(完整word版)控制系統(tǒng)CAD課程形考作業(yè)四參考答案

1、控制系統(tǒng) CAD形成性考核冊-1 -(不同頻率、幅值、相頻特性)2.若sys為系統(tǒng)傳遞函數(shù)，在函數(shù)mag,phase,w=bode(sys)中，函數(shù)的返回值mag和phase。(頻率特性的幅頻值、相位)3.若sys為系統(tǒng)傳遞函數(shù)，函數(shù)margin (sys)的功能是： _ ，它和函數(shù)bode(sys)的區(qū)別在于： _。(繪制系統(tǒng)的 Bode 圖、所繪制的 Bode 圖上帶有穩(wěn)定裕量標(biāo)記)4.若sys為系統(tǒng)傳遞函數(shù)，函數(shù)nyguist (sys)的功能是： _。(繪制系統(tǒng)的 Nyquist 曲線)二、簡答題姓學(xué)名：號：控制系統(tǒng) CAD 作業(yè) 4得分：教師簽名：第7章一、填空題輸入信號的穩(wěn)Xo1.

2、 A(j=G(jj稱為系統(tǒng)的幅頻特性，它描述系統(tǒng)對態(tài)響應(yīng)衰減(或放大)的特性。C ) = G(j )稱為系統(tǒng)的特性，它描述系統(tǒng)對不同頻率輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，相位滯后(0)或超前(0)的特性。分別表示控制系統(tǒng) CAD形成性考核冊-2 -、K1.已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G(s)二s(s“(s 5)，利用bode()函數(shù)可分控制系統(tǒng) CAD形成性考核冊-3 -別繪制出K取不同值時系統(tǒng)的Bode圖如題圖7-1所示，請根據(jù)Bode圖，分析系統(tǒng)開環(huán)增益K對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。題圖 7-1 不同 K 取值下的系統(tǒng) Bode 圖（系統(tǒng)的幅頻特性曲線隨著K 的增大，位置提高，因此曲線2 所對應(yīng)的 K

3、相對較大，從圖中還可知，曲線 2所對應(yīng)的幅值裕量約為-10（ dB），相位裕量約為-23 度，對應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)為不穩(wěn)定。）2.在上題的Bode圖中，簡述用鼠標(biāo)移動的方法求取穩(wěn)定裕量的步驟。在 Bode 圖曲線上任意一點(diǎn)用鼠標(biāo)左鍵單擊，曲線上便會標(biāo)注出“同時系統(tǒng)會顯示單擊點(diǎn)的對數(shù)幅頻（或相頻）值以及對應(yīng)的頻率。此時若按住鼠標(biāo)左鍵并拖動圖中的“:則顯示的數(shù)據(jù)隨著“ ”位置的改變而變化。在開環(huán)對數(shù)頻率特性上，幅值裕量的定義為：h - -20lg Gk（jg），（Q是相角 必3）=-180的頻率）相位裕量的定義為：襯=猟c）-（-二）。（3c是20lg Gk（j ） =0的頻率），據(jù)此即可求出系統(tǒng)的幅值

4、裕量和相位裕量50kpwrAanMrnaMM1-一23580225-270110Bode Diagram-101010Frequency (rad/sec)控制系統(tǒng) CAD形成性考核冊-4 -三、編程題1.若系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為：y（t） =1-1.8er弋肌耳（t0），試求系統(tǒng)的頻率特性表控制系統(tǒng) CAD形成性考核冊-5 -達(dá)式(提示：利用 MATLAB 符號運(yùn)算功能，分別對輸入、輸出信號進(jìn)行拉氏變換，并對結(jié)果化簡,中的拉氏變換函數(shù)為 laplace()syms t s w;Y=1-1.8*exp(-4*t)+0.8*exp(-9*t);disp(w=,num2str(w(j) disp(幅

5、頻=,num2str(mag) disp(幅角=,num2str(phase) end w=0.5幅頻=17.8885幅角=-153.4349R=1;YS=laplace(Y,t,s);RS=laplace(R,t,s);GS=YS/RS;GSS=simple(GS);GSF=factor(GS);GW=subs(GSF,s,i*w)GW =36/(i*w + 9)*(i*w + 4)2.已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為即:G(s)H (s)二36(9 j )(4 j )10_s(2s 1)(s20.5s 1)試分別計算當(dāng)3=0.5和3=2時開環(huán)頻率特性的幅頻值A(chǔ)( 3)和幅角值(K 3)。clc;c

6、learw=0.5,2;%3=0.5、2num=10;den=conv(conv(1 0,2 1),1 0.5 1);G=tf(num,den);%求得傳遞函數(shù)for j=1:length(w)H=freqresp(G,w(j);%求得頻率響應(yīng)mag=abs(H);%求復(fù)數(shù) H 的模phase=angle(H)*180/pi;%求復(fù)數(shù) H 的幅角并把單位轉(zhuǎn)化為度MA TLAB控制系統(tǒng) CAD形成性考核冊-6 -w=2幅頻=0.38348幅角=32.47123.已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:Gg二10_s(0.1s 1)(0.04s 1)試：(1)繪制對數(shù)幅頻特性曲線以及相頻特性曲線;(2)確定系統(tǒng)

7、相位裕量丫和幅值裕量h以及對應(yīng)的截止頻率3 和相位穿越頻率clc;clf;clearnum=10;3g。den=conv(conv(1 0,0.1 1),0.04 1);%開環(huán)傳遞函數(shù)分母多項式系數(shù)Gk=tf(num,den)bode(Gk);gridGm,Pm,Wg,Wc=margin(Gk)Gmdb=20*log10(Gm)Gm = 3.5000Pm = 35.7873Wg = 15.8114Wc = 7.6120Gmdb = 10.88144.設(shè)負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為: 值。%求得開環(huán)傳遞函數(shù)%求得系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量以及對應(yīng)的頻率%將幅值裕量轉(zhuǎn)化為分貝值Gk(s)10( .s -1)s(

8、sTO)，試確定系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定時T的臨界clc;clearden=conv(1 0,1 -10);t=0:0.01:100;for i=1:length(t)num=10*t(i) 1;Gk=tf(num,den);Gm,Pm,Wg,Wc=margin(Gk);%求得系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量及對應(yīng)的頻率控制系統(tǒng) CAD形成性考核冊-7 -控制系統(tǒng) CAD形成性考核冊-8 -if Gm=1|Pm=0 t(i) breakendendans=1幅頻特性曲線，并求出系統(tǒng)的諧振峰值和諧振頻率。clc;clf;clearnum=5;den=conv(conv(1 0,0.1 1),1 1);%求取開環(huán)傳遞函數(shù)一、填

9、空題1.常用的串聯(lián)校正有_ _和_ 三種方式。(相位超前校正、相位滯后校正、相位滯后-超前校正)0 4s +12.某串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)為：Gc(s)，該串聯(lián)校正裝置提供的是0.1s +1Mr=20*log10(M)wr=w(n)%求取諧振頻率bode(Gb,w);grid%繪制閉環(huán)對數(shù)頻率特性Mr =12.6957wr = 2.1500M,n=max(mag);%求取諧振峰值幅值5.已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:Gk(s)二5s(0.1s 1)(s 1)試?yán)L制出系統(tǒng)的閉環(huán)Gb=feedback(Gk%求取閉環(huán)傳w=0:0.01:100;%設(shè)定分析的頻率起止范圍mag,phase=bod

10、e(Gb,w);%求得頻率響應(yīng)Gk=tf(num,den)控制系統(tǒng) CAD形成性考核冊-9 -_ 校正。它能改善系統(tǒng)的 _ 。超前(微分)、穩(wěn)定性和快速性3.MATLAB提供的單輸入/單輸出系統(tǒng)可視化設(shè)計工具SISO Design Tool是一種基于_或_的系統(tǒng)設(shè)計工具。(根軌跡分析、頻域性能指標(biāo))4.欲使用SISO Design Tool對系統(tǒng)進(jìn)行校正設(shè)計，需在MATLAB命令窗口輸入_ 令啟動SISO Design Tool。rltool(sys)二、簡答題在使用SISO Design Tool對系統(tǒng)進(jìn)行校正設(shè)計時，若要調(diào)整校正裝置提供的零、極點(diǎn)位置，系統(tǒng)提供了哪兩種方法？請簡述各自的操作

11、步驟。(在使用 SISO Design Tool 對系統(tǒng)進(jìn)行校正設(shè)計時，若要調(diào)整校正裝置提供的零、極點(diǎn)位置，除了可以在顯示系統(tǒng)根軌跡的SISO Design for SISO Design Task”窗口用鼠標(biāo)拖移零極點(diǎn)外，還可以再在Control andEstimation Tools Manager”窗口中選擇 Compensator Editor選項卡，在 Location 文本框中能準(zhǔn)確設(shè)定所添加的 開環(huán)零點(diǎn)和極點(diǎn)的位置。)三、編程題101.已知某單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：Gk(S)，校正裝置的傳遞函數(shù)為:s(2s +1)(10s 1)(2s 1)Gc(s)=(100s.機(jī)。2s J

12、)，試?yán)L制出系統(tǒng)校正前和校正后的對數(shù)幅頻特性曲線以及校正裝置的對數(shù)幅頻特性曲線，并求出校正后的相位裕量YWc)oclc;clf;clear控制系統(tǒng) CAD形成性考核冊-10 -num0=10;den0=conv(1 0,2 1);numc=conv(10 1,2 1);denc=conv(100 1,0.2 1);G0=tf(num0,den0)Gc=tf(numc,denc)Gk=G0*GcGm,Pm,Wg,Wc=margin(Gk);bode(G0,b,Gk,r,Gc,g);gridPm = 73.6339 (度)Y45，試確定串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)（提示：串聯(lián)超前校正）clc;clf;c

13、learnum0=1000;den0=cnv(1 0,cnv(0.001 1,0.1 1);G0=tf(num0,den0)r=45;ep=10;r0=Pm0;a=(1+sin(p)/(1-sin(p);% 計算amag20=20*lg10(mag0);Mcm=-10*lg10(a);Wm=spline(mag20,w,Mcm);%求得3mT=1/(Wm*sqrt(a);numc=a*T 1;denc=T 1;G=G0*GcGm,Pm,Wg,Wc=margin(G)figure(1)bde(G0,b,G,r,Gc,g);grid2.單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:Gk(s)1000s(0.001s 1)(0.1s 1)若要求其相位裕量Gm0,Pm0,Wg0,Wc0=margin(G0);%求得校正前系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量以及對應(yīng)的頻率p=(