自動控制原理實驗評測報告mathlab建模

1、-3-/18自動控制原理實驗報告學(xué)院:班級:姓名:學(xué)號:指導(dǎo)老師:機電工程學(xué)院實驗一：在MATLAB創(chuàng)建系統(tǒng)模型一、實驗?zāi)康模? 熟悉MATLA桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模塊的使用方法。2 通過觀察典型環(huán)節(jié)在單位階躍信號作用下的動態(tài)特性，加深對各典型環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線的理解。二、實驗過程：1. 傳遞函數(shù)模型的建立1) 多項式形式的傳遞函數(shù)課本例2.23上機操作過程如下：»nvun=l1;den=1560;sys=tf(nun,den)5+1+5+6sContlnuous-timetransferfunction.課本P62,習題2-3上機操作過程如下:!'Newt

2、oMATLAB?WatchthisViTeaseeDerioeorreadGettingEtmrtmd,xsymssf(s)=Z/(s*(s+2»ft=ilaplacetf)-exp1-2*t)>>symssf(s)=10/(s*(s+l)*(s+10):ft=ilaplace-f'eap(-L0*t)/9-(10*£5tp(t)/3+1»synssf<s)=(2*(s4-2)/(<s+l)*(s"2+4):ft=ilaplace(f)ft(s)-(2*exp(-1)/5-(2*cos(2*t)/5+(6*sixi(2*t

3、)/5»syiissf(s)=(s+l)/(s*2):ft=ilaplac(f?ft(s)=t+12) 零、極點形式的傳遞函數(shù)課本例2.24上機操作過程如下：CommandWindowiNewtoMATLAB?WatchthisWdg詮?fù)觥逼榷鷕eadGettingSt曰rt亡乩»z=-1;p=0-2-3;sys=zpk(z,pj1)(s+1)s(s+2)(s+3)Continuous-tzero/pole/<ainmodel.3) 分子、分母為因式乘積形式的傳遞函數(shù)課本例2.25上機操作過程如下：1NewtoMATLAB?WatchthisVidwdseeDernm

4、,orreadGetticciStjarted.>>nuivi=11:>>den=conv(IlOLconv(t2>13):>>systf(rui叫den)s+1Continucus-timetransferfunction,2.Simulink建模課本例題上機操作如下：設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：1G(s廠s(s+1)將其轉(zhuǎn)換成Simulink框圖，輸入為階躍信號，它的Simulink框圖如下所示:比例環(huán)節(jié)G(s)二1和G(s)=2的SIMULINK圖形建模操作如下;aAISIS9比例環(huán)節(jié)Gl(s)的SIMULINK圖形如下圖所示:個人資料整理僅

5、限學(xué)習使用比例環(huán)節(jié)Gl(s)=y=laplace(l+2*t)1/s+2/sJ2>>symsty;laplace(3+7*t+t*2)3/s+7/s2+2/s3»syjfistylaplacefexp'-t1l/<s+D的SIMULINK圖形3.課后練習用matlab求下列函數(shù)的拉氏變換<習題2-1)，上機操作過程如圖所示:CcmiTundV'indaw、實驗過程:-7-/18Cj)NewtcMATLAB?WatchthisseeWmgorreadGettingSt日rtwd»symsty;y=laplace(xpHt)-l-2*ex

6、p(-2*t'*+t+exp-3*t)y=l/(s+1)+2/(3+2)+l/(s+3)-2»symsty;y=laplace(t+1)'2)y=exp(s)*(eip(-s)*(s"2+2*s+2)-2)/s*3+2/s"3)»symsty;y=laplace+2*cos*2*t'+exp1-t'*sin*2*t1)(2*s)/(s*2+4)+2/(s'2+4)+2/(s+1)"2+4)CommandWindow廠NewtoMATLAB?WatchthisWdwdseeDemgorreadGetting

7、金srtmT,»synstyy=laplace(t#ezp*'-t)+2*t*eos(tJ)l/(s+1)”2-2/fsR2+1)+(4*s，2)/(sA2+1)2»symsty：y=laplacei+sm13*tj-2*+*cos11j1(6*s)/(sA2+&)"2+2/(b2+1)-(4*s2)/(s'2+1)"2實驗二：在MATLAB算特征根及繪制根軌跡圖一、實驗?zāi)康模?掌握MATLAB的根軌跡繪制方法;2. 學(xué)會利用根軌跡進行系統(tǒng)分析。1)例3-21試利用MATLAB函數(shù)求例3.1中k=2.k=20時系統(tǒng)的特征根，并分別

8、判定穩(wěn)定性。上機操作過程如下：>>num=2。den=conv(10,conv(0.11,0.251>>。g=tf(num,den>。sys=feedback(g,1>。>>pzmap(sys>p=pole(sys>P=-11.0314-1.4843+2.2470i-1.4843-2.2470inFigure14囤FileEditViewInsertToolsDesktopWindowHslp'aj叫決甥®遲謠|鳳|口15|國Pole-ZeroMapRealAxis(seconds-2)例3-22二階系統(tǒng)如圖3.13

9、所示，設(shè)Wn=1,試研究系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)與參數(shù)的關(guān)系。(通|3匚口：3即®型玄家匚一6BE一上機操作過程如下：>>w=1。>>num=wT。>>figure(1>。個人資料整理僅限學(xué)習使用>>holdon。>>forx=0.2:0.1:1.2den=12*x*wwA2。sys=tf(num,den>。step(sys>endgridonStepResponse1.50510152025旳Time(smoccIs)K3)開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)仝1繪制其閉環(huán)根軌跡s(s+1)(s+2)上機輸入程序如下：>

10、>z=。p=0,-1,-2。k=1。sys=zpk(z,p,k>。rlocus(sys>運行結(jié)果：1&LLSystem:sysGain:2.43Pole:-0.203-0.946iDamping:0.21Overshoot(%):50.9,-Frequency(rad/sec):0.968rrrrtrrRootLocus-6-5-4-3-2-101RealAxis4321oPXA9a卩2-4) 例4-20利用MATLAB程序繪制例4-11的廣義根軌跡上機輸入程序如下：num=1。den=120。g=tf(num,den。rlocus(g。holdonfork1=0.1

11、:0.2:3num=1。den=12k10。sys=tf(num,den。rlocus(sysend運行結(jié)果如下：-11-/18RootLocus-6-4RealAxis(seconds-1)5）習題4-1設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)二Ks(s10)試用解讀法繪制增益K從0-二變化時的閉環(huán)根軌跡，用MATLAB繪制出上機輸入程序如下。num=1。den=conv(10,110>rlocus(num,den>運行結(jié)果如下：RootLocu-202ReslAxis(seeonds-1)2o2WPLIduo)興-證4館匚一63E-實驗三：控制系統(tǒng)的頻域分析法、實驗?zāi)康?1 掌握

12、用MATLAB語句繪制各種頻域曲線。2 掌握控制系統(tǒng)的頻域分析方法。二、實驗過程：1）例題1.系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=10(2s1)(s1)(0.1s1)繪制Bode圖、Nyquist曲線和Nichols曲線的MATLAB程序如下:num=10。den=conv(21,conv(11,0.11>>gh=tf(num,den>。figure(1>bode(gh>grid個人資料整理僅限學(xué)習使用figure(2>nyquist(gh>figure(3>nichols(gh>Ngrid執(zhí)行后的Bode圖、Nyquist曲線和Nich

13、ols曲線為:B&deDiagram50-1OD一mp)Qpnuu&EP-270rr-iiii4I1ii11IIJP5一.甲LI11l>Nii1i<11IIiL-I-Lf-丫iibiiiii1iiiF"»!««=11il!4piiajV曠7|ii：1|i|iIiiiai|ii1:ipiiiiai311i|haiil>41bd1>iiI1»l>l>1k1k>i11111»>11i4111i1i1l>41Rnnia1111111i>hiiiniini11HlIll

14、iiitiiiiihi11tl>41I*1111Pl>1*1P1P41l>111P41P41141i1Mhna1iibriiiiiiI：Ii1iiiii<iiibii14i:iiiiiiiiiipii1iia|tiuiliapp|11|Ii1111111rl13I11ai|ii«-f-R#卜i*鼻aai卜ihaiaaillahiiiaignihiiIniiaaiI1111RIllbl>41kVV141PI>4l>l<1V1l<><1l<111|i111411111a1l>4iiirniabi1iriihii

15、iainiiiii11141141111iiiiii11NliII|Hii1iiiiiLl>PI11II11l«|1111|Irl|JI|11|iiihi>41ltdIib1i111iii11H<11i11Ii>i1>1114i111l>a11IIiiaii1biiiiiia<S_iiii|nii|ii1iniiihicl1Iiiini111l>41|i9l>141*111»I!*1*<!11h41141W191i1M_TT-r-hh卜-*H1-9-ht-HB-Tt-F-M+T-l1-'卜卜I+iS卜H-&

16、#187;-11PItaip|a|iIi|p1vix.1*Iv1|dpI|14|1i|g11Pd11ilI1ii11*IIiii<i1i1iil!1riSj1Iiib1i1'ii1i111l>11maihai1riiiarilai«vkiiiiiaiiarii:iiii111II111tl>41kll>141G11Ii11'1*1k41產(chǎn)11k4114111141l>4ilnaiiaiiiri»iiiiiiaiiiiaiiaiiiij111UD11t1*111V14l>V11V|i1*1V1iI1l>1i11M141

17、111l«1ihFH1bIm>FR1：1I11IITilH1TJ1'ii1fi1fti1111-b-1-1-11+'1IIiiii1OQn1-#-/18Frequency(rad/sNyquistDiagram旻<Aje亡_bm£-6810氏巳引Axis個人資料整理僅限學(xué)習使用-21-/182）典型二階系統(tǒng)G(s)二s2-2-ns<繪制出n=6,=0.1,0.3,0.5,0.8,2的bode圖，記錄并分析對系統(tǒng)bode圖的影響。num=0036。den1=11.236。den2=13.636。den3=16.036。den4=19.636。

18、den5=12436。w=logspace(-2,3,100>。bode(num,den1,w>。gridtext(4.2,-15,'|?=0.1'>holdbode(num,den2,w>。text(2.5,-22,'|?=0.3'>bode(num,den3,w>。text(13.5,-150,'|?=0.5'>bode(num,den4,w>。text(24,-157,'|?=0.8'>bode(num,den5,w>。text(1.4,-45,'|?=2.

19、0'>)DDQCeau.knaaMLugdTesanp200-20-40-60-80-1000-45BodeDiagram-1801-.Eo0=0亍).1rr12-.01=E5：08-90-135-2-110011010Frequency(rad/sec)21010310實驗四：控制系統(tǒng)的設(shè)計一、實驗?zāi)康模? 掌握用MATLAB語句繪制各種頻域曲線。2 掌握控制系統(tǒng)的校正設(shè)計方法。二、實驗過程：1)試利用MATLAB命令完成例6.9的控制系統(tǒng)設(shè)計。G(s)二k，設(shè)k=100。s(0.1s+1)MATLAB的程序如下：k=100。num=k。den=conv(10,0.11>Gp=tf(num,den>。h0,r0,wg0,wc0=margin(Gp>wm=40。L=bode(Gp,wm>Lwc=20*log10(L>。a=10A(-0.1*Lwc>。T=1/(wm*sqrt(a>>。phi=asin(a-1>/(a+1>>Gc=(1/a>*tf(a*T1,T1>Gc=a*Gc。G=series(Gc,Gp>。bode(G,Gp,'-'>gridh,r,wg,wc=margin(G>執(zhí)行的結(jié)果如下：(HP)apZFN匚m席左(00>P