机械控制工程基础实验报告陈国梁.docx

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机械控制工程基础实验报告陈国梁

中北大学

《机械工程控制基础》

实

验

报

告

班级X

学号32

姓名陈国梁

时间2011-12-24

实验一：

系统时间响应分析

实验时间：

2011-12-24实验室名称：

数字化实验室

内容：

1、实验结果与相应的MATLAB程序

一阶系统单位脉冲和单位阶跃响应

clearall;

t=[0:

0.001:

0.2];

%

nG=[1];

tao=0.2;dG=[tao1];G1=tf（nG,dG）;

tao=0.3;dG=[tao1];G2=tf（nG,dG）;

tao=0.4;dG=[tao1];G3=tf（nG,dG）

%

[y1,T]=impulse（G1,t）;[y1a,T]=step（G1,t）;

[y2,T]=impulse（G2,t）;[y2a,T]=step（G2,t）;

[y3,T]=impulse（G3,t）;[y3a,T]=step（G3,t）;

%

subplot（121）,plot（T,y1,'--',T,y2,'-.',T,y3,'-'）

legend（'tao=0.2','tao=0.3','tao=0.4'）

xlabel（'t（sec）'）,ylabel（'x（t）'）;gridon;

subplot（122）,plot（T,y1a,'--',T,y2a,'-.',T,y3a,'-'）

legend（'tao=0.2','tao=0.3','tao=0.4'）

gridon;xlabel（'t（sec）'）,ylabel（'x（t）'）;

二阶系统单位脉冲和单位阶跃响应

clearall;

t=[0:

0.01:

4];

wn=7;

nG=[wn^2];

kc=0.3;dG1=[12*kc*wnwn^2];G1=tf（nG,dG1）;

kc=0.6;dG2=[12*kc*wnwn^2];G2=tf（nG,dG2）;

kc=0.9;dG3=[12*kc*wnwn^2];G3=tf（nG,dG3）;

[y1,T]=impulse（G1,t）;[y1a,T]=step（G1,t）;

[y2,T]=impulse（G2,t）;[y2a,T]=step（G2,t）;

[y3,T]=impulse（G3,t）;[y3a,T]=step（G3,t）;

subplot（121）,plot（T,y1,'--',T,y2,'-.',T,y3,'-'）

legend（'kc=0.3','kc=0.6','kc=0.9'）,

xlabel（'t（sec）'）,ylabel（'y（t）'）;gridon;

subplot（122）,plot（T,y1a,'--',T,y2a,'-.',T,y3a,'-'）

legend（'kc=0.3','kc=0.6','kc=0.9'）,

gridon;xlabel（'t（sec）'）,ylabel（'y（t）'）;

二阶系统正弦响应及响应

clearall;

t=[0:

0.01:

14];

u=sin（0.3*pi*t）;

wn=7;

nG=[wn^2];

kc=0.9;dG=[12*kc*wnwn^2];G=tf（nG,dG）;

y=lsim（G,u,t）;

plot（t,u,'-.',t,y,'-',t,u'-y,'--','linewidth',1）

legend（'u（t）','y（t）','e（t）'）

grid;xlabel（'t（sec）'）,ylabel（'y（t）'）;

closeall;

%

t=0:

0.001:

4;

%

yss=1;dta=0.02;

%

wn=7;

nG=[wn^2];

kc=0.3;dG1=[12*kc*wnwn^2];G1=tf（nG,dG1）;

kc=0.6;dG2=[12*kc*wnwn^2];G2=tf（nG,dG2）;

kc=0.9;dG3=[12*kc*wnwn^2];G3=tf（nG,dG3）;

y1=step（G1,t）;y2=step（G2,t）;y3=step（G3,t）;

%kc=0.3;

%求上升时间tr

r=1;whiley1（r）

tr1=（r-1）*0.001;

%求峰值ymax和峰值时间tp

[ymax,tp]=max（y1）;

tp1=（tp-1）*0.001;

%求超调量mp

mp1=（ymax-yss）/yss;

%求调整时间ts

s=4001;whiley1（s）>1-dta&y1（s）<1+dta;s=s-1;end

ts1=（s-1）*0.001;

%kc=0.6;

r=1;whiley2（r）

tr2=（r-1）*0.001;

[ymax,tp]=max（y2）;

tp2=（tp-1）*0.001;

mp2=（ymax-yss）/yss;

s=4001;whiley2（s）>1-dta&y3（s）<1+dta;s=s-1;end

ts2=（s-1）*0.001;

%%kc=0.9;

r=1;whiley3（r）

tr3=（r-1）*0.001;

[ymax,tp]=max（y3）;

tp3=（tp-1）*0.001;

mp3=（ymax-yss）/yss;

s=4001;whiley3（s）>1-dta&y3（s）<1+dta;s=s-1;end

ts3=（s-1）*0.001;

%输出数据

[tr1tp1mp1ts1;tr2tp2mp2ts2;tr3tp3mp3ts3]

ans=

0.28100.47000.37231.6040

0.39600.56100.09480.3810

0.88201.03000.00150.6710

2、实验分析内容：

（1）分析时间常数对一阶系统时间响应的影响；

（2）分析参数对二阶系统的时间响应的性能指标的影响；

（3）分析系统稳定性与系统特征值的关系；

（4）了解系统频率响应的特点。

实验二：

系统频率特性分析

实验时间：

2011-12-24实验室名称：

数字化实验室

内容：

实验程序与实验结果、实验结果分析、总结。

%微分环节

clearall

k=24;nunG1=[10];

denG1=[1];

[re,im]=nyquist（nunG1,denG1）;

subplot（121）,plot（re,im）;gridon;

subplot（122）,w=logspace（-2,3,100）;

bode（nunG1,denG1,w）;gridon;

%导前环节

>clearall

k=24;nunG1=[41];

denG1=[1];

[re,im]=nyquist（nunG1,denG1）;

subplot（121）,plot（re,im）;gridon;

subplot（122）,w=logspace（-2,3,100）;

bode（nunG1,denG1,w）;gridon;

%惯性环节

clearall

k=24;nunG1=[1];

denG1=[41];

[re,im]=nyquist（nunG1,denG1）;

subplot（121）,plot（re,im）;gridon;

subplot（122）,w=logspace（-2,3,100）;

bode（nunG1,denG1,w）;gridon;

%震荡环节

clearall

k=24;nunG1=[4];

denG1=[124];

[re,im]=nyquist（nunG1,denG1）;

subplot（121）,plot（re,im）;gridon;

subplot（122）,w=logspace（-2,3,100）;

bode（nunG1,denG1,w）;gridon;

%比例环节

clearall

k=24;nunG1=[8];

denG1=[2];

[re,im]=nyquist（nunG1,denG1）;

subplot（121）,plot（re,im）;gridon;

subplot（122）,w=logspace（-2,3,100）;

bode（nunG1,denG1,w）;gridon;

%积分环节

clearall

k=24;nunG1=[2];

denG1=[20];

[re,im]=nyquist（nunG1,denG1）;

subplot（121）,plot（re,im）;gridon;

subplot（122）,w=logspace（-2,3,100）;

bode（nunG1,denG1,w）;gridon;

课后习题

奈奎斯图和波德图的绘制程序

（1）clearall

k=10,nunG1=[k];

T=2,denG1=[T10];

[re,im]=nyquist（nunG1,denG1）;

subplot（121）,plot（re,im）;gridon;

subplot（122）,w=logspace（-2,3,100）;

bode（nunG1,denG1,w）;gridon;

（2）clearall

K=10;nunG1=[K];

T1=2，T2=4，denG1=[T1*T2T1+T200];

[re,im]=nyquist（nunG1,denG1）;

subplot（121）,plot（re,im）;gridon;

subplot（122）,w=logspace（-2,3,100）;

bode（nunG1,denG1,w）;gridon;

（3）clearall

k=10;T1=2,nunG1=k*[T11];

T2=4,denG1=[T210];

[re,im]=nyquist（nunG1,denG1）;

subplot（121）,plot（re,im）;gridon;

subplot（122）,w=logspace（-2,3,100）;

bode（nunG1,denG1,w）;gridon;

（4）clearall

K=10;nunG1=24*[0.250.5];

denG1=[0.2510.14];

[re,im]=nyquist（nunG1,denG1）;

subplot（121）,plot（re,im）;gridon;

subplot（122）,w=logspace（-2,3,100）;

bode（nunG1,denG1,w）;gridon;

四个例题系统的贫与性能指标

（1）k=10,nunG1=[k];

T=2,denG1=[T10];

w=logspace（-1,3,100）;

[Gm,Pm,w]=bode（nunG1,denG1,w）;

[Mr,k]=max（Gm）;

Mr=20*log10（Mr）;Wr=w（k）;

M0=20*log10（Gm

（1））;

n=1;while20*log10（Gm（n））>=-3;n=n+1;end

Wb=w（n）;

[M0WbMrWr]

ans=

39.82972.848039.82970.1000

（2）K=10;nunG1=[K];

T1=2,T2=4,denG1=[T1*T2T1+T200];

w=logspace（-1,3,100）;

[Gm,Pm,w]=bode（nunG1,denG1,w）;

[Mr,k]=max（Gm）;

Mr=20*log10（Mr）;Wr=w（k）;

M0=20*log10（Gm

（1））;

n=1;while20*log10（Gm（n））>=-3;n=n+1;end

Wb=w（n）;

[M0WbMrWr]

ans=

44.36041.232844.36040.1000

（3）k=10;T1=2,nunG1=k*[T11];

T2=4,denG1=[T210];

w=logspace（-1,3,100）;

[Gm,Pm,w]=bode（nunG1,denG1,w）;

[Mr,k]=max（Gm）;

Mr=20*log10（Mr）;Wr=w（k）;

M0=20*log10（Gm

（1））;

n=1;while20*log10（Gm（n））>=-3;n=n+1;end

Wb=w（n）;

[M0WbMrWr]

ans=

39.52587.220839.52580.1000

（4）K=10;nunG1=24*[0.250.5];

denG1=[0.2510.14];

w=logspace（-1,3,100）;

[Gm,Pm,w]=bode（nunG1,denG1,w）;

[Mr,k]=max（Gm）;

Mr=20*log10（Mr）;Wr=w（k）;

M0=20*log10（Gm

（1））;

n=1;while20*log10（Gm（n））>=-3;n=n+1;end

Wb=w（n）;

[M0WbMrWr]

ans=

9.29003.12579.29000.1000