自动控制原理Matlab仿真实验实验

自动控制原理Matlab仿真实验实验学院：职业技术教育学院专业：电气工程及其自动化班级：电气(职)132学生：徐家标学号：指导教师：日期：2016年6月12日-2016年6月17日实验一系统的数学模型一、实验目的和任务1、学会使用MATLAB的命令；2、掌握MATLAB有关传递函数求取及其零、极点计算的函数。3、掌握用MATLAB求取系统的数学模型二、实验仪器、设备及材料1、计算机2、MATLAB软件三、实验原理1、MATLAB软件的使用2、使用MATLAB软件在计算机上求取系统的传递函数四、实验报告要求1、将各实验内容的要求写入实验报告。2、写出要求的实验程序。3、记录各命令运行后的结果五、实验内容例1-3、设置传递函数22)13()5(6)(+++=ssssG，时间延迟常数4=τ方式1：set(G,'ioDelay',4)%为系统的ioDelay属性设定值G%显示传递函数源程序：num=6*[1,5];den=conv([1,3,1],[1,3,1]);G=tf(num,den);set(G,'ioDelay',4)G运行结果为：Transferfunction:6s+30exp(-4*s)*------------------------------s^4+6s^3+11s^2+6s+1例1-4、已知传递函数22)13()5(6)(+++=ssssG，提取系统的分子和分母多项式（实验）源程序：num=6*[1,5];den=conv([1,3,1],[1,3,1]);G=tf(num,den)[numden]=tfdata(G,'v')运行结果：Transferfunction:6s+30------------------------------s^4+6s^3+11s^2+6s+1num=000630den=161161例1-5、某系统的零极点模型为：(利用算子求解))22)(22)(2)(1()5(6)(2jsjsssssG−++++++=源程序：s=zpk('s')G=6*(s+5)^2/((s+1)*(s+2)*(s+2+2)*(s+2-2))运行结果：Zero/pole/gain:6(s+5)^2-------------------s(s+1)(s+2)(s+4)例1-7已知系统传递函数)2)(36(114222ssssssG+++++=，求零极点及增益，并绘制系统零极点分布图。（实验）源程序：s=tf('s')G=(s^2+4*s+11)/((s^2+6*s+3)*(s^2+2*s))；[z,p,k]=zpkdata(G,'v')pzmap(G)运行结果：s^2+4s+11--------------------------s^4+8s^3+15s^2+6s例1-11给定零极点模型：)5.1)(23())7)(2(8.6)(+±+++=sjsssssG用MATLAB命令得出其等效的零极点传递函数模型。输入程序的过程中要注意大小写。源程序：num=conv(6.8,conv([12],[17]));den1=conv([10],conv([132j],[13-2j]));den=conv(den1,[11.5]);G=tf(num,den)运行结果：G=6.8s^2+61.2s+95.2-----------------------------------------------s^6+7.5s^5+18s^4+13.5s^3+4s^2+6s1、特征多项式的建立与特征根的求取在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后结果源程序：p=[1,3,0,4]；r=roots(p)p=poly(r)运行结果：r=-3.35530.1777+1.0773i0.1777-1.0773ip=1.00003.0000-0.00004.00002、求单位反馈系统的传递函数：源程序：numg=[1];deng=[500,0,0];numc=[1,1];denc=[1,2];[num1,den1]=series(numg,deng,numc,denc);[num,den]=cloop(num,den,-1);printsys(num,den)运行结果：num/den=s+1----------------------------500s^3+1000s^2+4s+43、传递函数零、极点的求取在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后结果源程序：num1=[6,0,1];den1=[1,3,3,1];z=roots(num1)p=roots(den1)n1=[1,1];n2=[1,2];d1=[1,2*i];d2=[1,-2*i];d3=[1,3];num2=conv(n1,n2)den2=conv(d1,conv(d2,d3))printsys(num2,den2)num=conv(num1,den2);den=conv(den1,num2);printsys(num,den)pzmap(num,den),title('零点-极点图')运行结果：z=0.0000+0.4082i0.0000-0.4082ip=-1.0000+0.0000i-1.0000-0.0000i-1.0000–0.0000inum2=132den2=13412num/den=s^2+3s+2----------------------s^3+3s^2+4s+12num/den=6s^5+18s^4+25s^3+75s^2+4s+12-------------------------------------------s^5+6s^4+14s^3+16s^2+9s+24、求反馈联接系统的传递函数：在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后结果源程序：numg=[1];deng=[500,0,0];numc=[1,1];denc=[1,2];numh=[1,1];denh=[1,2];[num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh)运行结果：num=0012den=500100011printsys(num,den)num/den=s+2---------------------------500s^3+1000s^2+s+15、自行利用MATLAB命令求取以下系统传递函数，并记录下结果。源程序：G1=tf(10,[1,1]);G2=tf(2,[1,1,0]);G3=tf([1,2],[1,3]);Gc=feedback(G2,G3,1);Gs=series(G1,Gc);G4=tf([5,0],[1,6,8]);G=feedback(Gs,G4)运行结果：20s^3+180s^2+520s+480-----------------------------------------------------s^6+11s^5+43s^4+67s^3+118s^2+252s-32实验二典型环节的MATLAB仿真一、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。3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响二、实验内容：按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。①比例环节G1(s)=1和G1(s)=2。Simulink图形：示波器显示仿真结果如下：②惯性环节G1(s)=1/s+1和G2(s)=1/0.5s+1。Simulink图形：示波器显示仿真结果如下：③积分环节G1(s)=1/s。Simulink图形：示波器显示仿真结果如下：④微分环节G1(s)=s。Simulink图形:示波器显示仿真结果如下：⑤比例+微分环节(PD)G1(s)=s+2和G2(s)=s+1。(1)G1(s)=s+1Simulink图形:示波器显示仿真结果：(2)G1(s)=s+2Simulink图形:示波器显示仿真结果：⑥比例+积分环节(PI)G1(s)=1+1/s和G2(s)=1+1/2s。(1)G1(s)=1+1/sSimulink图形:示波器显示仿真结果：(2)G2(s)=1+1/2sSimulink图形:示波器显示仿真结果：实验三控制系统的时域分析一、实验目的学习利用MATLAB进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性。二、实验内容(一)稳定性1、系统传函为25425)(2++=sssG，试判断其稳定性源程序：roots([1425])运行结果：ans=-2.0000+4.5826i-2.0000-4.5826i结论：特征方程根都具有负实部，因而系统是稳定的2、用Matlab判断253722)(2342++++++=sssssssG的稳定性。源程序：roots([17352])运行结果：ans=-6.65530.0327+0.8555i0.0327-0.8555i-0.4100结论：特征方程根具有正实部，因而系统是不稳定的（二）阶跃响应1.二阶系统()102102++=sssG1）键入程序，观察并记录单位阶跃响应曲线源程序：num=[10];den=[1,2,10];step(num,den)gridtitle('Unit-StepResponseofG(s)=10/(s^2+2*s+10)')2）计算系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率，并记录源程序：num=[10];den=[1210];G=tf(num,den);roots(den)wn=sqrt(num)znb=2/(2*wn)运行结果：ans=-1.0000+3.0000i-1.0000-3.0000iwn=3.1623znb=0.31623）记录实际测取的峰值大小、峰值时间及过渡过程时间，并填表：由图1-3及其相关理论知识可填下表：3//πωπ==dpt=1.0472源程序：num=[10];den=[1210];G=tf(num,den);step(num,den);grid[y,t]=step(G);[Y,k]=max(y);cmax=Ytp=t(k)i=length(t);C=dcgain(G);while(y(i)0.98*C)&(y(i)1.02*C)i=i-1;endtime2=t(i)while(y(i)0.95*C)&(y(i)1.05*C)i=i-1;endtime5=t(i)运行结果：cmax=1.3507tp=1.0592time2=3.4999time5=2.4868表格数据填写如下：实际值理论值峰值Cmax1.35071.3509峰值时间tp1.05921.0472过渡时间ts3.49993.52.48684.54）修改参数，分别实现1=ζ和2=ζ的响应曲线，并记录源程序：wn=sqrt(10);znb=1;num=[wn^2];den=[12*znb*wnwn^2]G=tf(num,den);step(G)holdonznb=2;den=[12*znb*wnwn^2]G=tf(num,den);4.52%(00.9)3.55%nsntζωζζω∆==∆=step(G)gridtitle('阻尼比为1和2时的响应曲线')运行结果：（三）系统动态特性分析用Matlab求二阶系统12012120)(2++=sssG和01.0002.001.0)(2++=sssG的峰值时间pt上升时间rt调整时间st超调量%σ。1.二阶系统12012120)(2++=sssG源程序：G=tf([120],[112120]);[y,t]=step(G);[Y,k]=max(y);tp=t(k)c=dcgain(G);n=1;whiley(n)cn=n+1;endtr=t(n)i=length(t);while(y(i)0.98*c)&(y(i)1.02*c)i=i-1;endts=t(i)ctl=(Y-c)/c*10