自动控制原理实验实验四.docx
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自动控制原理实验实验四
实验四MATLAB用于频域分析及校正
一、实验目的
1、掌握MATLAB典型环节的频率特性图的绘制,包括伯德图和奈氏图。
2、掌握用MATLAB求相位裕量和幅值裕量的方法
3、掌握用MATLAB的超前校正装置和滞后校正装置的设计
4、熟悉MATLAB的PID调节器设计
二、实验内容
1、MATLAB用于频域分析以及校正例子操作
如:
例9-22、9-23、9-24、9-25、例9-26、9-27、9-28
2、根据例9-22,画出p133习题5-3中2)的奈氏图和伯德图
解:
伯德图代码bode([1],[23100])
奈氏图代码nyquist([1],[23100])
3、根据例9-23,要求同一图上分别绘制
=0.001(实线),
=0.5(虚线),
=1.001(加号),
=2(星号)时的伯德图和奈氏图;其中,wn=10。
解:
伯德图代码:
num=[100];
zeta1=0.001;den1=[12*zeta1100]
zeta2=0.5;den2=[12*zeta2100]
zeta3=1.001;den3=[12*zeta3100]
zeta4=2;den4=[12*zeta1100]
[mag1,phase1,w1]=bode(num,den1);
[mag2,phase2,w2]=bode(num,den2);
[mag3,phase3,w3]=bode(num,den3);
[mag4,phase4,w4]=bode(num,den4);
subplot(211);
semilogx(w1,20*log10(mag1),w2,20*log10(mag2),w3,20*log10(mag3),w4,20*log10(mag4));
subplot(212);
semilogx(w1,phase1,w2,phase2,w3,phase3,w4,phase4);
奈氏图代码:
num=[100];
zeta1=0.001;den1=[12*zeta1100]
zeta2=0.5;den2=[12*zeta2100]
zeta3=1.001;den3=[12*zeta3100]
zeta4=2;den4=[12*zeta1100]
[re1,im1]=nyquist(num,den1);
[re2,im2]=nyquist(num,den2);
[re3,im3]=nyquist(num,den3);
[re4,im4]=nyquist(num,den4);
plot(re1,im1,re2,im2,re3,im3,re4,im4);
4、根据例9-24,画出p133习题5-4中2)的伯德图。
解:
伯德图代码:
z=[-5];p=[0,-8+6i,-8-6i];k=200;
h=zpk(z,p,k);
bode(h);
grid;
5、根据例9-25,完成p135页习题5-14。
解:
求伯德图与稳定裕量代码:
h1=tf([2020],[10]);
h2=tf([1],[1210]);
h3=tf([1],[15]);
h=h1*h2*h3;
[num,den]=tfdata(h);
[mag,phase,w]=bode(num,den);
subplot(211);
semilogx(w,20*log10(mag));
grid;
subplot(212);
semilogx(w,phase);
grid;
[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w)
伯德图:
稳定裕量:
gm=3.1772pm=103.6808wcg=4.0269wcp=0.4433
6、求解p256习题9-5。
当k=5时,代码:
h1=tf([510],[10]);
h2=tf([1],[11]);
h3=tf([1],[110]);
h=h1*h2*h3;
[num,den]=tfdata(h);
[mag,phase,w]=bode(num,den);
subplot(211);
semilogx(w,20*log10(mag));
grid;
subplot(212);
semilogx(w,phase);
grid;
[gm,pm]=margin(mag,phase,w)
相位裕量:
pm=68.1223
幅值裕量:
gm=8.0017e+005
当k=20时的代码:
h1=tf([2040],[10]);
h2=tf([1],[11]);
h3=tf([1],[110]);
h=h1*h2*h3;
[num,den]=tfdata(h);
[mag,phase,w]=bode(num,den);
subplot(211);
semilogx(w,20*log10(mag));
grid;
subplot(212);
semilogx(w,phase);
grid;
[gm,pm]=margin(mag,phase,w)
幅值裕量:
gm=2.0004e+005
相位裕量:
pm=59.4047
7、根据例9-26,完成p257习题9-9的超前校正装置设计
解:
代码:
num=10;den=[0.050.610];
[gm,pm,wcg,wcp]=margin(num,den);
dpm=50-pm+5;
phi=dpm*pi/180;
a=(1+sin(phi))/(1-sin(phi));
mm=-10*log10(a);
[mu,pu,w]=bode(num,den);
mu_db=20*log10(mu);
wc=spline(mu_db,w,mm);
T=1/(wc*sqrt(a));
p=a*T;
nk=[p,1];
dk=[T,1];
gc=tf(nk,dk)
结果:
Transferfunction:
0.4216s+1
------------
0.0527s+1
再输入代码:
h=tf(num,den);h1=tf(nk,dk);
g=h*h1;
[gm1,pm1,wcg1,wcp1]=margin(g);
结果:
pm1=33.7973不能满足设计要求。
8、根据例9-27,完成p257习题9-9的滞后校正装置设计
解:
代码
num=10;den=[0.050.610];
[gm,pm,wcg,wcp]=margin(num,den);
dpm=-180+50+12;
[mu,pu,w]=bode(num,den);
wc=spline(pu,w,dpm);
mu_db=20*log10(mu);
m_wc=spline(w,mu_db,wc);
beta=10^(-m_wc/20);
w2=0.2*wc;
T1=1/(beta*w2);
nk=[beta*T1];
dk=[T1];
h1=tf(nk,dk)
结果:
Transferfunction:
0.09318
加代码:
h=tf(num,den);
g=h*h1;
[gm1,pm1,wcg1,wcp1]=margin(g)
结果:
pm1=62.0000
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- 关 键 词:
- 自动控制 原理 实验
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