結(jié)合MATLAB的控制工程實(shí)驗(yàn)

1、機(jī)械控制工程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 機(jī)電技術(shù)實(shí)驗(yàn)室 學(xué)號(hào)：2014010049 姓名：潘禮延 班級(jí)：機(jī)械1402 日期： 2016年10月8日實(shí)驗(yàn)一 系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)分析一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)的主要目的是通過試驗(yàn)，能夠使學(xué)生進(jìn)一步理解和掌握系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)分析的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)也了解頻率響應(yīng)的特點(diǎn)及系統(tǒng)穩(wěn)定性的充要條件。二、 實(shí)驗(yàn)要求學(xué)習(xí)有關(guān)MATLAB的相關(guān)內(nèi)容，要求學(xué)生用MATLAB軟件的相應(yīng)功能，編程實(shí)現(xiàn)一階、二階和三階系統(tǒng)在幾種典型輸入信號(hào)（包括單位脈沖信號(hào)、單位階躍信號(hào)、單位斜坡信號(hào)和正弦信號(hào)）作用下的響應(yīng)，記錄結(jié)果并進(jìn)行分析處理：對(duì)一階和二階系統(tǒng)，要求用試驗(yàn)結(jié)果來分析系統(tǒng)特征參數(shù)對(duì)系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的影響；

2、對(duì)二階系統(tǒng)和三階系統(tǒng)的相同輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的響應(yīng)進(jìn)行比較，得出結(jié)論。1.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其MATLAB表達(dá)（1）一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：傳遞函數(shù)的MATLAB表達(dá)：num=k；den=T,1；G(s)=tf(num,den)（2）二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：傳遞函數(shù)的MATLAB表達(dá)：num=wn2；den=1，wn，wn2；G(s)=tf(num,den)2.各種時(shí)間輸入信號(hào)響應(yīng)的表達(dá)（1）單位脈沖信號(hào)響應(yīng)：impulse(sys,t)（2）單位階躍信號(hào)響應(yīng)：step(sys,t)（3）任意輸入信號(hào)響應(yīng)：lsim(sys,u,t)其中sys為建立的模型；t為仿真時(shí)間區(qū)段（可選）三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 讀懂以下代

3、碼，編寫一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線。clear all;t=0:0.01:7; %系統(tǒng)時(shí)間nG=1;%傳函分子系數(shù)tao=1;dG=tao 1;%傳函分母系數(shù)G=tf(nG,dG) %建立傳遞函數(shù)impulse(G,t);%繪制階躍輸入的曲線xlabel(時(shí)間);ylabel(幅值); %給XY軸命名grid on; %打開網(wǎng)格title(一階系統(tǒng)單位脈沖的響應(yīng)曲線);%給所繪圖像定義標(biāo)題2. 讀懂以下代碼，編寫二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線。clear all;t=0:0.01:4;wn=7;kc=0.2; %定義二階系統(tǒng)參數(shù)nG=wn2;dG=1 2*kc*wn wn2;G=tf(nG,dG)im

4、pulse(G,t);xlabel(時(shí)間);ylabel(幅值);grid on;title(二階系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)曲線);3. 讀懂以下代碼，編寫二階系統(tǒng)加速度信號(hào)的響應(yīng)曲線。clear all;t=0:0.01:10;wn=7;kc=0.7;u=sin(0.5*pi*t);nG=wn2;dG=1 2*kc*wn wn2;G=tf(nG,dG)lsim(G,u,t);xlabel(時(shí)間);ylabel(幅值);grid on;title(二階系統(tǒng)正弦響應(yīng)及響應(yīng)曲線);4. 讀懂以下代碼，編寫二階系統(tǒng)不同參數(shù)階躍響應(yīng)曲線（欠阻尼，臨界阻尼，過阻尼）。clear all;t=0:0.001:7;w

5、n=7;nG=wn2;kc=0.2;dG1=1 2*kc*wn wn2;G1=tf(nG,dG1)kc=0.5;dG2=1 2*kc*wn wn2;G2=tf(nG,dG2)kc=0.8;dG3=1 2*kc*wn wn2;G3=tf(nG,dG3)y1,T=step(G1,t);y2,T=step(G2,t);y3,T=step(G3,t);plot(T,y1,-,T,y2,-.,T,y3,-);legend(kc=0.2,kc=0.5,kc=0.8);xlabel(時(shí)間);ylabel(幅值);grid on;title(二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線(不同欠阻尼);5. 運(yùn)行一下代碼，判斷所得

6、各數(shù)值的含義。clear all;t=0:0.001:4;yss=1;dta=0.02;wn=7;nG=wn2;kc=0.2;dG1=1 2*kc*wn wn2;G1=tf(nG,dG1);kc=0.5;dG2=1 2*kc*wn wn2;G2=tf(nG,dG2);kc=0.8;dG3=1 2*kc*wn wn2;G3=tf(nG,dG3);y1=step(G1,t);y2=step(G2,t);y3=step(G3,t);% kc=0.2%求上升時(shí)間trr=1;while y1(r)1-dta & y1(s)1+dta;s=s-1;endts1=(s-1)*0.001;% kc=0.5;r

7、=1;while y2(r)1-dta &y3(s)1+dta;s=s-1;endts2=(s-1)*0.001;% kc=0.8;r=1;while y3(r)1-dta & y3(s)1+dta;s=s-1;endts3=(s-1)*0.001;%輸出數(shù)據(jù)tr1 tp1 mp1 ts1;tr2 tp2 mp2 ts2;tr3 tp3 mp3 ts3實(shí)驗(yàn)二 系統(tǒng)頻域響應(yīng)分析一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋驹囼?yàn)的內(nèi)容對(duì)應(yīng)于教材的頻率特性分析和系統(tǒng)穩(wěn)定性分析相應(yīng)章節(jié)的重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)，要求學(xué)生在熟練掌握課程相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，完成本實(shí)驗(yàn)，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)頻率特性分析、幾何判據(jù)及相對(duì)穩(wěn)定性的學(xué)習(xí)效果。二、 實(shí)驗(yàn)要求系統(tǒng)頻率特

8、性分析試驗(yàn)要求學(xué)生運(yùn)用MATLAB軟件的相關(guān)功能，編程實(shí)現(xiàn)幾種典型環(huán)節(jié)（要求改變環(huán)節(jié)的特征參數(shù)）的奈奎斯特圖和波德圖的繪制；用Bode函數(shù)求取系統(tǒng)的頻域特征量；用Matlab求取一高階系統(tǒng)的特征根并由此來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性和求取該系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。（1）學(xué)生能夠運(yùn)用Matlab軟件的相應(yīng)功能，編程實(shí)現(xiàn)典型環(huán)節(jié)以及指定系統(tǒng)的Nyquist圖、Bode圖的計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪制；（2）完成系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)求??；（3）分析系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性等內(nèi)容； 記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的分析。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 分析借鑒以下兩段代碼，分別編寫程序繪制一階微分，慣性和二階震蕩環(huán)節(jié)乃氏圖和波德圖。程序一：clear

9、 all;num=1;den=1,0; G=tf(num,den)re,im=nyquist(num,den);subplot(121);plot(re,im);grid on;title(積分環(huán)節(jié)奈奎斯圖)subplot(122),w=logspace(-2,3,100);bode(num,den,w);grid on;title(積分環(huán)節(jié)波德圖)程序二：clear all;num=1,0;den=1; G=tf(num,den)re,im=nyquist(num,den);subplot(121);plot(re,im);grid on;title(積分環(huán)節(jié)奈奎斯特圖)subplot(12

10、2);w=logspace(-2,3,100);bode(num,den,w);grid on;title(積分環(huán)節(jié)伯德圖)2. 編程求取系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)M、Wb、Mr、Wr。3. 運(yùn)行以下程序，分析這兩個(gè)系統(tǒng)的幅值裕量和相角裕量的正負(fù)，判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。clear all;den=conv(1 5,1 1 0);K=10;num1=K;mag1,phase1,w1=bode(num1,den);Gm1 Pm1 Wg1 Wc1=margin(mag1,phase1,w1);K=100;num2=K;mag2,phase2,w2=bode(num2,den);Gm2 Pm2 Wg2 Wc2=margin(mag2,phase2,w2);20*log10(Gm1