控制系统计算机仿真作业

兰州理工大学《控制系统计算机仿真》上机报告Ⅰ院系：电气工程与信息工程学院班级：14级自动化3班姓名：孙悦学号：1405220323时间：2017年6月15日电气工程与信息工程学院《控制系统计算机仿真》上机实验任务书Ⅰ（2017）一、上机实验内容及要求1.matlab软件要求利用课余时间熟悉掌握matlab软件的基本数值运算、基本符号运算、基本程序设计方法及常用的图形命令操作。2.各章节仿真实验内容及要求具体实验内容及要求请详见上机实验报告。二、上机实验时间安排及相关事宜1.依据课程教学大纲要求，上机实验学时共16学时，学生须在每次上机之前做好相应的准备工作，以确保在有限的机时内完成仿真实验要求的内容；2.实验完成后按规定完成相关的仿真实验报告；3.仿真实验报告请按有关样本制作并A4打印，侧面装订，作为成绩评定的一部分。自动化系《控制系统计算机仿真》课程组2017年3月《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第1页一、Matlab基础操作1-1用MATLAB语言求下列系统的状态方程、传递函数、零极点增益和部分分式形式的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式：（1）2450351024247)(23423ssssssssG程序如下:num=[7,24,24]den=[10,35,50,24][A,B,C,D]=tf2ss(num,den)系统的状态方程：A=-3.5000-5.0000-2.40001.00000001.00000B=100C=0.70002.40002.4000D=0零极点增益形式：[Z,P,K]=tf2zp(num,den)Z=-1.7143+0.6999i-1.7143-0.6999i《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第2页P=-1.2973+0.9838i-1.2973-0.9838i-0.9053K=0.7000部分分式：[R,P,H]=residue(num,den)R=-0.0071-0.2939i-0.0071+0.2939i0.7141P=-1.2973+0.9838i-1.2973-0.9838i-0.9053H=[]（2）uXX022475.025.075.125.1125.15.025.025.025.125.425.25.025.1525.2Xy2020A=[2.25-5-1.25-0.5;2.25-4.25-1.25-0.25;0.25-0.5-1.25-1;1.25-1.75-0.25-0.75]A=2.2500-5.0000-1.2500-0.50002.2500-4.2500-1.2500-0.2500《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第3页0.2500-0.5000-1.2500-1.00001.2500-1.7500-0.2500-0.7500B=[4;2;2;0]B=4220C=[0202]C=0202D=0D=0零极点增益形式：[Z,P,K]=ss2zp(A,B,C,D)Z=-1.0000+1.2247i-1.0000-1.2247i-1.5000P=-0.5000+0.8660i-0.5000-0.8660i-1.5000+0.0000i-1.5000-0.0000iK=4.0000传递函数形式：《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第4页num=[04142215]num=04142215den=[146.255.252.25]den=1.00004.00006.25005.25002.2500部分分式：[R，P，H]=residue(num,den)R=4.0000-0.00000.0000-2.3094i0.0000+2.3094iP=-1.5000-1.5000-0.5000+0.8660i-0.5000-0.8660iH=[]1-2用殴拉法matlab编程实现下列系统的输出响应)(ty在10t上，1.0h时的数值解。yy'，1)0(y要求保留4位小数，并将结果以图形的方式与真解tety)(比较。t=0:0.1:1t=《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第5页Columns1through900.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.8000Columns10through110.90001.0000h=0.1;y(1)=1;t=0:0.1:1;h=0.1;y(1)=1;fori=1:10y(i+1)=y(i)+h*(-1*y(i));endplot(t,y,'r')holdonm=exp(-1*t)m=Columns1through91.00000.90480.81870.74080.67030.60650.54880.49660.4493Columns10through110.40660.3679plot(t,m,'bo')《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第6页1-3用四阶龙格－库塔梯形法matlab编程实现1-2题的数值解，要求以图形的方式通过与真值及殴拉法的比较，分析其精度。h=0.1;y(1)=1;t=0:0.1:1t=Columns1through900.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.8000Columns10through110.90001.0000fori=1:10k1=-1*y(i)k2=-1*(y(i)+k1*h/2)k3=-1*(y(i)+k2*h/2)k4=-1*(y(i)+h*k3)y(i+1)=y(i)+(k1+2*k2+2*k3+k4)*h/600.10.20.30.40.50.60.70.80.910.40.50.60.70.80.91《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第7页endk1=-1k2=-0.9500k3=-0.9525k4=-0.9047y=1.00000.9048k1=-0.9048k2=-0.8596k3=-0.8619k4=《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第8页-0.8187y=1.00000.90480.8187k1=-0.8187k2=-0.7778k3=-0.7798k4=-0.7407y=1.00000.90480.81870.7408k1=-0.7408k2=-0.7038k3=《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第9页-0.7056k4=-0.6703y=1.00000.90480.81870.74080.6703k1=-0.6703k2=-0.6368k3=-0.6385k4=-0.6065y=1.00000.90480.81870.74080.67030.6065k1=-0.6065《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第10页k2=-0.5762k3=-0.5777k4=-0.5488y=1.00000.90480.81870.74080.67030.60650.5488k1=-0.5488k2=-0.5214k3=-0.5227k4=-0.4965y=1.00000.90480.81870.74080.67030.60650.54880.4966《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第11页k1=-0.4966k2=-0.4718k3=-0.4730k4=-0.4493y=1.00000.90480.81870.74080.67030.60650.54880.49660.4493k1=-0.4493k2=-0.4269k3=-0.4280k4=《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第12页-0.4065y=Columns1through91.00000.90480.81870.74080.67030.60650.54880.49660.4493Column100.4066k1=-0.4066k2=-0.3862k3=-0.3873k4=-0.3678y=Columns1through91.00000.90480.81870.74080.67030.60650.54880.49660.4493Columns10through11《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第13页0.40660.3679plot(t,y,'o')holdonm=exp(-1*t)plot(t,m,'r*')lea=y-mplot(t,lea,'g')holdoffm=Columns1through81.00000.90480.81870.74080.67030.60650.54880.4966Columns9through110.44930.40660.3679lea=1.0e-006*Columns1through800.08200.14830.20130.24290.27470.29830.3149Columns9through110.32560.33150.3332《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第14页1-4采用matlab语言编程实现6302iik。程序:disp('y=')h=1;y=0;fori=0:1:63y=y+2^i;enddisp(y);运行结果：y=1.8447e+019y=1.8447e+0191-5编写matlab的M-函数，以实现miik02。要求在函数中给出必要的解释和说明，同时检测输入和返回变量的个数。functionsum=zuoye5(m)sum=0;00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.91《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第15页formatlongfori=0:mt=1;forj=1:it=t*2;endsum=sum+t;end二、控制系统分析2-1设典型闭环结构控制系统如下图所示，当阶跃输入幅值20R时，用sp3_1.m求取输出y(t)的响应。进一步考虑：当反馈通道为ssH1.011)(时，如何通过对sp3_1.m程序的修改，以实现此时所对应的y(t)。解：程序1：clearall;closeall;a=[0.0160.8643.273.421];b=[3025];V=2;R=20;X0=[0000];n=4;T0=0;Tf=10;h=0.01;b=b/a(1);a=a/a(1);A=a(2:n+1);A=[rot90(rot90(eye(n-1,n)));-fliplr(A)];B=[zeros(1,n-1),1]';m1=length(b);C=[fliplr(b),zeros(1,n-m1)];Ab=A-B*C*V;X=X0';y=0;t=T0;N=round(Tf-T0)/h;fori=1:NK1=Ab*X+B*R;K2=Ab*(X+h*K1/2)+B*R;K3=Ab*(X+h*K2/2)+B*R;K4=Ab*(X+h*K3)+B*R;X=X+h*(K1+K2*2+K3*2+K4)/6;y=[y,C*X];t=[t,t(i)+h];y(t)r(t)_2《控制系统计算机仿真》上机报告兰州理工大学共27页第16页end[t',y']plot(t,y,'b-')title('反馈系数为2时的阶跃响应曲线');holdon;gridon程序2：clearall;closeall;a=[0.0160.8643.273.421];b=[3025];a1=conv(a,[0.11]);b1=b;b1=b1/a1(1);a1=a1/a1(1);m1=length(b1);b=b/a(1);a=a/a(1);m=length(b);V=1;R=20;T0=0;Tf=15;h=0.01;X10=[00000];n1=5;