实验报告 基于Matlab的计算机控制技术仿真实验

机械电子工程二班朱瑞6312240302301重庆交通大学学生实验报告实验课程名称计算机控制实验开课实验室交通装备与制造工程实训中心学院机电与汽车工程学院年级2012专业班二班学生姓名朱瑞学号631224030230开课时间2014至2015学年第二学期总成绩教师签名批改日期2015年6月机械电子工程二班朱瑞6312240302302实验项目基于Matlab的计算机控制技术仿真实验实验时间2015年6月实验地点90304实验性质验证性设计性综合性教师评价：评价教师签名：一：实验目的1．熟悉Matlab的使用环境，学习Matlab软件的使用方法和编程方法。2．学习使用Matlab进行各类数学变换运算的方法。3．学习使用Matlab建立控制系统模型的方法。二：实验主要内容及过程第二章习题P371、求下列函数的Z变换（1）atetf1)(symsanTFZ=(ztrans(1-exp(-a*n*T)))FZ=z/(z-1)-z/(z-exp(-T*a))simple(FZ)ans=z/(z-1)-z/(z-exp(-T*a))pretty(FZ)zz-------------------z-1z-exp(-Ta)（2）ktf41)(k=0symskFZ=ztrans((1/4)^k)FZ=机械电子工程二班朱瑞6312240302303z/(z-1/4)symsanTFZ=ztrans((1/4)^(n*T))FZ=z/(z-(1/4)^T)（3）)2(6)(sssFsymssnTft=ilaplace(6/(s*(s+2)))ft=3-3*exp(-2*t)FZ=(ztrans(3-3/exp(2*n*T)))FZ=(3*z)/(z-1)-(3*z)/(z-exp(-2*T))pretty(FZ)3z3z-------------------z-1z-exp(-2T)（4）)3)(1(2)(ssssFsymssnTft=ilaplace((s+2)/((s+1)*(s+3)))ft=exp(-t)/2+exp(-3*t)/2FZ=(ztrans(1/(2*exp(n*T))+1/(2*exp(3*n*T))))FZ=机械电子工程二班朱瑞6312240302304z/(2*(z-exp(-T)))+z/(2*(z-exp(-3*T)))pretty(FZ)zz---------------+-----------------2(z-exp(-T))2(z-exp(-3T))3、求下列各函数的Z反变换。（1）：5.0)(zzzFf=z/(z-0.5);iztrans(f)ans=(1/2)^n（2）：)1.0)(8.0()(2zzzzFf=z^2/((z-0.8)*(z-0.1));iztrans(f)ans=8/7*(4/5)^n-1/7*(1/10)^n第三章习题P561、试求如题图3.1所示的采样控制系统在单位阶跃信号作用下的输出响应y*（t）。设G(s)=)10(20ss，采样周期T=0.1s。gs=tf([20],[1100]);gz=c2d(gs,0.1,'imp');gzb2=feedback(gz,1);rz=tf([10],[1-1],0.1);%阶跃输入信号的Z变换yz=rz*gzb2;impulse(yz)机械电子工程二班朱瑞63122403023052试求如题图3.1所示的控制系统在单位速度作用下的稳态误差设G(s)=)11.0(1ss，采样周期T=0.1s。gs=tf([1],[0.110]);T=0.1;gz=c2d(gs,T,'imp');gzb=feedback(gz,1);%先求Z变换，再求闭环传递函数和响应，正确rz=tf([0.10],[1-21],T);%单位速度信号rz1=zpk([0],[11],T,T);%效果相同yz=rz*gzb;impulse(yz);机械电子工程二班朱瑞6312240302306t=[0:0.1:10]';%效果相同ramp=t;lsim(gzb,ramp,t)机械电子工程二班朱瑞6312240302307[y,t1]=lsim(gzb,ramp,t);ER=ramp-yplot(ER,t),grid%误差曲线gs=tf([1],[0.110]);%连续情况，稳态误差为1gsb=feedback(gs,1);rs=tf([1],[100]);%单位速度信号ys=rs*gsb;t1=0:0.01:10;impulse(ys,t1);机械电子工程二班朱瑞6312240302308t=[0:0.01:10]';%效果相同ramp=t;lsim(gsb,ramp,t)5如题图3.1所示的控制系统设G(s)=)1(10ss，采样周期T=1s。判断其稳定性。gs=tf([1],[110]);T=1;gz=c2d(gs,T,'imp');gzb=feedback(gz,1);pzmap(gzb)机械电子工程二班朱瑞6312240302309传递函数极点全在单位圆内，系统稳定。6设线性离散控制系统的特征方程为,0391191174523zzz试判断此系统的稳定性gz1=tf([1],[45-117-119-39],1);pzmap(gz1)机械电子工程二班朱瑞63122403023010传递函数极点不全在单位圆内，系统不稳定。9、一闭环系统如题图3.2所示，设G(s)=)1(1ss，采样周期T=1s。试求：（1）绘制开环系统的幅相频率特性曲线。（2）绘制开环系统的Bode图。（3）确定相位裕度和幅值裕度。Gs=tf([1],[110])Gs=1-------s^2+sContinuous-timetransferfunction.Gz=c2d(Gs,1)Gz=0.3679z+0.2642----------------------z^2-1.368z+0.3679Sampletime:1secondsDiscrete-timetransferfunction.ltiviewnyquist(Gz)seTs1机械电子工程二班朱瑞63122403023011bode(Gz)P62例4.1、某控制系统如题图4.1所示，)1(10)(0sssG，T=1s，针对单位速度输入设计有纹波系统的数字控制器)(zD。Gs=tf([10],[110])Gs=10-------s^2+sContinuous-timetransferfunction.Gz=c2d(Gs,1)Gz=机械电子工程二班朱瑞631224030230123.679z+2.642----------------------z^2-1.368z+0.3679Sampletime:1secondsDiscrete-timetransferfunction.Wez=filt([1-21],[1],1)Wez=1-2z^-1+z^-2Sampletime:1secondsDiscrete-timetransferfunction.Wz=1-WezWz=2z^-1-z^-2Sampletime:1secondsDiscrete-timetransferfunction.Dz=(1-Wez)/Wez/GzDz=2-3.736z^-1+2.104z^-2-0.3679z^-3--------------------------------------------3.679-4.715z^-1-1.606z^-2+2.642z^-3Sampletime:1secondsDiscrete-timetransferfunction.Rz=filt([01],[1-21],-1)Rz=z^-1-----------------1-2z^-1+z^-2Sampletime:unspecified机械电子工程二班朱瑞63122403023013Discrete-timetransferfunction.Yz=Rz*WzYz=2z^-2-z^-3-----------------1-2z^-1+z^-2Sampletime:1secondsDiscrete-timetransferfunction.impulse(Yz)pole(Gz)ans=1.00000.3679zero(Gz)ans=机械电子工程二班朱瑞63122403023014-0.7183)7183.01)(1()3679.01)(5.01(543.0)(1111zzzzzD第四章P92习题2.某控制系统如图4.1所示，已知被控对象的传递函数为)5.01)(1.01(1)(0ssssG，设采样周期为T=0.1s，针对单位速度输入设计有波纹系统的数字控制器，计算采样瞬间数字控制器和系统的输出响应并绘制图形。den=conv([10],conv([0.11],[0.051]))den=0.00500.15001.00000Gs=tf([1],den)Gs=1------------------------0.005s^3+0.15s^2+sContinuous-timetransferfunction.Gz=c2d(Gs,0.1)Gz=0.01681z^2+0.03407z+0.003774-----------------------------------z^3-1.503z^2+0.553z-0.04979Sampletime:0.1secondsDiscrete-timetransferfunction.Wez=filt([-11-21],[1],1)机械电子工程二班朱瑞63122403023015Wez=-1+z^-1-2z^-2+z^-3Sampletime:1secondsDiscrete-timetransferfunction.Wz=1-WezWz=2-z^-1+2z^-2-z^-3Sampletime:1secondsDiscrete-timetransferfunction.Rz=filt([01],[1-21],-1)Rz=z^-1-----------------1-2z^-1+z^-2Sampletime:unspecifiedDiscrete-timetransferfunction.Yz=Rz*WzYz=2z^-1-z^-2+2z^-3-z^-4-----------------------------1-2z^-1+z^-2Sampletime:1secondsDiscrete-timetransferfunction.impulse(Yz)机械电子工程二班朱瑞63122403023016pole(Gz)ans=1.00000.36790.1353zero(Gz)ans=-1.9096-0.11766、某控制系统如图4.1所示，已知被控对象的传递函数为)1(5)(0sssG，设采样周期为T=0.1s试设计数字控制器D(z)，使系统对等速输入响应在采样带你上无稳态误差，同时对阶跃响应的超调量和调整时间均有所折中，并画出所选阻尼因子所对应的阶跃响应和等速响应的曲线。机械电子工程二班朱瑞63122403023017分析：根据最少拍原则设计，对单位速度输入无稳态误差的最少拍系统的闭环误差Z传递函数为：21)1()(zzWe闭环传递函数为212)(zzzW引入阻尼因子的闭环误差传递函数为12101)1()(1czzzW，增加阻尼因子项后的闭环Z传递函数为12101)2()(czzzczWGs=tf([5