机械工程控制基础仿真实验

河南理工大学机械学院机械工程控制基础主讲教师：张业明[e-mail]:403597998Tel:[e-mail](zym123)河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院机械工程控制基础仿真实验实验1、控制系统的时域分析实验2、控制系统的频域分析和稳定性分析拓展实验：基于Simulink的控制系统建模与仿真河南理工大学机械学院一、实验要求学会用Matlab进行控制系统的时域分析二、实验目的1．掌握控制系统的时域分析方法。三、实验装置：Matlab软件。实验1、控制系统的时域分析河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院clearallnum=[3,2,5,4,6];den=[1,3,4,2,7,2];sys=tf(num,den);step(num,den)[z,p,k]=tf2zp(num,den)pzmap(sys)%p=pole(sys)%z=zero(sys)%[p,z]=pzmap(sys)p=roots(den);河南理工大学机械学院clearallwn=6;kosi=[0.1,0.2,0.707,1.0,2.0];holdonforkos=kosinum=wn.^2;den=[1,2*kos*wn,wn.^2];step(num,den)%impulse(num,den)end河南理工大学机械学院G1=tf([124],[11054]);G2=tf([32],[272]);impulse(G1,'ro',G2,'b*')河南理工大学机械学院250()0.05(150)50GsssP115和p99页的例3，第三章例已知系统的传递函数为：求系统在时间常数不同取值时的单位脉冲响应、单位阶跃响应和任意输入响应。河南理工大学机械学院%program1clearall;t=[0:0.01:0.8];%nG=[50];tao=0;dG=[0.051+50*tao50];G1=tf(nG,dG);tao=0.0125;dG=[0.051+50*tao50];G2=tf(nG,dG);tao=0.025;dG=[0.051+50*tao50];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','tao=0.0125','tao=0.025')xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');gridon;subplot(122),plot(T,y1a,'--',T,y2a,'-.',T,y3a,'-')legend('tao=0','tao=0.0125','tao=0.025')gridon;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');系统在时间常数不同取值时的单位脉冲响应、单位阶跃响应河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院%program2clearall;t=[0:0.01:1];u=sin(2*pi.*t);%tao=0.025;nG=[50];dG=[0.051+50*tao50];G=tf(nG,dG);%y=lsim(G,u,t);%plot(t,u,'-.',t,y,'-',t,u'-y,'-.','linewidth',1)legend('u(t)','xo(t)','e(t)')grid;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');求任意输入函数如sin()下的该系统响应曲线和误差曲线河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院50(0.051)ss1sXi（s）Xo（s）课本p99，求该随动系统的时间响应瞬态性能指标（上升时间、峰值时间、调整时间、超调量）250()0.05(150)50Gsss则系统闭环传递函数为：河南理工大学机械学院closeall;%t=0:0.001:1;%yss=1;dta=0.02;%nG=[50];tao=0;dG=[0.051+50*tao50];G1=tf(nG,dG);tao=0.0125;dG=[0.051+50*tao50];G2=tf(nG,dG);tao=0.025;dG=[0.051+50*tao50];G3=tf(nG,dG);[y1T]=step(G1,t);[y2T]=step(G2,t);[y3T]=step(G3,t);%plot(T,y1,'--',T,y2,'-.',T,y3,'-')legend('tao=0','tao=0.0125','tao=0.025')gridon;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');河南理工大学机械学院r=1;whiley1(r)yss;r=r+1;endtr1=(r-1)*0.001;%[ymax,tp]=max(y1);tp1=(tp-1)*0.001;%mp1=(ymax-yss)/yss;%s=1001;whiley1(s)1-dta&y1(s)1+dta;s=s-1;endts1=(s-1)*0.001;%r=1;whiley2(r)yss;r=r+1;endtr2=(r-1)*0.001;[ymax,tp]=max(y2);tp2=(tp-1)*0.001;mp2=(ymax-yss)/yss;s=1001;whiley2(s)1-dta&y3(s)1+dta;s=s-1;endts2=(s-1)*0.001;%r=1;whiley3(r)yss;r=r+1;endtr3=(r-1)*0.001;[ymax,tp]=max(y3);tp3=(tp-1)*0.001;mp3=(ymax-yss)/yss;s=1001;whiley3(s)1-dta&y3(s)1+dta;s=s-1;endts3=(s-1)*0.001;%[tr1tp1mp1ts1;tr2tp2mp2ts2;tr3tp3mp3ts3]河南理工大学机械学院结果ans=0.06400.10500.35090.35300.07800.11600.15230.25000.10700.14100.04150.1880上升时间峰值时间最大超调量调整时间河南理工大学机械学院一、实验要求学会用Matlab进行控制系统的频域分析和稳定性分析二、实验目的1．掌握控制系统的频域分析方法和稳定性分析方法。三、实验装置：Matlab软件。实验2、控制系统的频域分析和稳定性分析河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院clearallnum=[80.8];den=[152019150];sys=tf(num,den);S=allmargin(sys);S.GainMargin20*log10(S.GainMargin)S.GMFrequencyS.PhaseMarginS.PMFrequency河南理工大学机械学院clearallnum=[251];den=[123];G=tf(num,den);nyquist(G)%bode(G)河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院clf%Clearcurrentfigurewindowtt=ScopeData.time;%timedatatott;xx=ScopeData.signals.values;%valuestoxx;plot(tt,xx,'r','linewidth',2)xlabel('t'),ylabel('c(t)')河南理工大学机械学院数控直线运动工作台位置控制系统课本118页求Kb=5,10,40时，系统的单位阶跃响应曲线和系统的单位阶跃干扰响应曲线。110sbKXi(s)Xo(s)101s2E(s)Ua(s)ML(s)(s)θ(s)B(s)M(s)220()()1()1020bibKGsGsGsssK2011()*10***210(10)bbKGsKssss()1Hs112()**210(10)Gsssss()10bHsK2()2()1()()1020ibGsGsGsHsssK河南理工大学机械学院closeall;%t=0:0.001:1;%yss=1;dta=0.02;%kb=5;nG=[20*kb];dG=[110,20*kb];G1=tf(nG,dG);kb=10;nG=[20*kb];dG=[110,20*kb];G2=tf(nG,dG);kb=40;nG=[20*kb];dG=[110,20*kb];G3=tf(nG,dG);[y1T]=step(G1,t);[y2T]=step(G2,t);[y3T]=step(G3,t);%subplot(121);plot(T,y1,'--',T,y2,'-.',T,y3,'-')legend('kb=5','kb=10','kb=40')gridon;xlabel('t(sec)'),ylabel('xo(t)');%kb=5;nG=[2];dG=[110,20*kb];G4=tf(nG,dG);kb=10;nG=[2];dG=[110,20*kb];G5=tf(nG,dG);kb=40;nG=[2];dG=[110,20*kb];G6=tf(nG,dG);[y4T]=step(G4,t);[y5T]=step(G5,t);[y6T]=step(G6,t);%subplot(122);plot(T,-y4,'--',T,-y5,'-.',T,-y6,'-')legend('kb=5','kb=10','kb=40')gridon;xlabel('t(sec)'),ylabel('xoN(t)');河南理工大学机械学院r=1;whiley1(r)yss;r=r+1;endtr1=(r-1)*0.001;%[ymax,tp]=max(y1);tp1=(tp-1)*0.001;%mp1=(ymax-yss)/yss;%s=1001;whiley1(s)1-dta&y1(s)1+dta;s=s-1;endts1=(s-1)*0.001;%r=1;whiley2(r)yss;r=r+1;endtr2=(r-1)*0.001;[ymax,tp]=max(y2);tp2=(tp-1)*0.001;mp2=(ymax-yss)/yss;s=1001;whiley2(s)1-dta&y3(s)1+dta;s=s-1;endts2=(s-1)*0.001;%r=1;whiley3(r)yss;r=r+1;endtr3=(r-1)*0.001;[ymax,tp]=max(y3);tp3=(tp-1)*0.001;mp3=(ymax-yss)/yss;s=1001;whiley3(s)1-dta&y3(s)1+dta;s=s-1;endts3=(s-1)*0.001;%输出时间响应和单位阶跃干扰响应最大值[tr1tp1mp1ts1;tr2tp2mp2ts2;tr3tp3mp3ts3][min(-y4)min(-y5)min(-y6)]河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院ans=0.24200.36300.16300.80700.14700.23700.30500.61100.06300.11300.56880.7120ans=-0.0233-0.0131-0.0039河南理工大学机械学院课本193页稳定性分析bKXi(s)Xo(s)20000.2200s1s2E(s)Ua(s)ML(s)(s)θ(s)B(s)M(s)20.22000.22