，-1)fankuilianjie=tf(num,den)z,p,k=tf2zp(num,den)A,B,C,D=tf2ss(num,den)任務(wù)一結(jié)果：串聯(lián)：G = 5 s2 + 19 s + 12 - s4 + 17 s3 + 41 s2 +

5、 87 s + 30并聯(lián)：B = 6 s3 + 32 s2 + 84 s + 38 - s4 + 17 s3 + 41 s2 + 87 s + 30反饋：A = 5 s3 + 14 s2 + 33 s + 20- s4 + 17 s3 + 46 s2 + 106 s + 42零極點(diǎn)模型：GG = 5 (s+3) (s+0.8) - (s+14.59) (s+0.4113) (s2 + 2s + 5)零極點(diǎn)模型：BB = 6 (s+0.5589) (s2 + 4.774s + 11.33) - (s+14.59) (s+0.4113) (s2 + 2s + 5)零極點(diǎn)模型：AA = 5 (s+0

6、.8) (s2 + 2s + 5) - (s+14.28) (s+0.4785) (s2 + 2.237s + 6.144)狀態(tài)空間方程：cuanlian = A = x1 x2 x3 x4 x1 -17 -41 -87 -30 x2 1 0 0 0 x3 0 1 0 0 x4 0 0 1 0 B = u1 x1 1 x2 0 x3 0 x4 0 C = x1 x2 x3 x4 y1 0 5 19 12 D = u1 y1 0狀態(tài)空間方程：binglian = A = x1 x2 x3 x4 x1 -17 -41 -87 -30 x2 1 0 0 0 x3 0 1 0 0 x4 0 0 1 0

7、 B = u1 x1 1 x2 0 x3 0 x4 0 C = x1 x2 x3 x4 y1 6 32 84 38 D = u1 y1 0狀態(tài)空間方程：fufankui = A = x1 x2 x3 x4 x1 -17 -46 -106 -42 x2 1 0 0 0 x3 0 1 0 0 x4 0 0 1 0 B = u1 x1 1 x2 0 x3 0 x4 0 C = x1 x2 x3 x4 y1 5 14 33 20 D = u1 y1 02.解；num1=2 5 1den1=1 2 3num2=5 10den2=1 10num,den=feedback(num1,den1,num2,de

8、n2，-1)fankuilianjie=tf(num,den)z,p,k=tf2zp(num,den)A,B,C,D=tf2ss(num,den)uy+-3.解：n1=0.5,1;d1=0.1,1;n2=10;d2=1,2,0;n0,d0=series(n1,d1,n2,d2);n3=1;d3=1;nc,dc=feedback(n0,d0,n3,d3)printsys(nc,dc)num/den = 5 s + 10 - 0.1 s3 + 1.2 s2 + 7 s + 104.已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為:,求該系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)、單位階躍響應(yīng)、單位速度響應(yīng)、單位加速度響應(yīng)。 解：num=2 20 50

9、den=1 15 84 223 309 240 100G=tf(num,den)num1=2 20 50den1=1 15 84 223 309 240 100 0G1=tf(num1,den1)t=0:0.1:200y,T=impulse(G,t)ya,T=step(G,t)yb,T=step(G1,t)i=0:1:2000u=t.2/2yc=lsim(G,u,i)plot(T,y,-)xlabel(t/s),ylabel(x(t),title(單位脈沖響應(yīng))grid onplot(T,ya,-.)xlabel(t/s),ylabel(x(t),title(單位階躍響應(yīng))grid onplo

10、t(T,yb,-)xlabel(t/s),ylabel(x(t),title(單位速度響應(yīng))grid onplot(t,yc, -)legend(u(t) , xo(t) , e(t) )xlabel(t/s),ylabel(x(t),title(單位加速度響應(yīng))grid on題4結(jié)果：（2）典型的二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)為： 當(dāng)取2、4、6、8、10、12的單位階躍響應(yīng)。程序如下：t=0:0.001:5;num = 36;tao=2; num = tao2; den = 1 1.4*tao tao2; G1=tf(num,den);tao=4; num = tao2; den = 1 1.4*tao

11、 tao2; G2=tf(num,den);tao=6; num = tao2; den = 1 1.4*tao tao2; G3=tf(num,den);G4=tf(num,den);tao=10; num = tao2; den = 1 1.4*tao tao2; G5=tf(num,den);tao=12; num = tao2; den = 1 1.4*tao tao2; G6=tf(num,den);y1,T=step(G1,t);y2,T=step(G2,t);y3,T=step(G3,t);y4,T=step(G4,t);y5,T=step(G5,t);y6,T=step(G6,

12、t);plot(T,y1,r-,T,y2,g-,T,y3,y-,T,y4,r.,T,y5,g.,T,y6,y.);legend(tao=2,tao=4,tao=6,tao=8,tao=10,tao=12);xlabel(t(sec),ylabel(x(t); grid on;yss=1; dta=0.02;r=1; while y1(r)1-dta&y1(s)1+dta; s=s-1; endts1=(s-1)*0.001;r=1; while y2(r)1-dta&y1(s)1+dta; s=s-1; endts2=(s-1)*0.001;r=1; while y3(r)1-dta&y1(s

13、)1+dta; s=s-1; endts3=(s-1)*0.001;r=1; while y4(r)1-dta&y1(s)1+dta; s=s-1; endts4=(s-1)*0.001;r=1; while y5(r)1-dta&y1(s)1+dta; s=s-1; endts5=(s-1)*0.001;r=1; while y6(r)1-dta&y1(s)1+dta; s=s-1; endts6=(s-1)*0.001;tr1 tp1 mp1 ts1;tr2 tp2 mp2 ts2; tr3 tp3 mp3 ts3;tr4 tp4 mp4 ts4; tr5 tp5 mp5 ts5; tr6

14、 tp6 mp6 ts6; 實(shí)驗(yàn)圖像：運(yùn)行結(jié)果如下：ans =1.6430 2.2000 0.0460 1.0000 0.8220 1.1000 0.0460 0.7770 0.5480 0.7330 0.0460 0.5180 0.4110 0.5500 0.0460 0.3880 0.3290 0.4400 0.0460 0.31000.2740 0.3670 0.0460 0.2590四、實(shí)驗(yàn)心得與體會(huì)這次實(shí)驗(yàn)是第二次實(shí)驗(yàn)，也是我們第一次親手操作。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較多，但我們需要注意的是仔細(xì)寫入代碼，注意檢查格式是否正確。程序代碼還是要去加以理解，才真正掌握編寫程序的方法。第一次用matlab

15、繪制出傳遞函數(shù)圖的時(shí)候，還是感覺挺神奇的，然而這個(gè)軟件的功能還有很多需要我們?nèi)W(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)三 MATLAB串聯(lián)校正控制器設(shè)計(jì)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、熟練掌握用MATLAB語(yǔ)句繪制頻域曲線；2、掌握控制系統(tǒng)頻域范圍內(nèi)的分析校正方法；3、掌握用頻率特性法進(jìn)行串聯(lián)校正設(shè)計(jì)的思路和步驟。二、實(shí)驗(yàn)器材: PC機(jī)一臺(tái)3、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：任務(wù)一：?jiǎn)挝环答佅到y(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,是確定串聯(lián)校正裝置的特性，使系統(tǒng)滿足在斜坡函數(shù)作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差小于0.1，相角裕度r大于等于 。4、 實(shí)驗(yàn)程序及結(jié)果：k=11numg=1;deng=1 1 0num,den=series(k,1,numg,deng)w=logspace(-

16、1,2,200)mag,phase,w=bode(tf(num,den),w)Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(mag,phase,w)Phi=(45-Pm+10)*pi/180alpha=(1-sin(Phi)/(1+sin(Phi)M=10*log10(alpha)*ones(length(w),1)semilogx(w,20*log10(mag(:),w,M);grid on;hold on;k=11T=1/(4.19*sqrt(alpha)numh=1;denh=1 1 0numhc=T 1;denhc=alpha*T 1nums,dens=series(numhc,denhc

17、,numh,denh)num1,den1=series(k,1,nums,dens)w=logspace(-1,2,200)mag,phase,w=bode(tf(num1,den1),w)Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(mag,phase,w)bode(tf(num,den),w)grid on;hold on;title(相位裕度=,num2str(Pm); 實(shí)驗(yàn)圖形： 5、 實(shí)驗(yàn)心得與體會(huì)這次實(shí)驗(yàn)是我們第三次實(shí)驗(yàn)，這次實(shí)驗(yàn)總的來說雖然沒有上次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多，但難度要大一點(diǎn)，由幾處地方，我都沒弄清楚，問了老師和同學(xué)才知道了，主要是對(duì)軟件不能熟練掌握。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果出來以后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)原來用

18、matlab給傳遞函數(shù)校正是一件很容易的事情，如果你自己用手繪制的話，你的工作量將會(huì)增加不少。實(shí)驗(yàn)四 Simulink仿真環(huán)境基本應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、初步了解simulink的作用、原理；2、能用simulink軟件包對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單地建模、仿真和分析；3、能用simulink進(jìn)行PID控制器的調(diào)試。二、實(shí)驗(yàn)器材：PC 機(jī)一臺(tái)3、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、畫出所給題目的SIMULINK仿真模型。2、記錄所給題目的響應(yīng)波形，并分析參數(shù)對(duì)響應(yīng)曲線的影響。（分別畫出 P、I、D三種控制器單獨(dú)作用下的波形，并分析三種控制器對(duì)系統(tǒng)性能的影響，給出PID作用下的幾組波形，整定參數(shù)使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)。 ）四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1、