控制工程基礎(chǔ)matlab大作業(yè)

控制工程基礎(chǔ)大作業(yè)MATLAB軟件應(yīng)用2021年春季學(xué)期專業(yè)名稱：班級：姓名：學(xué)號：成績：授課教師：一、教學(xué)目的：在循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)了控制系統(tǒng)的工作原理、分析控制系統(tǒng)動態(tài)性能的時域分析法及頻域分析法、改善系統(tǒng)性能的有效途徑等方面的基本理論和基礎(chǔ)知識后，學(xué)生能夠掌握現(xiàn)代工程工具M(jìn)ATLAB軟件使用的基本方法，應(yīng)用MATLAB軟件工具進(jìn)行控制系統(tǒng)的建模、性能分析和綜合設(shè)計，具備分析與解決實際工程問題的能力。二、內(nèi)容要求：1.控制系統(tǒng)建模（1）確定所研究的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，清晰表述系統(tǒng)的具體工作原理及參數(shù)條件；（同學(xué)們可以通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料、生活或者工程實踐中的實際案例確定自己所研究的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)）（2）繪制閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的職能方框圖、函數(shù)方框圖，并建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)形式的數(shù)學(xué)模型。2．應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)性能分析針對所選定的閉環(huán)控制系統(tǒng)，應(yīng)用MATLAB軟件完成以下工作：（1）控制系統(tǒng)頻域特性分析分別使用Nyquist函數(shù)和Bode函數(shù)繪制系統(tǒng)的開環(huán)奈奎斯特圖和開環(huán)波德圖，并附程序清單。（2）控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析判定控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并進(jìn)行控制系統(tǒng)相對穩(wěn)定性分析，計算穩(wěn)定性裕量，并附程序清單。（3）控制系統(tǒng)時域特性分析使用step函數(shù)繪制控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，分析控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性指標(biāo)，分析比較結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響，并附程序清單。三、作業(yè)書寫注意事項：1．封皮格式按照此模板內(nèi)容，不必更改，完整填寫相應(yīng)的個人信息；2．正文按照第二部分內(nèi)容要求的順序分項書寫，給出運行結(jié)果并附上完整的編寫程序清單（同時提交電子版程序）；3．本模板及要求保留，另起一頁書寫正文的內(nèi)容成果，A4紙雙面打印，左側(cè)裝訂；4．杜絕抄襲，如果雷同，按照零分計；5．采用百分制記分，占期末課程總成績的10%，大作業(yè)評分詳情見《控制工程基礎(chǔ)》MATLAB大作業(yè)評分標(biāo)準(zhǔn)。《控制工程基礎(chǔ)》MATLAB大作業(yè)評分標(biāo)準(zhǔn)評分標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容方面評分依據(jù)分值對所選案例控制原理分析描述的準(zhǔn)確、清晰情況；20分系統(tǒng)職能方框圖的繪制；系統(tǒng)函數(shù)方框圖的繪制；20分系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性分析；30分系統(tǒng)綜合特性的分析，是否需要進(jìn)行綜合校正，校正方法確定；10分參考文獻(xiàn)收集文獻(xiàn)資料應(yīng)在５篇以上；參考文獻(xiàn)著錄按國家標(biāo)準(zhǔn)著錄引用規(guī)范，并按標(biāo)準(zhǔn)格式書寫參考文獻(xiàn)。10分書寫規(guī)范性大作業(yè)書寫格式規(guī)范性（包括排版、圖號圖名、表號表名、公式輸入及公式號等）；語言敘述的通順性，分析時邏輯關(guān)系清晰程度等。10分控制工程基礎(chǔ)大作業(yè)正文1.控制系統(tǒng)建模(1)我所研究的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)為保溫鍋控制系統(tǒng)∶工作原理：當(dāng)溫度下降到鋼簧片開關(guān)保溫溫度預(yù)定值后接通主發(fā)熱盤下側(cè)的小功率保溫發(fā)熱片、保溫?zé)犭娕籍a(chǎn)生的熱量輻射到主發(fā)熱盤進(jìn)行保溫、當(dāng)溫度上升到鋼簧片開關(guān)保溫最高溫度預(yù)定值后又?jǐn)嚅_，保溫發(fā)熱片在保溫溫度鋼簧片開關(guān)反復(fù)地開通與斷開電源而達(dá)到保溫效果。(2)繪制閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的職能方框圖、函數(shù)方框圖，并建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)形式的數(shù)學(xué)模型。圖1職能方框圖(1）熱電偶溫度單元有熱敏元件構(gòu)成，熱敏元件的輸出端電壓的大小正比于所測溫度的大小。且靈敏度系數(shù)和給定單元一樣為Ke。故所測電壓為Uf為:H(2)控制器將偏差信號放大K(3)加熱器在數(shù)學(xué)建模中，電飯煲的系統(tǒng)模型可以近似的認(rèn)為是慣性系統(tǒng)，通過查取相關(guān)案例，對已有的電熱系統(tǒng)模型以及功率消耗值的計算，部件之一加熱底盤的數(shù)學(xué)模型的傳遞函數(shù)為：G(4）電爐一般將電路看一階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為:開環(huán)傳遞函數(shù)為:G(s)=200閉環(huán)傳遞函數(shù)為:G圖2函數(shù)方框圖應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)性能分析針對所選定的閉環(huán)控制系統(tǒng)，應(yīng)用MATLAB軟件完成以下工作：（1）控制系統(tǒng)頻域特性分析分別使用Nyquist函數(shù)和Bode函數(shù)繪制系統(tǒng)的開環(huán)奈奎斯特圖和開環(huán)波德圖，并附程序清單。圖3開環(huán)奈奎斯特圖圖4開環(huán)波德圖num=[100];den=conv([2.8,1.037],[13,120]);g=tf(num,den);nyquist(g)bode(g)（2）控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析判定控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并進(jìn)行控制系統(tǒng)相對穩(wěn)定性分析，計算穩(wěn)定性裕量，并附程序清單。圖5閉環(huán)波德圖系統(tǒng)穩(wěn)定系統(tǒng)的幅值裕量為Inf系統(tǒng)的相位裕量為InfG=tf([20,100],[10.08,122.31,390.89,156.84])sys=feedback(G,1);z=[tzero(sys)]'p=[pole(sys)]'ii=find(real(p)>0);n1=length(ii);ij=find(real(z)>0);n2=length(ij);if(n1>0),disp('系統(tǒng)不穩(wěn)定!');...else,disp('系統(tǒng)穩(wěn)定');endif(n2>0),disp('系統(tǒng)不是最小相位系統(tǒng)!');endmargin(G)[Gm,Pm,Wcp]=margin(G);PGm=num2str(20*log(Gm));PPm=num2str(Pm);Gms=char('系統(tǒng)的幅值裕量為',PGm);Pms=char('系統(tǒng)的相位裕量為',PPm);disp(Gms);disp(Pms);（3）控制系統(tǒng)時域特性分析使用step函數(shù)繪制控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，分析控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性指標(biāo)，分析比較結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響，并附程序清單。num=[20,100]den=[10.08,122.31,390.89,156.84];G1=tf(num,den)step(G1);圖6單位階躍響應(yīng)由圖像顯示，系統(tǒng)無峰值時間與最大超調(diào)量，調(diào)整時間相對較短反應(yīng)速度相對較快。令K=1000;G=tf([200,1000],[10.08,122.31,390.89,1156.84])sys=feedback(G,1);z=[tzero(sys)]'p=[pole(sys)]'ii=find(real(p)>0);n1=length(ii);ij=find(real(z)>0);n2=length(ij);if(n1>0),disp('系統(tǒng)不穩(wěn)定!');...else,disp('系統(tǒng)穩(wěn)定');endif(n2>0),disp('系統(tǒng)不是最小相位系統(tǒng)!');endmargin(G)[Gm,Pm,Wcp]=margin(G);PGm=num2str(20*log(Gm));PPm=num2str(Pm);Gms=char('系統(tǒng)的幅值裕量為',PGm);Pms=char('系統(tǒng)的相位裕量為',PPm);disp(Gms);disp(Pms);num=[200,1000]den=[10.08,122.31,390.89,1156.84];G1=tf(num,den)step(G