自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)五

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上東南大學(xué)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)室實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱： 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)名稱： 實(shí)驗(yàn)五 Matlab/Simulink仿真實(shí)驗(yàn) 院（ 系）： 自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 實(shí) 驗(yàn) 室： 實(shí)驗(yàn)組別： 同組人員： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 2017/12/8 評(píng)定成績(jī)： 審閱教師： 目 錄一實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵髮?shí)驗(yàn)?zāi)康模?學(xué)習(xí)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的多種表達(dá)方法，并會(huì)用函數(shù)相互轉(zhuǎn)換。2學(xué)習(xí)模型串并聯(lián)及反饋連接后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)。3掌握系統(tǒng)BODE圖，根軌跡圖及奈奎斯特曲線的繪制方法。并利用其對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。4掌握系統(tǒng)時(shí)域仿真的方法，并利用其對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。預(yù)習(xí)要求：參閱相關(guān)Matlab

2、/Simulink參考書，熟悉能解決題目問(wèn)題的相關(guān)Matlab函數(shù)。二實(shí)驗(yàn)原理Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書寫程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，S

3、imulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。.構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問(wèn)MATLAB大量的工

4、具來(lái)進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。三實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)步驟1已知H（s）=，求H（s）的零極點(diǎn)表達(dá)式和狀態(tài)空間表達(dá)式。2已知，。（1） 求兩模型串聯(lián)后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)。（2） 求兩模型并聯(lián)后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)。（3） 求兩模型在負(fù)反饋連接下的系統(tǒng)傳遞函數(shù)。3 作出上題中（1）的BODE圖，并求出幅值裕度與相位裕度。4 給定系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，繪制系統(tǒng)的根軌跡圖與奈奎斯特曲線，并求出系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的增益K的范圍。5 對(duì)內(nèi)容4中的系統(tǒng)，當(dāng)K=10和40時(shí)，分別作出閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，要求用Simulink實(shí)現(xiàn)。四實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材配置裝有MATL

5、AB的電腦一臺(tái)。五實(shí)驗(yàn)記錄1已知H（s）=，求H（s）的零極點(diǎn)表達(dá)式和狀態(tài)空間表達(dá)式。在MATLAB中輸入以下代碼得：>> num5=0.05,1;den5=conv(0.2,1,0.1,1);A B C D=tf2ss(num5,den5);%求狀態(tài)空間表達(dá)式zero=zpk(tf(num5,den5);%零極點(diǎn)表達(dá)式求得狀態(tài)空間表達(dá)式：A = -15.0000 -50.0000 1.0000 0 B = 1 0C =2.5000 50.0000D = 0線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型為：xt=Axt+Bu(t)yt=Cxt+Du(t)零極點(diǎn)表達(dá)式：>> zerozero

6、 = 2.5 (s+20) - (s+10) (s+5) Continuous-time zero/pole/gain model.G（s）=2.5 (s+20) (s+10) (s+5)2已知，。a) 求兩模型串聯(lián)后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)。b) 求兩模型并聯(lián)后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)。c) 求兩模型在負(fù)反饋連接下的系統(tǒng)傳遞函數(shù)。在MATLAB中輸入以下程序：num1 = 1,5; den1 = conv(1,1,1,2); den1 = conv(den1,1,0);H1 = tf(num1,den1);num2 = 1; den2 = 1,1; H2 = tf(num2,den2);num3,den3 =

7、series(num1,den1,num2,den2); G1 = tf(num3,den3);%串聯(lián)num4,den4 = parallel(num1,den1,num2,den2); G2 = tf(num4,den4);%并聯(lián)G3 = feedback(H1,H2) ;%負(fù)反饋得：兩模型串聯(lián)后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)：G1 = s + 5 - s4 + 4 s3 + 5 s2 + 2 s Continuous-time transfer function.兩模型并聯(lián)后的系統(tǒng)傳遞函數(shù):G2 = s3 + 4 s2 + 8 s + 5 - s4 + 4 s3 + 5 s2 + 2 s Continuo

8、us-time transfer function.兩模型在負(fù)反饋連接下的系統(tǒng)傳遞函數(shù):G3 = s2 + 6 s + 5 - s4 + 4 s3 + 5 s2 + 3 s + 5 Continuous-time transfer function.6 作出上題中（1）的BODE圖，并求出幅值裕度與相位裕度。在MATLAB中輸入以下程序：bode(num3,den3); grid on;%Bode圖g,p,wg,wp = margin(num3,den3); %g幅值裕度，p相位裕度BODE圖：幅值裕度：g = 0.5576相位裕度：p = -19.36627 給定系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，繪制系統(tǒng)

9、的根軌跡圖與奈奎斯特曲線，并求出系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的增益K的范圍。在MATLAB中輸入以下程序：>> num6=1; den6 = conv(1,2,1,2,5); G = tf(num6,den6);>> rlocus(num6,den6); K為正值時(shí)的根軌跡圖：K為負(fù)值時(shí)的根軌跡圖：由上圖可得系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的增益K的范圍為：-10<K<26畫出Nyquist曲線圖為：nyquist(num6,den6);8 對(duì)內(nèi)容4中的系統(tǒng)，當(dāng)K=10和40時(shí)，分別作出閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，要求用Simulink實(shí)現(xiàn)。Simulink仿真圖如下：閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線：K=10時(shí)：K=40時(shí)：七實(shí)驗(yàn)結(jié)論Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具對(duì)我們自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究具有巨大的幫助作用，Simulink提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。利用sinmulink和MTALAB既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分析與計(jì)算，又可以利