自动控制原理实验评测报告mathlab建模.docx
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自动控制原理实验评测报告mathlab建模
自动控制原理实验报告
学院:
机电工程学院
班级:
姓名:
学号:
指导老师:
实验一:
在MATLAB中创建系统模型
一、实验目的:
1.熟悉MATLAB桌面和命令窗口,初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。
2.通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性,加深对各典型环节响应曲线的理解。
二、实验过程:
1.传递函数模型的建立
1)多项式形式的传递函数
①课本例2.23上机操作过程如下:
②课本P62,习题2-3上机操作过程如下:
2)零、极点形式的传递函数
课本例2.24上机操作过程如下:
3)分子、分母为因式乘积形式的传递函数
课本例2.25上机操作过程如下:
2.Simulink建模
①课本例题上机操作如下:
设单位反馈系统的开环传递函数为:
将其转换成Simulink框图,输入为阶跃信号,它的Simulink框图如下所示:
2比例环节
和
的SIMULINK图形建模操作如下;
比例环节
的SIMULINK图形如下图所示:
比例环节
的SIMULINK图形
3.课后练习
用matlab求下列函数的拉氏变换<习题2-1),上机操作过程如图所示:
实验二:
在MATLAB中算特征根及绘制根轨迹图
一、实验目的:
1.掌握MATLAB下的根轨迹绘制方法;
2.学会利用根轨迹进行系统分析。
二、实验过程:
1)例3-21试利用MATLAB函数求例3.1中k=2.k=20时系统的特征根,并分别判定稳定性。
上机操作过程如下:
>>num=[2]。
den=conv([10],conv([0.11],[0.251]>>。
g=tf(num,den>。
sys=feedback(g,1>。
>>pzmap(sys>
p=pole(sys>
p=
-11.0314
-1.4843+2.2470i
-1.4843-2.2470i
2)例3-22二阶系统如图3.13所示,设Wn=1,试研究系统的单位阶跃响应与参数
的关系。
上机操作过程如下:
>>w=1。
>>num=w^2。
>>figure(1>。
>>holdon。
>>forx=0.2:
0.1:
1.2
den=[12*x*ww^2]。
sys=tf(num,den>。
step(sys>
end
gridon
3)开环传递函数
绘制其闭环根轨迹。
上机输入程序如下:
>>z=[]。
p=[0,-1,-2]。
k=1。
sys=zpk(z,p,k>。
rlocus(sys>
运行结果:
4)例4-20利用MATLAB程序绘制例4-11的广义根轨迹
上机输入程序如下:
num=[1]。
den=[120]。
g=tf(num,den>。
rlocus(g>。
holdon
fork1=0.1:
0.2:
3
num=[1]。
den=[12k10]。
sys=tf(num,den>。
rlocus(sys>
end
运行结果如下:
5)习题4-1设单位反馈系统的开环传递函数为
,
试用解读法绘制增益K从0→
变化时的闭环根轨迹,用MATLAB绘制出。
上机输入程序如下。
num=[1]。
den=conv([10],[110]>。
rlocus(num,den>
运行结果如下:
实验三:
控制系统的频域分析法
一、实验目的:
1.掌握用MATLAB语句绘制各种频域曲线。
2.掌握控制系统的频域分析方法。
二、实验过程:
1)例题1.系统的开环传递函数为
绘制Bode图、Nyquist曲线和Nichols曲线的MATLAB程序如下:
num=[10]。
den=conv([21],conv([11],[0.11]>>。
gh=tf(num,den>。
figure(1>
bode(gh>
grid
figure(2>
nyquist(gh>
figure(3>
nichols(gh>
Ngrid
执行后的Bode图、Nyquist曲线和Nichols曲线为:
2)典型二阶系统
绘制出
,
,0.3,0.5,0.8,2的bode图,记录并分析
对系统bode图的影响。
num=[0036]。
den1=[11.236]。
den2=[13.636]。
den3=[16.036]。
den4=[19.636]。
den5=[12436]。
w=logspace(-2,3,100>。
bode(num,den1,w>。
grid
text(4.2,-15,'¦Î=0.1'>
hold
bode(num,den2,w>。
text(2.5,-22,'¦Î=0.3'>
bode(num,den3,w>。
text(13.5,-150,'¦Î=0.5'>
bode(num,den4,w>。
text(24,-157,'¦Î=0.8'>
bode(num,den5,w>。
text(1.4,-45,'¦Î=2.0'>
实验四:
控制系统的设计
一、实验目的:
1.掌握用MATLAB语句绘制各种频域曲线。
2.掌握控制系统的校正设计方法。
二、实验过程:
1)试利用MATLAB命令完成例6.9的控制系统设计。
,设k=100。
MATLAB的程序如下:
k=100。
num=[k]。
den=conv([10],[0.11]>。
Gp=tf(num,den>。
[h0,r0,wg0,wc0]=margin(Gp>。
wm=40。
L=bode(Gp,wm>。
Lwc=20*log10(L>。
a=10^(-0.1*Lwc>。
T=1/(wm*sqrt(a>>。
phi=asin((a-1>/(a+1>>。
Gc=(1/a>*tf([a*T1],[T1]>。
Gc=a*Gc。
G=series(Gc,Gp>。
bode(G,Gp,'--'>
grid
[h,r,wg,wc]=margin(G>
执行的结果如下:
第一次校正得到的Bode图
2)试用MATLAB命令完成例6.1的控制系统设计。
设单位反馈系统的开环传递函数为
。
程序如下:
num=[1]。
den=conv([10],conv([11],[15]>>。
sys=tf(num,den>。
rlocus(sys>
num=[4.17]
den=conv([10],conv([11],[15]>>。
sys=tf(num,den>。
sys1=feedback(sys,1>。
figure
step(sys1>
执行结果如下:
校正前系统的根轨迹
校正前系统的阶跃响应
1.选取校正装置的极点
,于是矫正装置的零点为
,故滞后校正装置的传递函数为:
程序如下:
num=0.1*[10.1]。
den=conv(conv([10],[10.01]>,conv([11],[15]>>。
sys=tf(num,den>。
rlocus(sys>
num1=4.17*[10.01]。
sys1=tf(num1,den>。
sys2=feedback(sys1,1>。
figure
step(sys2>
执行结果如下:
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