实验5-控制系统时域分析

实验51实验五控制系统的时域响应MATLAB仿真实验一实验目的1.学会利用MATLAB绘制系统的单位阶跃响应曲线，掌握读取系统动态性能指标的方法；2.学会利用MATLAB绘制系统的单位脉冲响应曲线的方法；3.掌握利用MATLAB绘制系统的零输入响应曲线的方法；4.掌握利用MATLAB绘制系统的一般输入响应曲线的方法；5.学会通过仿真曲线读取相关信息，并依据有关信息进行系统的时域分析。二实验内容1.编写程序求取下列各系统的单位阶跃响应。162.316)(21sssG164.216)(22sssGnum=[16];num=[16];den=[13.216];den=[12.416];G=tf(num,den);G=tf(num,den);GO=feedback(G,1)GO=feedback(G,1)Step(GO)step(GO)166.116)(23sssG1616)(24sssGnum=[16];num=[16];den=[11.616];den=[1116];G=tf(num,den);G=tf(num,den);GO=feedback(G,1)GO=feedback(G,1)Step(GO)Step(GO)表5-52.已知二阶系统的闭环传递函数如下，编程求取系统的单位脉冲响应。（1）828)(21sssΦNum=8;实验52Den=[128];G=tf(num,den);GO=feedback(G,1)Step(GO)（2）10210)(22sssΦNum=10;Den=[1210];G=tf(num,den);GO=feedback(G,1)Step(GO)（3）12212)(23sssΦNum=12;Den=[1212];G=tf(num,den);GO=feedback(G,1)Step(GO)（4）16216)(24sssΦNum=16;Den=[1216];G=tf(num,den);GO=feedback(G,1)Step(GO)3.已知某单位负反馈系统的开环传递函数为)11.0)(1(5)(ssssG若系统的输入信号分别为（1）tu1，)20,0(t（2）tteu5.02，)20,0(t（3）tetu5.03)2sin(，)20,0(t（4）tetu34)2cos(，)20,0(t编写程序分别求取系统的在给定的输入信号下的响应，记录相应的曲线。n=5;d=conv([1,1,0],[0.1,1]);[nc,dc]=cloop(n,d)sysc=tf(nc,dc);t=0:0.01:20;u1=t;u2=t.*exp(-0.5*t);u3=sin(2*t).*exp(-0.5*t);u4=cos(2*t).*exp(-3*t);实验53subplot(221);lsim(sysc,u1,t);subplot(222);lsim(sysc,u2,t);subplot(223);lsim(sysc,u3,t);subplot(224);lsim(sysc,u4,t);4．编写程序绘制以下系统的单位阶跃响应曲线和单位脉冲响应曲线。（1）uxx114001uxy65.30a1=[-1,0;0,-4];b1=[1;1];c1=[0,3.5];d1=6;sys1=ss(a1,b1,c1,d1);subplot(1,2,1);step(sys1);subplot(1,2,2);impulse(sys1);（2）uxx733412219553641251308342xy05132301a2=[2,4,3,8;0,3,1,5;2,1,4,6;3,5,-5,9];b2=[1,2;2,1;4,3;3,7];c2=[1,0,3,2;3,1,5,0];d2=0;sys2=ss(a2,b2,c2,d2);step(sys2)impulse(sys2)实验54（3）)53)(4)(5()8.13.6)(2(5)(23sssssssGsysa=zpk([-2],[-5;-4],[5])Zero/pole/gain:5(s+2)-----------(s+5)(s+4)sysb=tf([6.3,1.8],[1,3,0,5])Transferfunction:6.3s+1.8---------------s^3+3s^2+5sys3=sysa*sysbZero/pole/gain:31.5(s+2)(s+0.2857)-------------------------------------------------------(s+5)(s+4)(s+3.426)(s^2-0.426s+1.459)step(sys3)impulse(sys3)5.有三个系统如图5-1（a）、（b）、（c）所示，编程分别绘制各系统的单位阶跃响应和单位脉冲响应。（a）sysa1=tf([5],[1,3,5]);实验55sysa2=zpk([-2],[0;-3;-5],[20]);sysa3=tf([0.1,1],[2,1]);sysa=sysa1*sysa2*sysa3Zero/pole/gain:5(s+2)(s+10)------------------------------------------------s(s+3)(s+5)(s+0.5)(s^2+3s+5)step(sysa)impulse(sysa)（b）sysb1=tf([22,1],[1,5,23,15]);sysb2=zpk([-6],[0;-3;-10],[0.2]);sysb3=5*tf([0.6,1],[2,1])*tf([1.5,1],[3,7,1]);sysb=sysb1-sysb2+sysb3Zero/pole/gain:0.75(s+32.84)(s+10.05)(s+3.02)(s+2.269)(s+0.5509)(s-0.0083)(s^2+0.6734s+0.3865)--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------s(s+3)(s+2.18)(s+0.7582)(s+0.5)(s+10)(s+0.1529)(s^2+4.242s+19.78)step(sysb)impulse(sysb)(c）G1=tf([10],[1,2,0]);G2=cloop(tf([1],[0.5,1]),1)Transferfunction:1------------0.5s+1G2=feedback(tf([1],[0.5,1]),1,-1)Transferfunction:1------------0.5s+2G=G1*G2Transferfunction:10---------------------------0.5s^3+3s^2+4sH=tf([3],[1,6,0])+tf([1],[0.1,1])实验56Transferfunction:s^2+6.3s+3-----------------------------0.1s^3+1.6s^2+6ssys=G/(1+G*H)Transferfunction:0.5s^6+11s^5+82s^4+244s^3+240s^2------------------------------------------------------------------------------------------------------------------0.025s^9+0.7s^8+7.6s^7+41.2s^6+123s^5+231.1s^4+340s^3+342s^2+120sstep(sys)impulse(sys)6.一种新型电动轮椅装有一种非常实用的速度控制系统，能使颈部以下有残疾的人士自行驾驶这种电动轮椅。该系统在头盔上以90间隔安装了四个速度传感器，用来指示前、后、左、右四个方向。头盔传感系统的综合输出与头部运动的幅度成正比，图5-2给出了该控制系统的结构图，其中时间常数s5.01T，s13T，s25.04T。要求分别绘制15K，8，2时系统的单位阶跃响应曲线并标注K的值。n1=[1,5,6];d1=[1,6,10,8];sys1=tf(n1,d1);sys=2*sys1Transferfunction:2s^2+10s+12---------------------------s^3+6s^2+10s+8step(sys，1.2:0.01:5.3)三、实验要求预习实验内容，按实验要求编写好实验程序，调试程序，记录相关实验数据和曲线，并撰写实验报告。111sTK2K)1)(1(433sTsTK图5-2轮椅控制系统预期速度头部动作头盔上的传感器轮椅动力学模型放大器实际速度