计算机控制基础实验报告.docx
- 文档编号:23960282
- 上传时间:2023-05-22
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:141.23KB
计算机控制基础实验报告.docx
《计算机控制基础实验报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算机控制基础实验报告.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
计算机控制基础实验报告
重庆交通大学
学生实验报告
实验课程名称机械工程控制基础
开课实验室交通装备与制造工程实训中心
学院机电与汽车工程学院年级2012专业班机械电子工程
(2)
学生姓名学号
开课时间2014至2015学年第二学期
总成绩
教师签名
批改日期
实验项目
Z变换
实验时间
实验地点
90304
实验性质
验证性设计性综合性
教师评价:
评价教师签名:
第2章Z变换定义与常用函数Z变换
1求下列函数的Z变换。
(1)
symsaTnk
>>FZ=(ztrans(1-exp(-a*n*T)))
FZ=
z/(z-1)-z/(z-exp(-T*a))
>>pretty(FZ)
zz
-------------------
z-1z-exp(-Ta)
(2)
symsaTnk
FZ=ztrans((1/4)^(n*T))
FZ=
z/(z-(1/4)^T)
(3)
symssnT
>>ft=ilaplace(6/(s*(s+2)))
ft=
3-3*exp(-2*t)
>>FZ=(ztrans(3-3/exp(2*n*T)))
FZ=
(3*z)/(z-1)-(3*z)/(z-exp(-2*T))
>>pretty(FZ)
3z3z
-------------------
z-1z-exp(-2T)
(4)
symssnTt
ft=ilaplace((s+2)/((s+1)*(s+2)))
ft=
exp(-t)
FZ=(ztrans(exp(-t)))
FZ=
z/(z-exp(-1))
3求下列各函数的Z反变换。
(1)
symsz
>>f=z/(z-0.5)
f=
z/(z-1/2)
>>iztrans(f)
ans=
(1/2)^n
(2)
symsz
>>f=((z^2)/((z-0.8)*(z-0.1)))
f=
z^2/((z-4/5)*(z-1/10))
>>iztrans(f)
ans=
(8*(4/5)^n)/7-(1/10)^n/7
实验项目
系统分析
实验时间
实验地点
90304
实验性质
验证性设计性综合性
教师评价:
评价教师签名:
第三章:
计算机控制系统的分析
1试求如题图3.1所示的采样控制系统在单位阶跃信号作用下的输出响应
。
设
,采样周期T=0.1s。
解:
gs=tf([20],[1100]);
gz=c2d(gs,0.1,'imp');
gzb1=gz/(gz+1);
gzb2=feedback(gz,1);
y=step(gzb1);
step(gzb1,gzb2);
结果:
2试求如题图3.1所示的采样控制系统在单位速度信号作用下的稳态误差。
设
,采样周期T=0.1s.
解:
gs=tf([1],[0.110]);
T=0.1;
gz=c2d(gs,T,'imp');
gzb=feedback(gz,1);
rz=tf([0.10],[1-21],T);
rz1=zpk([0],[11],T,T);
yz=rz*gzb;
impulse(yz);
t=[0:
0.1:
10]';
ramp=t;
lsim(gzb,ramp,t)
[y,t1]=lsim(gzb,ramp,t);
ER=ramp-y
plot(ER,t),grid
结果:
误差曲线
5对于题图3.1所示的采样控制系统,设
,采样周期T=1s。
(1)试分析该系统是否满足稳定的充要条件。
(2)试用Routh准则判断其稳定性。
解:
gs=tf([1],[110]);
T=1;
gz=c2d(gs,T,'imp');
gzb=feedback(gz,1);
pzmap(gzb)
结果:
故满足稳定的充要条件。
6设线性离散控制系统的特征方程为
,试判断此系统的稳定性。
解:
gz1=tf([1],[45-117-119-39],1);
pzmap(gz1)
结果:
故稳定。
9一闭环系统如图3.2所示,设
,采样周期T=1s。
试求:
(1)绘制开环系统的幅相频率特性曲线。
(2)绘制开环系统的bode图。
(3)确定相位裕度和幅值裕度。
解:
Gs=tf([1],[110])
Gz=c2d(Gs,1)
nyquist(Gz)
Gs=
1
-------
s^2+s
Continuous-timetransferfunction.
Gz=
0.3679z+0.2642
----------------------
z^2-1.368z+0.3679
Sampletime:
1seconds
Discrete-timetransferfunction.
bode(Gz)
实验项目
控制系统的离散化设计
实验时间
实验地点
90304
实验性质
验证性设计性综合性
教师评价:
评价教师签名:
第4章计算机控制系统的离散化设计
2某系统如题图4.1所示,已知被控对象的传递函数为
设采样周期T=0.1s,针对单位速度输入设计有纹波系统的数字控制器,计算采样瞬间数字控制器和系统的输出响应并绘制图形。
解:
Gs=tf([10],[110])
Gz=c2d(Gs,1)
Gs=
10
-------
s^2+s
Continuous-timetransferfunction.
Gz=
3.679z+2.642
----------------------
z^2-1.368z+0.3679
Sampletime:
1seconds
Discrete-timetransferfunction.
>>Wez=filt([1-21],[1],1)
Wez=
1-2z^-1+z^-2
Sampletime:
1seconds
Discrete-timetransferfunction.
>>Wz=1-Wez
Wz=
2z^-1-z^-2
Sampletime:
1seconds
Discrete-timetransferfunction.
>>Dz=(1-Wez)/Wez/Gz
Dz=
2-3.736z^-1+2.104z^-2-0.3679z^-3
--------------------------------------------
3.679-4.715z^-1-1.606z^-2+2.642z^-3
Sampletime:
1seconds
Discrete-timetransferfunction.
>>Rz=filt([0T],[1-21],-1)
Rz=
z^-1
-----------------
1-2z^-1+z^-2
Sampletime:
unspecified
Discrete-timetransferfunction.
>>Yz=Rz*Wz
Yz=
2z^-2-z^-3
-----------------
1-2z^-1+z^-2
Sampletime:
1seconds
Discrete-timetransferfunction.
>>impulse(Yz)
结果:
看不懂怎么回事。
6某控制系统如题图4.1所示,已知被控对象的传递函数为
设采样周期T=1s,试设计数值控制器D(z),使得系统对等速输入响应在采样点上无稳态误差,同时对阶跃响应的超调量和调整时间均为有所折中,并画出所选阻尼因子所对应的阶跃响应和等速响应的曲线。
解:
Gs=tf([5],[110])
Gz=c2d(Gs,0.1)
Wez=filt([1-21],[1],0.1)
Gs=
5
-------
s^2+s
Continuous-timetransferfunction.
Gz=
0.02419z+0.02339
----------------------
z^2-1.905z+0.9048
Sampletime:
0.1seconds
Discrete-timetransferfunction.
Wez=
1-2z^-1+z^-2
Sampletime:
0.1seconds
Discrete-timetransferfunction.
>>c=0.2
Cz=filt([1-c],[1],0.1)
Wez1=Wez/Cz
Wz1=1-Wez1
Rz=filt([00.1],[1-21],0.1)
subplot(2,1,1);impulse(Rz*Wz1)
subplot(2,1,2);step(Wz1)
Wz1
c=
0.2000
Cz=
1-0.2z^-1
Sampletime:
0.1seconds
Discrete-timetransferfunction.
Wez1=
1-2z^-1+z^-2
-----------------
1-0.2z^-1
Sampletime:
0.1seconds
Discrete-timetransferfunction.
Wz1=
1.8z^-1-z^-2
---------------
1-0.2z^-1
Sampletime:
0.1seconds
Discrete-timetransferfunction.
Rz=
0.1z^-1
-----------------
1-2z^-1+z^-2
Sampletime:
0.1seconds
Discrete-timetransferfunction.
Wz1=
1.8z^-1-z^-2
---------------
1-0.2z^-1、
图:
实验项目
模拟化设计、状态空间分析和线性离散化状态空间设计
实验时间
实验地点
90304
实验性质
验证性设计性综合性
教师评价:
评价教师签名:
第六章线性离散化系统状态空间分析
2设某系统的Z传递函数为
,求状态空间表达式。
解:
Gz=tf([1-0.4],[1-0.70.06],1)
sys1=ss(Gz)
Gz=
z-0.4
------------------
z^2-0.7z+0.06
Sampletime:
1seconds
Discrete-timetransferfunction.
sys1=
a=
x1x2
x10.7-0.24
x20.250
b=
u1
x12
x20
c=
x1x2
y10.5-0.8
d=
u1
y10
Sampletime:
1seconds
Discrete-timestate-spacemodel.
3某系统的传递函数为
对应的状态空间方程为
采样周期T=1s,并使用零阶保持器,试求离散化状态空间方程。
解:
sys=ss([01;0-2],[0;1],[10],0)
dss=c2d(sys,1)
sys=
a=
x1x2
x101
x20-2
b=
u1
x10
x21
c=
x1x2
y110
d=
u1
y10
Continuous-timestate-spacemodel.
dss=
a=
x1x2
x110.4323
x200.1353
b=
u1
x10.2838
x20.4323
c=
x1x2
y110
d=
u1
y10
4设离散系统的状态空间表达式为
。
试求传递函数
和A的特征值。
解:
sys=ss([0.60;0.20.1],[1;1],[01],0,-1)
sys=
a=
x1x2
x10.60
x20.20.1
b=
u1
x11
x21
c=
x1x2
y101
d=
u1
y10
pole(sys)
ans=
0.1000
0.6000
6设离散系统的系数矩阵为A=[
],试根据系统稳定的充要条件确定该系统的稳定性。
解:
A=[01;-1-2]
eig(A)
A=
01
-1-2
ans=
-1
-1
线性离散系统稳定的充要条件是系统的全部特征值位于单位圆,由上结果知系统矩阵的特征值为-1、-1。
故系统是临界稳定。
8试确定下列离散系统的可控性。
(3)
解:
A=[100;020;012]
B=[16;03;20]
Tc=ctrb(A,B)
rank(Tc)
A=
100
020
012
B=
16
03
20
Tc=
161616
0306012
2043812
ans=
3
能控阵的秩为3,等于系统的阶次,所以系统是完全可控的。
10试确定下列离散系统状态的可测性。
(3)
解:
A=[-100;012;020]
C=[012;100]
To=obsv(A,C)
rank(To)
A=
-100
012
020
C=
012
100
To=
012
100
052
-100
0910
100
ans=
3
能观阵的秩为3,等于系统的阶次,所以系统是完全可观的。
第7章线性离散化系统状态空间设计
8.设被控对象的状态空间方程为
X(k+1)=[
]x(k)+[
]u(k)
y(k)=[
1]x(k)
试用极点配置法确定状态反馈矩阵K,使状态反馈闭环系统的特征值为0.4和0.7,并画出状态反馈系统方块图
解:
P=[0.40.7]
A=[3-2;10]
B=[1;2]
K=place(A,B,P)
P=
0.40000.7000
A=
3-2
10
B=
1
2
K=
-2.02001.9600
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算机控制 基础 实验 报告