计算机控制技术及仿真.docx

计算机控制技术及仿真.docx

《计算机控制技术及仿真.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机控制技术及仿真.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

计算机控制技术及仿真

《计算机控制技术及仿真》实验指导

姓名：

班级：

机制二班（电子1班）

攀枝花学院机电工程学院

二○一○年十二月

实验一Matlab环境语法及数学运算

（验证性实验）

一、实验目的

1、掌握Matlab软件使用的基本方法；

2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算方法；

3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制。

二、实验仪器与软件

1.PC机1台

2.MATLAB6.X环境

三、实验原理

MATLAB环境是一种为数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式的环境。

MATLAB有3种窗口，即：

命令窗口（TheCommandWindow）、m-文件编辑窗口（TheEditWindow）和图形窗口（TheFigureWindow），而Simulink另外又有Simulink模型编辑窗口。

1．命令窗口（TheCommandWindow）

当MATLAB启动后，出现的最大的窗口就是命令窗口。

用户可以在提示符“>>”后面输入交互的命令，这些命令就立即被执行。

在MATLAB中，一连串命令可以放置在一个文件中，不必把它们直接在命令窗口内输入。

在命令窗口中输入该文件名，这一连串命令就被执行了。

因为这样的文件都是以“.m”为后缀，所以称为m-文件。

2．m-文件编辑窗口（TheEditWindow）

我们可以用m-文件编辑窗口来产生新的m-文件，或者编辑已经存在的m-文件。

在MATLAB主界面上选择菜单“File/New/M-file”就打开了一个新的m-文件编辑窗口；选择菜单“File/Open”就可以打开一个已经存在的m-文件，并且可以在这个窗口中编辑这个m-文件。

四、实验内容、步骤及结果：

1、帮助命令

使用help命令，查找sqrt（开方）函数的使用方法;

方法：

打开MATLAB窗口，在菜单栏选择“Help”,打开一个“Help”子窗口，在这个子窗口左边“Searchtype”里选择“FunctionName”,再在下面的“Searchfor”

中输入函数“sqrt”，点击“Go”，在右边即显示出sqrt函数的使用方法，即：

sqrtSquareroot.

sqrt（X）isthesquarerootoftheelementsofX.Complex

resultsareproducedifXisnotpositive.

Seealsosqrtm.

Overloadedmethods

helpsym/sqrt.m

实验四控制系统仿真

（一）

（综合性实验）

一、实验目的

1、掌握如何使用Matlab进行系统的时域分析

2、掌握如何使用Matlab进行系统的频域分析

3、掌握如何使用Matlab进行系统的根轨迹分析

二、实验仪器与软件

1.PC机1台

2.MATLAB6.X环境

三、实验原理

根据Matlab控制系统常用函数编写出仿真软件，也可以根据SIMULINK完成实验。

四、实验内容

1、时域分析

（1）根据下面传递函数模型：

绘制其单位阶跃响应曲线并从图上读取最大超调量，绘制系统的单位脉冲响应、零输入响应曲线。

解：

num=[52530];

den=[16108];

t=0:

0.01:

10

y=impulse（num,den,t）;

plot（t,y）

num=[52530];

den=[16108];

t=0:

0.01:

10

y=step（num,den,t）;

plot（t,y）

零输入响应：

num=[52530];

den=[16108];

t=0:

0.01:

10

x0=[10]

ls=tf（num,den）

y=initial（ls,x0）;

plot（t,y）

（2）典型二阶系统传递函数为：

当ζ=0.7,ωn取2、4、6、8、10、12的单位阶跃响应。

解：

clear

w=[2:

2:

12]

kos=0.7

figure

（1）

holdon

forwn=w

num=wn.^2

den=[12*kos*wn.^2wn.^2]

step（num,den,6）

end

title（'stepresponse'）

holdoff

num=[0004]

den=[12.84]

t=0:

0.01:

10

y=step（num,den,t）

plot（t,y）

num=[00016]

den=[15.616]

t=0:

0.01:

10

y=step（num,den,t）

plot（t,y）

num=[00036]

den=[18.436]

t=0:

0.01:

10

y=step（num,den,t）

plot（t,y）

num=[00064]

den=[111.264]

t=0:

0.01:

10

y=step（num,den,t）

plot（t,y）

num=[000100]

den=[114100]

t=0:

0.01:

10

y=step（num,den,t）

plot（t,y）

num=[000144]

den=[116.8144]

t=0:

0.01:

10

y=step（num,den,t）

plot（t,y）

（3）典型二阶系统传递函数为：

当ωn=6,ζ取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0的单位阶跃响应。

解：

clear;

wn=6;

figure

（1）;

holdon

forkosai=[0.2:

0.3:

0.8,1.0,2.0]

num=wn^2;

den=[12*kosai*wnwn^2];

t=0:

0.01:

5;

step（num,den,t）;

end

holdoff

gridon

num=[00036]

den=[12.436]

t=0:

0.01:

10

y=step（num,den,t）

plot（t,y）

num=[00036]

den=[14.836]

t=0:

0.01:

10

y=step（num,den,t）

plot（t,y）

num=[00036]

den=[17.236]

t=0:

0.01:

10

y=step（num,den,t）

plot（t,y）

num=[00036]

den=[19.636]

t=0:

0.01:

10

y=step（num,den,t）

plot（t,y）

num=[00036]

den=[11236]

t=0:

0.01:

10

y=step（num,den,t）

plot（t,y）

num=[00036]

den=[11836]

t=0:

0.01:

10

y=step（num,den,t）

plot（t,y）

num=[00036]

den=[13636]

t=0:

0.01:

10

y=step（num,den,t）

plot（t,y）

2、频域分析

（1）典型二阶系统传递函数为：

当ζ=0.7,ωn取2、4、6、8、10、12的伯德图

解：

clear

kesai=0.7;

forwn=2:

2:

12

num=[wn.^2];

den=[12*kesai*wn.^2wn.^2];

g=tf（num,den）;

bode（g）;

gridon

holdon

end

num=[0004]

den=[12.84]

t=0:

0.01:

10

wt=logspace（-1,1）

bode（num,den）

num=[00016]

den=[15.616]

t=0:

0.01:

10

wt=logspace（-1,1）

bode（num,den）

num=[00036]

den=[18.436]

t=0:

0.01:

10

wt=logspace（-1,1）

bode（num,den）

num=[00064]

den=[111.264]

t=0:

0.01:

10

wt=logspace（-1,1）

bode（num,den）

num=[000100]

den=[114100]

t=0:

0.01:

10

wt=logspace（-1,1）

bode（num,den）

num=[000144]

den=[116.8144]

t=0:

0.01:

10

wt=logspace（-1,1）

bode（num,den）

（2）典型二阶系统传递函数为：

当ωn=6,ζ取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0的伯德图。

解：

clear

wn=6;

kesai=[0.20.61.01.52.02.5];

fori=1:

6

num=[wn.^2];

den=[12*kesai（i）*wn.^2wn.^2];

g=tf（num,den）;

bode（g）;

gridon

holdon

end

num=[00036]

den=[12.436]

t=0:

0.01:

10

wt=logspace（-1,1）

bode（num,den）

num=[00036]

den=[14.836]

t=0:

0.01:

10

wt=logspace（-1,1）

bode（num,den）

num=[00036]

den=[17.236]

t=0:

0.01:

10

wt=logspace（-1,1）

bode（num,den）

num=[00036]

den=[19.636]

t=0:

0.01:

10

wt=logspace（-1,1）

bode（num,den）

num=[00036]

den=[11236]

t=0:

0.01:

10

wt=logspace（-1,1）

bode（num,den）

num=[00036]

den=[11836]

t=0:

0.01:

10

wt=logspace（-1,1）

bode（num,den）

num=[00036]

den=[13636]

t=0:

0.01:

10

wt=logspace（-1,1）

bode（num,den）

3、根轨迹分析

根据下面负反馈系统的开环传递函数，绘制系统根轨迹，并分析系统稳定的K值范围。

num=[000k];

den=conv（[1,0],conv（[1,1],[1,2]））

t=0:

0.01:

10

y=impulse（num,den,t）;

plot（t,y）

解：

clear;

num=[01];

den=conv（[10],conv（[11],[12]））;

rlocus（num,den）;

[kp]=rlocfind（num,den）

ls=find（real（p）>0）;

n=length（ls）;

ifn>0

disp（'该点闭环系统是不稳定的'）;

disp（'不稳定的闭环极点是'）;

disp（p（ls））;

else

disp（'该点闭环系统是稳定的'）;

end

运行结果：

Selectapointinthegraphicswindow

selected_point=

-1.3649+2.0000i

k=

10.3298

p=

-3.3307

0.1653+1.7533i

0.1653-1.7533i

该点闭环系统是不稳定的

不稳定的闭环极点是

0.1653+1.7533i

0.1653-1.7533i

五、实验要求

利用所学知识，完成上述各项实验内容，并将实验用程序和结果写在实验报告上。

如果有图，则将图画在实验报告上。

六、实验思考题

1.二维图形函数有何要求？

答：

2.如果要求实验中所用数据由用户从键盘输入，根据如何编写？

实验十双闭环直流调速系统的MATLAB仿真

（设计性实验）

一、实验目的

1、了解Simulink下数学模型的仿真方法。

2、掌握数学模型的仿真建模方法和仿真参数设置要求

3、进一步掌握双闭环反馈控制系统的基本特性。

二、实验原理

双闭环控制系统的结构原理框图如下所示：

ASR:

速度调节换，

要求：

在实验前需下根据双闭环控制原理计算出各环的PI参数，写出正确的系统控制数学模型。

三、实验内容

1、直流电机双闭环控制系统SIMULINK仿真模块建立。

2、仿真参数的设置。

3、各控制点的波形分析。

4、改变给定,观察输出响应的变化。

5、用传递函数方程仿真。

四、实验步骤

1、按上述结构和参数建立仿真模型。

2、设定输入为单位阶跃信号，用scope观察系统输出响应。

3、将改变给定，其余参数不变，观察系统输出响应。

4、突加负载，观察系统的抗扰性能。

改变开环放大系数，观察系统的稳定性能。

5．用建立的传递函数方程仿真。

五、实验报告

按规定的实验报告要求写出实验报告，报告的内容有实验目的、建模名称，参数设置，实验电路，仿真模型结构图、仿真结果波形，结果分析。