《机械工程控制基础》实验报告.docx
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《机械工程控制基础》实验报告
材料科学与工程系
《机械控制工程基础》实验报告
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2012年12月3日
《机械工程控制基础》实验指导书
实验一、时域特性的MATLAB计算机辅助设计分析
一、传递函数的MATLAB部分分式展开
1.基本命令
1)传递函数的表示方法:
num=[];den=[]。
或num=conv([],[]);den=conv([],[])。
2)部分分式展开命令:
〔r,p.k〕=residue(num,den)
3)M函数
4)特别注意分号的使用
2实验报告:
对下列两个传递函数部分分式展开,并写出展开的过程和结果。
对于该函数有
num=[1597];
den=[132];
命令
[r,p,k]=residue(num,den)
得到的结果
r=
-1
2
p=
-2
-1
k=
12
所以展开式为:
=
对于该函数有
num=[12345];
den=[110];
命令
[r,p,k]=residue(num,den)
得到的结果
r=
-3
5
p=
-1
0
k=
112
所以展开式为:
=
二、时域响应曲线MATLAB分析
1.时域响应MATLAB命令函数:
impluse(num,den);impluse(num,den,t)
step(num,den);step(num,den,t)
lsim(num,den,u,t)
2.画图MATLAB命令:
plot(),holdon,gtext
3.实验报告:
二阶系统的传递函数为:
(其中
,
)用MATLAB写出所编程序,画出单位阶跃和单位脉冲响应曲线。
单位跃阶响应计算程序为
num=[10*10];
den=[12*0.7*1010*10];
step(num,den)
grid
曲线图如图:
单位脉冲响应计算程序为
num=[10*10];
den=[12*0.7*1010*10];
step(num,den)
grid
曲线图如图:
三.MATLAB求连续系统的零极点和判别系统稳定性
1.基本命令:
计算多项式的根roots(den)
计算零极点[p,z〕=pzmap(num,den)
在复平面绘制系统的零极点图pzmap(num,den)
3.编程实验报告:
用MATLAB求出具有下述特征方程的反馈系统的特征根(极点)和稳定性判别结果。
1)
;
计算程序:
den=[1818165];
roots(den)
计算结果
ans=
-5.0000
-1.0000
-1.0000+0.0000i
-1.0000-0.0000i
系统稳定
2)
;
计算程序:
den=[112235];
roots(den)
计算结果:
ans=
0.7207+1.1656i
0.7207-1.1656i
-0.6018+1.3375i
-0.6018-1.3375i
-1.2378
系统不稳定
3)
计算程序:
den=[1101610];
roots(den)
计算结果
ans=
-8.1969
-0.9016+0.6381i
-0.9016-0.6381i
系统稳定
实验二频域特性的MATLAB计算机辅助设计分析
1.实验目的:
用MATLAB进行系统的尼氏图和博德图的绘制,并讨论系统的稳定性,求出稳定裕量。
2.基本命令:
nyquist(num,den,w)
Bode(num,den,w)
Margin(num,den,w)
4.实验报告:
已知开环传递函数为
编程分别绘制出其尼氏图、博德图,并用MATLAB命令直接求出其幅值裕量、相位穿越频率及相角裕量和幅值穿越频率。
(1)尼氏图程序:
num=[15];
den=[151319100];
nyquist(num,den)
Grid
尼氏图如图
(2)博德图程序:
num=[15];
den=[151319100];
bode(num,den)
Grid
博德图如图
(3)MATLAB命令直接求出其幅值裕量、相位穿越频率及相角裕量和幅值穿越频率
(4)可知,幅值裕量为9.39dB,相位穿越频率ωc=0.456rad/sec
相角裕量为47.1°,幅值穿越频率ωg=1.04rad/sec
实验三控制系统的SIMULINK仿真设计实验
1.实验目的和内容:
在MATLAB/SIMULINK中完成对控制系统的输入输出仿真,完成对控制器+控制对象组成的反馈控制系统的控制效果仿真,分析PID控制器的参数调节对控制性能的影响。
3.仿真1:
对象为
的单位反馈系统阶跃响应、正弦信号响应;
加入控制器(PD校正器)
后的阶跃响应、正弦信号响应。
仿真线路
阶跃响应曲线
正弦信号响应
仿真2:
对象为
的单位反馈系统阶跃响应、正弦信号响应;
加入控制器(近似PID校正器)
后的阶跃响应、正弦信号响应。
仿真线路图
阶跃响应曲线
正弦信号响应
仿真3:
在Simulink中,自己选择一对象,设计PID控制器模块,调节PID参数,分析控制器参数调节对控制效果的影响,并求出控制性能较为理想的PID参数。
4.实验报告:
1)上述的仿真结果图。
2)设计并改变PID的调节参数,分析控制系统的控制效果的变化。
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