中原工学院matlab仿真实验报告.docx
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中原工学院matlab仿真实验报告.docx
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中原工学院matlab仿真实验报告
实验一面向系统结构图的仿真程序调试
一、实验目的
1.熟悉以结构图形式描述的连续系统的数字仿真方法和步骤。
2.了解仿真程序的使用方法以及使用的限制条件。
3.学会分析系统环节参数变化对系统动态特性的影响。
二、实验属性(验证性)
三、实验要求
实验前,要求预习结构图仿真程序的原理和程序的各变量的含义,使用方法及条件;准备好运行程序所需的计算用参数,熟悉各参数输入方法。
实验中要认真进行仿真程序调试,进行仿真实验,了解系统参数变化对动态特性的影响并记录实验数据或曲线。
实验后写出实验报告,并对仿真实验结果进行分析、讨论。
四、实验内容与步骤
一、调入面向系统结构图的仿真程序FZ1(程序见附录C),了解仿真程序的使用方法及程序调试。
二、使用仿真程序FZ1,对图1-1所示控制系统进行仿真研究。
当系统参数分别为:
(1)
,
,
,
(2)
,
,
,
(3)
,
,
,
试确定在阶跃信号输入下系统的动态特性。
计算各系统的动态性能指标,并进行分析。
图1-1控制系统结构图
>>s=tf('s');G=feedback((s+0.1)/(s+0.02)*1/s*10/(s+10)*100/(s+100),1)
Transferfunction:
1000s+100
---------------------------------------
s^4+110s^3+1002s^2+1020s+100
>>step(G,50)
>>s=tf('s');G=feedback((s+0.1)/(s+0.02)*1/s*10/(s+10)*100/(s+100),1)
Transferfunction:
1000s+100
---------------------------------------
s^4+110s^3+1002s^2+1020s+100
>>step(G,50)
>>s=tf('s');G=feedback((s+1)/(s+0.2)*1/s*10/(s+10)*100/(s+100),1)
Transferfunction:
1000s+1000
------------------------------------------
s^4+110.2s^3+1022s^2+1200s+1000
>>step(G,50)
实验二初试MATLAB
一、实验目的
1.熟悉视窗下的MATLAB环境;
2.掌握MATLAB软件的基本使用方法;
3.应用MATLAB命令建立系统数学模型;
4.掌握利用MATLAB软件进行控制系统模型转换的方法。
二、实验属性(验证性)
三、实验仪器设备及器材
1.硬件要求
基于IBM-PC或与之完全相兼容的带有中央处理器的奔腾及其以上机器至少64KB内存,推荐使用128KB以上内存。
2.软件要求
安装有MATLAB,并且有MicrosoftWord7.0(office95)以上支持的操作系统。
四、实验要求
实验前要求熟悉相关MATLAB函数并预习实验的相关内容,写出预习报告。
实验时要按要求完成上机实验内容并且检验和调整程序,观察并记录仿真结果。
实验后写出实验报告,并对仿真实验结果进行分析、讨论。
五、实验内容与步骤
1.双击MATLAB6.5的图标,运行MATLAB时,展示在用户面前的为桌面环境的缺省界面窗口,如图2-1所示。
图2-1MATLAB的桌面环境
要求熟悉视窗下的MATLAB环境,分别观察和熟悉菜单项、工具栏、历史命令窗口、命令窗口、当前目录浏览器、工作空间浏览器、目录分类窗口、M文件编辑器/调试器、超文本帮助浏览器。
2.单击工具栏中帮助按钮(或者单击Help菜单中的MATLABHelp),打开MATLAB6.5的帮助系统,练习和熟悉MATLAB6.5的帮助系统的使用。
3.熟悉教材上相关矩阵的MATLAB基本运算;
4.熟悉教材上常微分方程的MATLAB求解;
5.建立
的传递函数,零极点及状态方程模型
>> G=tf([1 11 30 0],[1 9 45 87 50]);
>> zpk(G)
Zero/pole/gain:
s (s+6) (s+5)
----------------------------
(s+2) (s+1) (s^2 + 6s + 25)
6.应用MATLAB命令编写相应M文件,建立图2-2系统的数学模型——闭环传递函数。
图2-2调速系统
g1=tf(1,[0.01,1]);g2=tf([0.17,1],[0.085,0]);g3=g1;
g4=tf([0.15,1],[0.05,0]);g5=tf(70,[0.0067,1]);
g6=tf(0.21,[0.15,1]);g7=tf(130,[1,0]);
g11=feedback(g6,0.01*g4*g5*g1);
g22=feedback(g1*g7,0.212);
g33=feedback(g2*g3*g4*g5*g22,0.0044*g1);
g=g1*g33
Transferfunction:
2.321s^3+261.2s^2+3003s+9100
---------------------------------------------------------------
2.848e-013s^8+1.564e-010s^7+3.487e-008s^6+4.042e-006s^5
+0.0002572s^4+0.01876s^3+1.266s^2
+13.21s+40.04
7.求满足
的最小m值,并编写该函数;
>>s=0;m=0;
>>while(s<1000),m=m+1;s=s+m;
end,[s,m]
ans=
103545
实验三基于MATLAB的系统时域分析
一、实验目的
1.熟悉MATLAB的各种绘图命令;
2.掌握基于MATLAB的控制系统时域分析方法。
二、实验属性(验证性)
三、实验要求
实验前要求熟悉相关MATLAB函数并预习实验的相关内容,写出预习报告。
实验时要按要求完成上机实验内容并且检验和调整程序,观察并记录仿真结果。
实验后写出实验报告,并对仿真实验结果进行分析、讨论.
四、实验内容与步骤
1.应用MATLAB的绘图命令,绘制y=3x2+4x-7在[-1010]之间的图
x=[-10:
0.1:
10];
y=3*x.^2+4*x-7;
plot(x,y)
2.应用MATLAB的绘图命令,绘制y=sinx、y=cosx在一个周期内的图形。
x=0:
0.01:
pi*2;
y1=sin(x);
y2=cos(x);
holdon
plot(x,y1)
plot(x,y2)
3.已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为
,应用MATLAB命令编写相应M文件,绘制系统的
值分别为1.4,2.3,3.5时的单位阶跃响应曲线。
g=tf([1.4],conv(conv([1,0],[0.5,1]),[4,1]));
g1=feedback(g,1);
step(g1)
g=tf([2.3],conv(conv([1,0],[0.5,1]),[4,1]));
g1=feedback(g,1);
step(g1)
g=tf([3.5],conv(conv([1,0],[0.5,1]),[4,1]));
g1=feedback(g,1);
step(g1)
4.一个二阶系统为
,其中
{1,2,4},
{1.25
2,29},应用MATLAB命令编写相应M文件,绘制系统对应三组不同参数配合下,同一坐标轴里的三条阶跃响应曲线。
k=[1.252,29];
c=[1,2,4];
holdon
forj=1:
3
num=k(j);
den=[1,c(j),k(j)];
g=tf(num,den);
g1=feedback(g,1);
step(g)
end
holdoff
5.应用MATLAB命令编写相应M文件,分别绘制图3-1各控制系统的单位阶跃响应曲线并比较其动态性能.
(a)num=[1];den=[1,0,0];
g=tf(num,den);
g1=feedback(g,1);
step(g1)
(b)num=[1,1];
den=[1,0,0];
g=tf(num,den);
g1=feedback(g,1);
step(g1)
(c)num=[1];den=[1,0,0];
g=tf(num,den);
a=tf([1,0],[1]);
g1=feedback(g,a,-1);
g2=feedback(g1,1);
step(g2)
实验四系统的根轨迹与频域分析
一、实验目的
1.熟悉MATLAB的各种函数命令的调用格式;
2.掌握基于MATLAB的控制系统根轨迹与频域分析方法。
二、实验属性(综合性)
三、实验仪器设备及器材
1.硬件要求
基于IBM-PC或与之完全相兼容的带有中央处理器的奔腾及其以上机器至少64KB内存,推荐使用128KB以上内存。
3.软件要求
安装有MATLAB,并且有MicrosoftWord7.0(office95)以上支持的操作系统。
四、实验要求
实验前要求熟悉相关MATLAB函数并预习实验的相关内容,写出预习报告。
实验时要按要求完成上机实验内容并且检验和调整程序,观察并记录仿真结果。
实验后写出实验报告,并对仿真实验结果进行分析、讨论。
五、实验内容与步骤
1.熟悉和掌握MATLAB有关控制系统根轨迹法的函数命令及调用格式。
设单位反馈控制系统的开环传递函数如下,应用MATLAB命令编写相应M文件,绘制出相应的闭环根轨迹。
⑴
num=1;
den=conv(conv([1,0],[0.2,1]),[0.5,1]);
g=tf(num,den);
rlocus(g)
⑵
g=tf([11],[conv([10],[21])]);
rlocus(g)
⑶
num=[1,5];
den=[1,5,6,0];
g=tf(num,den);
rlocus(g)
2.熟悉和掌握MATLAB有关控制系统根轨迹法的函数命令及分析方法。
设单位反馈控制系统的开环传递函数为
,应用MATLAB命令编写相应M文件,要求:
①绘制闭环根轨迹;
②确定系统的临界稳定开环增益;
③确定与系统临界阻尼比相应的开环增益。
g=tf(1,[conv([0.01,1,0],[0.02,1])]);
rlocus(g);
[k,poles]=rlocfind(g)
Selectapointinthegraphicswindow
selected_point=
0+66.4596i
k=
132.7330
poles=
1.0e+002*
-1.4675
-0.0163+0.6723i
-0.0163-0.6723i
g=tf(1,[conv([0.01,1,0],[0.02,1])]);
rlocus(g);
[k,poles]=rlocfind(g)
Selectapointinthegraphicswindow
selected_point=
-21.8009-0.6211i
k=
9.6214
poles=
-107.7343
-21.3896
-20.8761
3.熟悉和掌握MATLAB有关控制系统根轨迹法的函数命令及分析方法。
设反馈控制系统中
,
,应用MATLAB命令编写相应M文件,要求:
①绘制闭环根轨迹,并判断闭环系统的稳定性;
②若改变反馈通路传递函数,使
,绘制相应的闭环根轨迹,并研究由于
改变所产生的效应。
g=tf([1],[conv([1,2,0],[1,5])]);
rlocus(g)
由图可知所有的特征根都在y的左半部分所以系统是稳定的。
g=tf([2,1],[conv([1,2,0],[1,5])]);
rlocus(g)
4.熟悉和掌握MATLAB有关控制系统频域分析法的函数命令及分析方法。
应用MATLAB命令编写相应M文件,绘制以下系统的频率特性曲线,并计算各系统的相角裕度和幅值裕度。
①
z=[];p=[-1/2,-1/8];k=2;
g=zpk(z,p,k);
[h,r,wc,wg]=margin(g)
h=
Inf
r=
25.3032
wc=
Inf
wg=
1.3677
z=[];p=[-1/2,-1/8];k=2;
g=zpk(z,p,k);
[h,r,wc,wg]=margin(g);
bode(g)
(2)k=200;
z=[];
p=[0,0,-1,-0.1];
g=zpk(z,p,k);
[h,r,wc,wg]=margin(g)
bode(g)
h=
Inf
r=
-163.4468
wc=
NaN
wg=
3.7277
(3)num=[4,0.4];
den=conv(conv([1],[1,1,1]),[1,2]);
g=tf(num,den);
[h,r,wc,wg]=margin(g)
bode(g)
r=
87.1467
wc=
Inf
wg=
1.7226
(4)k=4000;
z=[-20,-20];
p=[0,-1,-0.1];
g=zpk(z,p,k);
[h,r,wc,wg]=margin(g)
h=
0.0022
r=
89.4428
wc=
18.8676
wg=
4.0001e+003
实验四SIMULINK设计
一、实验目的
1.熟悉Simulink的环境和Simulink功能模块库。
2.掌握Simulink系统建模与系统仿真的方法。
二、实验属性(验证性)
三、实验仪器设备及器材
1.硬件要求
基于IBM-PC或与之完全相兼容的带有中央处理器的奔腾及其以上机器至少64KB内存,推荐使用128KB以上内存。
4.软件要求
安装有MATLAB,并且有MicrosoftWord7.0(office95)以上支持的操作系统。
四、实验要求
实验前要求了解Simulink的环境和Simulink功能模块库并预习实验的相关内容,写出预习报告。
实验时要按要求完成上机实验内容并且检验和调整程序,观察并记录仿真结果。
实验后写出实验报告,并对仿真实验结果进行分析、讨论。
五、实验内容与步骤
3.采用Simulink系统建模与系统仿真的方法,对图5-1所示非线性系统进行仿真研究。
要求绘制信号
的稳态波形,,并确定输出信号
的自振振幅和频率。
仿真:
C点:
X点:
Y点:
5.采用Simulink系统建模与系统仿真的方法,对图5-2所示非线性系统进行仿真研究。
系统开始是静止的,输入信号
,要求绘制该系统的相平面图,并分析系统的运动特点。
仿真:
>>[t,x,y]=sim('hly',20);
>>piot(y(:
1),y(:
2))
1.采用Simulink系统建模与系统仿真的方法进行系统校正,系统校正前开环传递函数为
,串联校正装置的传递函数为:
,要求绘制系统校正前后动态响应曲线,分析系统校正前后的动态特性。
图1
如图2
如图所示!
图1为校正前的系统节约响应曲线,图2为校正前后俩信号的比较图,从图中可以明显看到校正后的系统的超调量,调节时间都明显降低了,系统之前稳定。
校正前超调量为85%,调节时间为2.99s;校正后超调量为4%,调节时间为1.28s。
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