管理信息化OA自動化13級自動化自動控制原理實驗指導書

化自動控制原理實驗指導書統(tǒng)計與優(yōu)化等問題。環(huán)、條件、轉移和暫停等)，大量的運算符，豐富的函數(shù)，多種數(shù)據(jù)結構，輸入，此時意味著系統(tǒng)處于準備接受命令的狀態(tài)，可以在命令窗口中直接輸入命令語句。（；）abs,sin,cos,tan,asin,acos,atan,sqrt,exp,imag,real,sign,log,log10,conjx4-12x3+0x2+25x+116r=roots(p)conv指令可以嵌套使用，如conv(conv(a,b),c)[q,r]=deconv(c,b)polyval(a,2)=11有用。這些指令分別有不同的方法（method設計者可以根據(jù)需要選擇適當?shù)姆椒ǎ瑈=interp1(xs,ys,x,’method’)plot（x1,y1,option1,x2,y2,option2,…）x1,y1給出的數(shù)據(jù)分別為x,y軸坐標值，option1為選項參數(shù)，以逐點連折線的方式繪制1個二維圖形；同時類似地繪制第二個二維圖形，……等。這是plot命令的完全格式，在實際應用中可以根據(jù)plot(y),以向量y的值為縱坐標，橫坐標從1開始自動賦值繪制一條平面曲線；plot(x,y),x和y為長度相同的向量，以x的值為橫坐標和y的值為縱坐標繪制一條平面曲線；plot(x,y，s),這里s是作圖控制參數(shù)，用來控制線條的顏色、線型及標示符號）；plot(x,y);這就畫出了正弦函數(shù)在[0，2π]上的圖形plot(x,sin(x),x,cos(x))；該命令在同一坐標系中畫出了正弦和余弦函數(shù)的圖形。形。text(x,y,’字符串’)在圖形的指定坐標位置(x,y)處，標示單引號括起來的字符串。gtext(‘字符串’)利用鼠標在圖形的某一位置標示字符串。title(‘字符串’)在所畫圖形的最上端顯示說明該圖形標題的字符串。xlabel(‘字符串’)，ylabel(‘字符串’)輸入特殊的文字需要用反斜杠（\）開頭。legend(‘字符串1’,‘字符串2’,…,‘字符串n’)）：m:上下分割個數(shù)，n:左右分割個數(shù)，k:子圖編號有關命令。sys=ss(a,b,c,d)ss命令將sys變量表示成狀態(tài)空間模型。parallel命令可以實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的并聯(lián)。命令格式：執(zhí)行下面程序：series命令實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的串聯(lián)，命令格式：））例設有下面兩個系統(tǒng)：；；3.將系統(tǒng)轉換為狀態(tài)空間形式。4.將下列系統(tǒng)轉換為傳遞函數(shù)形式。結果。數(shù)。2.結合實驗內(nèi)容，提前編制相應的程序。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，加深節(jié)響應曲線的理解。下。規(guī)模板?！癈ontinuous”，再將右邊窗口中“TransferFen”的圖標用左鍵拖至新建的“untitled”窗口。2）改變模塊參數(shù)。在simulink仿真環(huán)境“untitled”窗口中雙擊該圖標，標。入模塊。塊庫，通常選用“Scope”的示波器圖標，將其用左鍵拖至新建的“untitled”窗口。8）運行并觀察響應曲線。用鼠標單擊工具欄中的“”按鈕，便能自動運行響應曲線。3．積分環(huán)節(jié)(I)的傳遞函數(shù)為①比例環(huán)節(jié)和；2.記錄各環(huán)節(jié)的單位階躍響應波形，并分析參數(shù)對響應曲線的影響。3.寫出實驗的心得與體會。1．熟練掌握step()函數(shù)和impulse()函數(shù)的使用方法，研究線性系統(tǒng)在單位階躍、單位脈沖及單位斜坡函數(shù)作用下的響應。方法。齊，不足部分用零補齊，缺項系數(shù)也用零補上。step(num,den,t)時間向量t的范圍xlabel(‘t/s’),ylabel(‘c(t)’)%給坐標軸加上說明為了在圖形屏幕上書寫文本，可以用text命令在圖上的任何位置加標注。例如：text(3.4,-0.06,’Y1’)和text(3.4,1.4,’Y2’)t=0:0.1:10;①求系統(tǒng)脈沖響應的指令有： [y,x,t]=impulse(num,den,t)向量t表示脈沖響應進行計算的時間例：試求下列系統(tǒng)的單位脈沖響應：grid應當指出，當初始條件為零時，G(s)的單位脈沖響應與sG(s)的單位階躍響應相同。考慮在上例題中求系統(tǒng)的單位脈沖響應，因為對于單位脈沖輸入量，因此，可以將G(s)的單位脈沖響應變換成sG(s)的單位階躍響應。出階躍響應命令，可以得到系統(tǒng)的單gridtitle(‘Unit-stepResponseof利用階躍響應命令，就能求出系統(tǒng)的斜坡響應。例如，試求下列閉環(huán)系統(tǒng)的單位斜坡響應。標準二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：二階系統(tǒng)的單位階躍響應在不同的特征參量下有不同的響應曲線。設定無阻尼自然振蕩頻率，考慮5種不同的值：=0,0.25,0.5,1.0和2.0，t=0:0.1:10;step(num,den1,t)gridtext(4,1.7,’Zeta=0’);holdtext(3.3,1.5,’0.25’)text(3.5,1.2,’0.5’)text(3.3,0.9,’1.0’)text(3.3,0.6,’2.0’)由此得到的響圖2-6圖2-6ζ不同時系統(tǒng)的響應曲線應曲線如圖2-6所二階系統(tǒng)性能的影響t=0:0.1:10;step(num1,den1,t);text(3.1,1.4,’wn=1’)text(1.7,1.4,’wn=2’)text(0.5,1.4,’wn=3’)1）直接求根判穩(wěn)roots()系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就要求出系統(tǒng)特征方程的根，并檢驗它們是否都具有負實部。>>roots([1,10,35,50,24])特征方程的根都具有負實部，因而系統(tǒng)為穩(wěn)定的。勞斯判據(jù)的調(diào)用格式為：[r,info]=routh(den)den=[1,10,35,50,24];[r,info]=routh(den)[]全一致。ctrllab3.1文件夾（自編）才能運行?？梢杂脦追N方法繪制出系統(tǒng)的階躍響應曲線？試分別繪制。1）分別繪出，分別取0,0.25,0.5,1.0和2.0時的單位階躍響應曲線，分析2）繪制出當=0.25,分別取1,2,4,6時單位階躍響應曲線，分析參數(shù)對系統(tǒng)結果。2.記錄各種輸出波形，根據(jù)實驗結果分析參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響。step()和impulse()函數(shù)。2.結合實驗內(nèi)容，提前編制相應的程序。3.掌握用根軌跡分析系統(tǒng)性能的圖解方法。4.掌握系統(tǒng)參數(shù)變化對特征根位置的影響。觀測參數(shù)變化對特征根位置的影響。統(tǒng)的根軌跡。rlocus(num,den,k)開環(huán)增益k的范圍人工設定。rlocus(p,z)依據(jù)開環(huán)零極點繪制根軌跡。[r,k]=rlocus(num,den)不作圖，返回閉環(huán)根矩陣r和對應的開環(huán)增益如下：xlabel(‘RealAxis’),ylabel(‘ImaginaryAxis’)%給坐標軸加上說明title(‘RootLocus’)%給圖形加上標題名k=1:0.5:10;圖3-1系統(tǒng)的完整根軌跡圖形k=1:0.5:10;數(shù)的調(diào)用格式為：[k,r]=rlocfind(num,den)執(zhí)行前，先執(zhí)行繪制根軌跡命令rlocus（num,den作出根軌跡圖。執(zhí)行在根軌跡圖上選定閉環(huán)極點。將鼠標移至根軌跡圖選定的位置，單擊左鍵確定，G=tf([1,5,6],[1,8,3,25]);rlocus(G);%繪制系統(tǒng)的根軌跡[k,r]=rlocfind(G)%確定臨界穩(wěn)定時的增益值k和對應的極3）繪制阻尼比和無阻尼自然頻率的柵格線sgrid()sgrid(,)已知和的數(shù)值，作出等于已知參數(shù)的等值線。sgrid(‘new’)作出等間隔分布的等和網(wǎng)格線。G=tf(1,[conv([1,1],[1,2]),0]);zet=[0.1:0.2:1];wn=[1:10];sgrid(zet,wn);holdon;rlocus(G)[k,r]=rlocfind(G)同時我們還可以繪制出該增益下閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應，如圖3-3(b)所示。即r(2.3)點的阻尼比和自然頻率為step(G_c)dd0=poly(r(2:3,:));wn=sqrt(dd0(3));zet=dd0(2)/(2*wn);[zet,wn]我們可以由圖3-3(a)中看出，主導極點的結果與實際系統(tǒng)的閉環(huán)響應非常接近，設計的效果是令人滿意的。4）基于根軌跡的系統(tǒng)設計及校正工具rltool實現(xiàn)這一要求的工具為rltool，其調(diào)用格式為：rltool或rltool(G)（a）根軌跡上點的選擇輸入系統(tǒng)的數(shù)學模型，并對此對象進行設計。den=[conv([1,5],conv([1,20],[1,50])),0,0];rltool(G)該命令將打開rltool工具的界面，顯示原開環(huán)模型的根軌跡圖，如圖3-4改善系統(tǒng)的閉環(huán)性能。在此控制器下分別觀察系統(tǒng)的根軌跡和閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應曲線?？梢姡瑀ltool可以作為系統(tǒng)綜合的實用工具，在系統(tǒng)設計中發(fā)揮作用。2.在系統(tǒng)設計工具rltool界面中，通過添加零點和極點方法，試湊出上述2.記錄顯示的根軌跡圖形，根據(jù)實驗結果分析根軌跡的繪制規(guī)則。定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的范圍。函數(shù)rlocus()及分析函數(shù)rlocfind(),sgrid()。2.預習實驗中根軌跡的系統(tǒng)設計工具rltool，思考該工具的用途。統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。達出系統(tǒng)的頻率特性，分析方法比較簡單，物理概念明確。定性。[z,p,k]=tf2zp(num,den);p對數(shù)相頻特性曲線。gridsubplot(2,1,1);%將圖形窗口分為2*1個子圖度xlabel(‘w/s^-1’);ylabel(‘L(w)/dB’);subplot(2,1,2);%將圖形窗口分為2*1xlabel(‘w/s^-1’);ylabel(‘(0)’);量和相位裕量處相應的頻率值。如果已知系統(tǒng)的頻域響應數(shù)據(jù)，還可以由下面的格式調(diào)用函數(shù)：制階躍響應曲線驗證。3．已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為。求系統(tǒng)的開環(huán)截止頻率、穿越頻和相位裕度。應用頻率穩(wěn)定判據(jù)判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.記錄顯示的圖形，根據(jù)實驗結果與各典型環(huán)節(jié)的頻率曲線對比分析。方法?？刂葡到y(tǒng)設計的思路之一就是在原系統(tǒng)特性的基礎上，對原特性加以校正，超前校正裝置的主要作用是通過其相位超前效應來改變頻率響應曲線的形狀，產(chǎn)生足夠大的相位超前角，以補償原來系統(tǒng)中元件造成的過大的相位滯后。因此校正時應使校正裝置的最大超前相位角出現(xiàn)在校正后系統(tǒng)的開環(huán)截止頻率處。取，求原系統(tǒng)的相角裕度。grid;，，所示?？紤]采用串聯(lián)超前校正裝置，以增加系統(tǒng)的相角裕度。確定串聯(lián)裝置所需要增加的超前相位角及求得的校正裝置參數(shù)。phic=(r-r0+e)*pi/180;alpha=(1+sin(c));將校正裝置的最大超前角處的頻率作為校正后系統(tǒng)的剪切頻率。則有：[il,ii]=min(abs(mag1-1/sqrt(alpha)));wc=w(ii);T=1/(wc*sqrt(alpha));disp(’校正之后的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為:’);subplot(2,1,1);semilogx(w,20*log10(mag),w,20*grid;ylabel(’幅值(db)’);title(’--Go,-Gc,GoGc’);subplot(2,1,2);semilogx(w,phase,w,phase1,’--’,w,phase2,’-’,w,(w-180-w),’:’);grid;ylabel(’相位(0)’);xlabel(’頻率(rad/sec)’);title([‘校正前：幅值裕量=’,num2str(20*log10(gm1)),’db’,’相位裕量個滯后相角，而是要使系統(tǒng)增益適當衰減，以便提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。得系統(tǒng)獲得充分的相位裕量。截止頻率不小于2.3rad/s。>>num0=30;den0=conv([1,0],conv([0.1,1],[0.2,1]));w=logspace(-1,1.2);n0);grid;根據(jù)對相位裕量的要求，選擇相角為處的頻率作為校正后系統(tǒng)的截止頻率。頻率分別為和。[il,ii]=min(abs(phase1-phi));wc=w(ii);beit=mag1(ii);T=10/wc;numc=[T,1];denc=[beit*T,1];disp(’校正之后的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為:’);grid;ylabel(’幅值(db)’);title(’--Go,-Gc,GoGc’);subplot(2,1,2);semilogx(w,phase,w,pha