控制系统数字仿真程序及结果文档格式.docx

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根据提示找到出错位置和原因，加以改正，再进行编译……如此反复，直到顺利通过编译和连接为止。

（5）运行程序，并分析运行结果是否合理和正确。

在运行时要注意当输入不同数据时所得到的结果是否正确，应多运行几次，分别检查在不同情况下程序是否正确。

（6）输出程序清单和运行结果。

4.实验后，应整理出实验报告，实验报告应包括:

实验题目；

源程序；

5.实验内容的安排

本实验教材给出4个实验内容，学生应在实验前将教师指定的题目编好程序，然后上机输人和调试。

2关于程序调试

为了帮助大家调试程序和分析程序，下面简单介绍程序出错的种类。

（1）语法错误

不符合MATLAB语言的语法规定．例如将plot写为polt、括弧不匹配、变量命名错误等，这些都会在编译时被发现并指出。

这些都属于“致命错误”。

不改正是不能通过编译的。

对一些在语法上有轻微毛病但不影响程序运行的问题（如定义了变量但始终未使用），编译时会发出“警告”虽然程序能通过编译，但不应当使程序“带病工作”应该将程序中所有导致错误（error）和警告（warning）的因素都排除，再使程序投入运行。

（2）逻辑错误

程序无语法错误，也能正常运行，但是结果不对。

例如求s=l＋2＋3十……十100。

有人写出以下语句:

s=1;

fori=1:

100

s=s+i;

end;

sum=s

语法没有错，但求出的结果是l＋1＋2＋3十……＋100之和，而不是l＋2＋3十……十100之和。

这类错误可能是设计算法时的错误，也可能是算法正确而在编写程序时出现疏忽所致。

这种错误计算机是无法检查出来的。

如果是算法有错，则应先修改算法，再改程序。

如果是算法正确而程序写得不对，则直接修改程序．

（3）运行错误

有时程序既无语法错误，又无逻辑错误，但程序不能正常运行或结果不对。

多数情况是数据不对，包括数据本身不合适以及数据类型不匹配。

3Matlab基础练习（不上交）

（1）生成矩阵

i）创建如下矩阵

和

ii）创建C：

一个3×

3单位阵，用最方便的方法。

（2）基本矩阵运算

运用问题1.1中得到的矩阵A和B，

i）对比A*B和A.*B的结果，并解释MATLAB是如何得出相应的结果。

ii）A*B=B*A吗？

为什么？

iii）A.*B=B.*A吗?

为什么？

iv）创建矩阵D=B，并计算B*D=?

v）比较A/BA\B，并解释所得结果？

vi）创建一个新的3×

3矩阵E，主对角线元素为5，其它元素为0。

（3）脚本程序

输入并编辑一个脚本文件程序来计算，并输出结果。

（4）函数文件

运行一个自己编写的函数文件程序来计算，并输出结果。

（5）制图

（anoisyversionofy），。

i）用plot将两条曲线画在同一个坐标轴上，原函数用实线，加噪音的函数用开圆（或其它标示符）区分，颜色随意。

图及横纵坐标轴需要标注名称，图标标识不同曲线。

ii）用holdon将两条曲线画在同一个坐标轴上，其它要求同i），加上网格。

iii）用subplot将两条曲线画在同一幅图的两个不同的坐标轴上，其它要求同i）。

第2部分实验内容

实验1PID控制

1.1实验目的：

编程实现PID控制算法。

1.2实验内容：

二阶系统的时域响应。

下面是一个单位阶跃响应，已知系统是一阶线性系统，其传递函数为G（s）。

系统内嵌在反馈控制回路中，如下图所示，闭环系统也是一阶的。

（1）系统G（s）的开环参数（DC增益和时间常数）分别为：

53.2

（2）稳态输出和稳态输入之间的关系？

5:

1

（3）若要稳态误差不大于2%，比例增益K的应该为多大？

（SSE≤2%时，比例增益至少为多少？

）

K>

=10

（4）系统G（s）的闭环参数（DC增益和时间常数）分别为多少？

以 

K的函数形式给出。

Gdc=5k/（5k+1）Ts=3.2/（5k+1）

（5）建立开环传递函数。

用你在上面步骤中得到的数值写成如下形式：

G（s）=Gdc/（sτ+1）

G（s）=5/（s*3.2+1）

（6）建立仿真模型，用Matlab得到系统的阶跃响应，观察比例增益K变化时系统响应的变化，并对比分析仿真结果来验证理论分析的结果.

1.3实验程序：

l.学习Matlab中和本实验相关的命令。

figure

for----end

tf、step（num,den）

grid、title、holdon、holdoff

2．保存或复制实验曲线和数据。

1.4实验结果：

1．给出相应程序代码并记录实验程序的运行结果。

2．分析比例增益K对系统响应的影响。

程序：

clearall;

t=0:

0.1:

20;

num=[5];

den=[3.21];

plant=tf（num,den）;

figure

（1）

step（plant,t）,axis（[02006]）;

gridon

figure

（2）

Kp=10:

1:

m=0:

0.001:

1;

holdon

forcontr=Kp;

sys_cl=feedback（contr*plant,1）;

%建立单位负反馈的系统的传递函数

step（sys_cl,m）;

holdoff

图像：

K对系统的影响：

K越大，上升时间越短，调整时间也越短。

实验2根轨迹

2.1实验目的：

绘制根轨迹。

2.2实验内容：

反馈系统如下图。

系统有一个可调的增益放大器，系数为K。

被控对象传递函数为：

G（s）=（s+5）/[（s+1）（s+3）]

需要你分析一下系统的行为。

画出作为增益的函数的闭环系统的根轨迹。

（i）明确指出极点离开实轴的点或者是进入实轴的点。

1/（d+1）+1/（d+3）=1/（d+5）d1=-2.1716d2=-7.8284

（ii）给出那些点出现时的K值。

k=11.6569k=0.3432

2.3实验程序：

1、学习根轨迹、零极点图绘制的相关语句。

rlocus（sys）

[k,p]=rlocfind（num,den）

gtext

pzmap（p,z）

[num,den]=feedback（num,den,1）

2、运行实验程序，观察试验结果。

3、保存或复制实验曲线和数据。

2.4实验结果分析

1、给出相应程序代码并记录实验程序的运行结果。

2、分析放大系数K对根轨迹影响，并分析放大系数K系统稳定性的影响。

num=[15];

den=conv（[11],[13]）;

sys=tf（num,den）;

pzmap（sys）;

[p,z]=pzmap（sys）;

legend（'

极点'

'

零点'

）;

rlocus（sys）;

[k,p1]=rlocfind（num,den）

[k,p2]=rlocfind（num,den）

系统已经稳定，调节K对系统不会有影响

实验3伯德图补偿

3.1实验目的：

MATLAB辅助设计控制系统。

3.2实验内容：

绘制伯德图，并进行补偿分析。

下面是一个带可变增益的闭环系统。

被控对象G（s）=2/[（0.5s+1）（s2+4s+1）]。

画出G（s）的伯德图。

（i）确定系统G（s）的相角裕量和幅值裕量。

Gm=22.3dbPm=102deg

（ii）确定相角裕量为40o时的增益K。

k=3.9670

（iii）确定相角裕量为40o时阶跃输入的可达SSE，是否令人满意？

SSE=（1-DCGAIN（sys_cl））/1=0.1119令人满意

3.3实验程序：

1、学习频率绘制相关语句。

bode（num,den）

[num,den]=zp2tf（z,p,k）

logspace

subplot、xlabel、margin

2、运行实验程序，观察结果。

3.3实验结果分析

num=[02];

den=conv（[0.51],[141]）;

sys=tf（num,den）

bode（sys）

margin（sys）

fork=3:

4;

k1=k;

sys1=k1*sys;

[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin（sys1）;

if（（Pm-40）/40>

-0.0001）&

&

（（Pm-40）/40<

0.0001）

k1

Pm

figure（3）

margin（sys1）

gridon

break;

end

end

sys_cl=feedback（sys1,1）

figure（4）

step（sys_cl）

SSE=1-dcgain（sys_cl）

2、观察程序画出的bode图，与手绘图进行比较。

3、在bode图上读出相角裕量和幅值裕量，并判断闭环系统的稳定性。

Gm=22.3dbPm=102deg系统稳定

实验4奈奎斯特图

4.1实验目的：

4.2实验内容：

绘制奈奎斯特图，并进分析。

1、请手绘一下系统的奈图，给出高频渐进线、Dc增益点，实虚轴交点及所在的频率，并用nyquist命令自动生成奈图，进一步验证所绘制的奈图的正确性。

a.一阶系统G（s）=1/（s+1）

b.二阶系统G（s）=1/（s+1）2

c.三阶系统G（s）=1/（s+1）3

2、用nyquist命令直接绘制高阶系统的奈图。

3、用nyquist命令直接绘制复极点系统的奈图。

4、用nyquist命令直接绘制系统的奈图，并判断闭环系统的稳定性。

4.3实验程序：

1、学习Matlab语言与本实验相关的语句

nyquist（num,den）

2、运行实验程序。

4.4实验结果：

程