自動控制理論實驗

1、課程簡介課程簡介1自動控制理論實驗自動控制理論實驗電氣與新能源學院自動化系電氣與新能源學院自動化系實驗地點：電氣科學樓實驗地點：電氣科學樓E2-209Email：聯(lián)系方式：聯(lián)系方式高?。ǜ呓。┱n程簡介課程簡介2課時安排：課時安排：4學時（學時（1+1+2）成績評定：實驗過程成績評定：實驗過程10分分+實驗報告（三份）實驗報告（三份）5分分實驗內(nèi)容：一、控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應分析（實驗內(nèi)容：一、控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應分析（1學時）學時）（對應實驗指導書實驗四）（對應實驗指導書實驗四） 二、控制系統(tǒng)的根軌跡分析（二、控制系統(tǒng)的根軌跡分析（1學時）學時）（對應實驗指導書實驗六）（

2、對應實驗指導書實驗六） 三、控制系統(tǒng)的頻域分析（三、控制系統(tǒng)的頻域分析（2學時）學時）（對應實驗指導書實驗七）（對應實驗指導書實驗七）使用教材：自動控制理論實驗指導書使用教材：自動控制理論實驗指導書 課程簡介課程簡介3課程簡介課程簡介4課程簡介課程簡介5 目前，目前，MATLAB已經(jīng)成為國際最流行的科學與工程計已經(jīng)成為國際最流行的科學與工程計算軟件之一。它以模塊化的計算方法、可視化與智能化的算軟件之一。它以模塊化的計算方法、可視化與智能化的人機交互功能、豐富的矩陣運算、圖形繪制和數(shù)據(jù)處理函人機交互功能、豐富的矩陣運算、圖形繪制和數(shù)據(jù)處理函數(shù)，以及模塊化的動態(tài)系統(tǒng)仿真工具，成為控制系統(tǒng)設計數(shù)，以

3、及模塊化的動態(tài)系統(tǒng)仿真工具，成為控制系統(tǒng)設計和仿真領(lǐng)域最受歡迎的軟件系統(tǒng)。和仿真領(lǐng)域最受歡迎的軟件系統(tǒng)。 在歐、美大學的應用代數(shù)、數(shù)量統(tǒng)計、自動控制、數(shù)字在歐、美大學的應用代數(shù)、數(shù)量統(tǒng)計、自動控制、數(shù)字信號處理、模擬與數(shù)字通信、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿信號處理、模擬與數(shù)字通信、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書中，都把真等課程的教科書中，都把MATLAB作為其中的內(nèi)容。作為其中的內(nèi)容。課程簡介課程簡介61、有高性能數(shù)值計算的高級算法，特別適合矩陣代數(shù)領(lǐng)域；、有高性能數(shù)值計算的高級算法，特別適合矩陣代數(shù)領(lǐng)域；2、有大量事先定義的數(shù)學函數(shù)，并且有很強的用戶自定義、有大量事先定義的數(shù)學函數(shù)，并

4、且有很強的用戶自定義函數(shù)的能力；函數(shù)的能力；3、有強大的繪圖功能；、有強大的繪圖功能；4、有完整的幫助功能；、有完整的幫助功能；5、適合個人應用的強有力的面向矩陣（向量）的高級程序、適合個人應用的強有力的面向矩陣（向量）的高級程序設計語言；設計語言；6、具有與其它語言編寫的程序結(jié)合和輸入輸出格式化數(shù)據(jù)、具有與其它語言編寫的程序結(jié)合和輸入輸出格式化數(shù)據(jù)的能力；的能力；7、有在多個應用領(lǐng)域解決難題的工具箱。、有在多個應用領(lǐng)域解決難題的工具箱。課程簡介課程簡介7在命令窗口中，在命令窗口中，可以直接輸入命可以直接輸入命令行來實現(xiàn)計算令行來實現(xiàn)計算或作圖功能?；蜃鲌D功能。課程簡介課程簡介8程序編輯器中編

5、程序編輯器中編寫腳本文件（類寫腳本文件（類似于批處理文件）似于批處理文件）和函數(shù)文件。和函數(shù)文件。打開編輯器打開編輯器編譯和運行編譯和運行課程簡介課程簡介9help命令命令Help選項選項課程簡介課程簡介10單步執(zhí)行單步執(zhí)行變量輸入變量輸入命令執(zhí)行命令執(zhí)行課程簡介課程簡介11錯誤說明錯誤說明沒有分號沒有分號有分號有分號課程簡介課程簡介121、注意、注意()與與的區(qū)別；的區(qū)別；2、注意空格、逗號和分號的區(qū)別；、注意空格、逗號和分號的區(qū)別；3、注意單引號的字符區(qū)別（單引號中可以輸入中文）；、注意單引號的字符區(qū)別（單引號中可以輸入中文）；4、注意保存圖表要用、注意保存圖表要用“另存為另存為”，要改文

6、件名；，要改文件名；5、注意及時保存圖表，電腦重啟后數(shù)據(jù)丟失。、注意及時保存圖表，電腦重啟后數(shù)據(jù)丟失。課程簡介課程簡介13實驗目的：實驗目的：1、掌握用、掌握用MATLAB進行瞬態(tài)響應分析計算的方法；進行瞬態(tài)響應分析計算的方法；2、掌握用、掌握用MATLAB求系統(tǒng)的單位階躍響應的方法；求系統(tǒng)的單位階躍響應的方法；3、掌握用、掌握用MATLAB求系統(tǒng)的單位脈沖響應的方法；求系統(tǒng)的單位脈沖響應的方法；4、掌握用、掌握用MATLAB求系統(tǒng)的單位斜坡響應的方法；求系統(tǒng)的單位斜坡響應的方法；5、掌握用、掌握用MATLAB求系統(tǒng)對任意信號的響應的方法。求系統(tǒng)對任意信號的響應的方法。實驗要求：實驗要求：1、

7、實驗圖表的標題上必須注明姓名（中文）和學號；、實驗圖表的標題上必須注明姓名（中文）和學號；2、按照實驗步驟獨立完成針對以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)、按照實驗步驟獨立完成針對以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應分析。包括實驗步驟的瞬態(tài)響應分析。包括實驗步驟1、2、3、4、5中的傳遞函中的傳遞函數(shù)部分，狀態(tài)空間部分不做要求。數(shù)部分，狀態(tài)空間部分不做要求。課程簡介課程簡介14 2225425sG sss1、系統(tǒng)表示：以、系統(tǒng)表示：以s的降冪排列的降冪排列02251425numden2251425numden2、系統(tǒng)獲?。骸⑾到y(tǒng)獲?。?systf num den系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述課程簡介課

8、程簡介153、單位階躍響應：、單位階躍響應：4、單位脈沖響應：、單位脈沖響應：0:0.1:30:0.01:5,ttystep num denystep num den tstep num denstep num den tstep sysstep sys t計算系統(tǒng)的單位階躍響應計算系統(tǒng)的單位階躍響應時間間隔取值時間間隔取值,impulse num denimpulse num den t計算系統(tǒng)的單位脈沖響應計算系統(tǒng)的單位脈沖響應課程簡介課程簡介165、圖形繪制：、圖形繪制：6、任意輸入信號的響應：、任意輸入信號的響應：, ,lsim num den r t計算系統(tǒng)在任意輸入和計算系統(tǒng)在任意

9、輸入和初始條件下的時間響應初始條件下的時間響應1, 1, , 2, 2, plot xyxyogrid在圖形上加網(wǎng)格線在圖形上加網(wǎng)格線繪制線性坐標圖形繪制線性坐標圖形r和和t表示輸入信號表示輸入信號 , ,titlexlabelylabeltext x y在當前圖形中添加標題在當前圖形中添加標題在圖形上添加坐標說明在圖形上添加坐標說明在圖形上添加文字說明在圖形上添加文字說明課程簡介課程簡介17生成的圖表和數(shù)據(jù)：生成的圖表和數(shù)據(jù)：1、步驟、步驟2中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的單位階躍響應曲線圖；系統(tǒng)的單位階躍響應曲線圖；25425)(2sssG2、步驟、步驟3中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的單

10、位脈沖響應曲線圖；系統(tǒng)的單位脈沖響應曲線圖；21( )0.21G sss3、步驟、步驟4中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的單位斜坡響應曲線圖；系統(tǒng)的單位斜坡響應曲線圖；21( )1G sss 4、步驟、步驟5中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的單位斜坡響應曲線圖系統(tǒng)的單位斜坡響應曲線圖（包括輸入信號曲線）；（包括輸入信號曲線）；21( )1G sss 5、實驗步驟中要求的其它數(shù)據(jù)和分析。、實驗步驟中要求的其它數(shù)據(jù)和分析。課程簡介課程簡介18實驗目的：實驗目的：1、掌握用、掌握用MATLAB進行根軌跡分析的方法。進行根軌跡分析的方法。實驗要求：實驗要求：1、實驗圖表的標題上必須注明姓名和學號；、實驗圖

11、表的標題上必須注明姓名和學號；2、按照實驗步驟獨立完成針對以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)、按照實驗步驟獨立完成針對以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)的根軌跡分析。包括實驗步驟的根軌跡分析。包括實驗步驟1、2、3、5。課程簡介課程簡介19 1212.1010.mnszszsznumKKspspspden 1、系統(tǒng)表示：以、系統(tǒng)表示：以s的降冪排列的降冪排列2、s多項式乘積：多項式乘積：,cconv a ba、b兩個兩個s多項式的乘積多項式的乘積 1212.mnszszsznumGKKspspspden特征方程特征方程等效開環(huán)傳遞函數(shù)等效開環(huán)傳遞函數(shù)課程簡介課程簡介203、畫根軌跡：、畫根軌跡：4、確定增益：、確

12、定增益：,0.5,r Krlocus num denr Krlocus num den Krlocus num denrlocus num den Ksgrid計算根軌跡計算根軌跡由根軌跡的一組根確定相應的增益由根軌跡的一組根確定相應的增益,K rrlocfind num den在在rlocus命令之后使用，把可移動的命令之后使用，把可移動的x-y坐標覆蓋到屏幕上，利用鼠標把坐標覆蓋到屏幕上，利用鼠標把x-y坐標的原點配置到根軌跡希望的點上，并且點擊鼠標左鍵。在屏幕上坐標的原點配置到根軌跡希望的點上，并且點擊鼠標左鍵。在屏幕上會顯示該點的坐標、增益值、以及相當于該增益值的閉環(huán)極點。會顯示該點的

13、坐標、增益值、以及相當于該增益值的閉環(huán)極點。打開根軌跡上阻尼比打開根軌跡上阻尼比=0.5的網(wǎng)格線的網(wǎng)格線（書上有錯誤）（書上有錯誤）課程簡介課程簡介215、圖形繪制：、圖形繪制：, plot r x繪制線性坐標圖形繪制線性坐標圖形 6666vaxis vaxissquare 將繪圖區(qū)域設置成平方縱橫比將繪圖區(qū)域設置成平方縱橫比設定坐標軸范圍設定坐標軸范圍課程簡介課程簡介22生成的圖表：生成的圖表：1、步驟、步驟2中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的根軌跡圖；系統(tǒng)的根軌跡圖；23( )( )1416K sG s H ss sss2、步驟、步驟3中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的根軌跡圖；系統(tǒng)的根軌跡圖

14、；432( )( )1.110.35KG s H sssss3、步驟、步驟5中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的根軌跡圖。系統(tǒng)的根軌跡圖。2( )45KG ss ss5、實驗步驟中要求的其它數(shù)據(jù)和分析。、實驗步驟中要求的其它數(shù)據(jù)和分析。4、步驟、步驟5中要求的阻尼比中要求的阻尼比=0.5的閉環(huán)極點、對應增益值、對應的閉環(huán)極點、對應增益值、對應所有極點的坐標等數(shù)據(jù)和分析；所有極點的坐標等數(shù)據(jù)和分析；課程簡介課程簡介23實驗目的：實驗目的：1、掌握用、掌握用MATLAB作作Bode圖的方法；圖的方法；2、掌握用、掌握用MATLAB作作Nyquist圖的方法；圖的方法；3、掌握用、掌握用MATLAB求系

15、統(tǒng)的增益裕度、相位裕度、相位交求系統(tǒng)的增益裕度、相位裕度、相位交接頻率、增益交接頻率的方法；接頻率、增益交接頻率的方法；4、掌握用、掌握用MATLAB求閉環(huán)系統(tǒng)的諧振峰值、諧振頻率和帶求閉環(huán)系統(tǒng)的諧振峰值、諧振頻率和帶寬的方法。寬的方法。實驗要求：實驗要求：1、實驗圖表的標題上必須注明姓名和學號；、實驗圖表的標題上必須注明姓名和學號；2、按照實驗步驟獨立完成針對以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)、按照實驗步驟獨立完成針對以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)的頻域分析。包括實驗步驟的頻域分析。包括實驗步驟1、2、4。課程簡介課程簡介241、畫伯德圖：、畫伯德圖：2、畫奈奎斯特圖：、畫奈奎斯特圖：,mag phase

16、wbode num den wbode num den wmag phase wbode num denbode num denbode sys生成伯德圖生成伯德圖系統(tǒng)頻率響應的實部和虛部系統(tǒng)頻率響應的實部和虛部頻率響應的幅值和相角頻率響應的幅值和相角指定頻率向量指定頻率向量,re im wnyquist num den wnyquist num den wre im wnyquist num dennyquist num dennyquist sys生成奈奎斯特圖生成奈奎斯特圖課程簡介課程簡介25 ,max20*log10mag phase wbode num den wmp kmagrpm

17、prfw k3、開環(huán)系統(tǒng)特性：、開環(huán)系統(tǒng)特性：4、閉環(huán)系統(tǒng)特性：、閉環(huán)系統(tǒng)特性：,gm pm wcp wcgmargin num den生成裕度和頻率生成裕度和頻率諧振峰值（分貝）諧振峰值（分貝）增益裕度、相位裕度、相位交接增益裕度、相位裕度、相位交接頻率、增益交接頻率頻率、增益交接頻率諧振頻率諧振頻率 120*log1031nwhilemag nnnendbandwidthw n 帶寬帶寬課程簡介課程簡介264、其它命令：、其它命令：12,logspace d dn, , , , ,:semilogx w magdB o w dBmaxw dBmin, , ,:semilogx w phase o w pmaxw pmin 20*10alogm50*1,100aones課程簡介課程簡介27生成的圖表：生成的圖表：1、步驟、步驟1中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的伯德圖；系統(tǒng)的伯德圖；225( )425G sss2、步驟、步驟2中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 的開環(huán)系統(tǒng)伯德圖、幅值曲的開環(huán)系統(tǒng)伯德圖、幅值曲線半對數(shù)坐標圖、相角曲線半對數(shù)坐標圖、閉環(huán)