工學(xué)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、機(jī)械工程控制基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書姓名： 班級(jí)： 概述：MATLAB是Math Works公司的軟件產(chǎn)品，是一個(gè)高級(jí)的數(shù)值分析、處理和計(jì)算的軟件，其強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力和完美的圖形可視化功能，使得它成為國際控制界應(yīng)用最廣泛的首選計(jì)算機(jī)工具。MATLAB具有良好的的可擴(kuò)展性，其函數(shù)大多數(shù)為ASCII文件，可以直接進(jìn)行編輯、修改；其工具箱可以任意增加，任何人可以生成自己的MATLAB工具箱。因此，很多研究成果被直接做成MATLAB工具箱發(fā)表。SIMULINK是基于模型化圖形的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件，是MATLAB的一個(gè)工具箱，它使系統(tǒng)分析進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段，它不需要過多地了解數(shù)值問題，而是側(cè)重于系統(tǒng)的建模、分析和

2、設(shè)計(jì)。其良好的人機(jī)界面及周到的幫助功能使得它廣為科技界和工程界采用。因此，本試驗(yàn)將盡可能把MATLAB和SIMULINK工具應(yīng)用于控制系統(tǒng)的分析和計(jì)算中。試驗(yàn)一：用MATLAB進(jìn)行傳遞函數(shù)的描述1、試驗(yàn)?zāi)康模?（1）對(duì)MATLAB進(jìn)行初步的了解；（2）掌握應(yīng)用MATLAB建立傳遞函數(shù)的常用方法（3）了解應(yīng)用MATLAB對(duì)高階函數(shù)進(jìn)行部分分式的展開。2、試驗(yàn)學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí)3、試驗(yàn)方法：（1）傳遞函數(shù)的分子分母多項(xiàng)式模型傳遞函數(shù)表示為 MATLAB中可直接用分子、分母多項(xiàng)式系數(shù)表示，即num=bm, bm-1,b0den=am, am-1,a0G=tf(num,den);當(dāng)分子或分母表現(xiàn)為多項(xiàng)式乘積

3、形式時(shí)，可利用conv函數(shù)來獲取分子或分母的系數(shù)數(shù)組。掌握conv函數(shù)的使用方法。（2）傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)增益模型傳遞函數(shù)為 其中：K為系統(tǒng)增益，zi為零點(diǎn)，pj為極點(diǎn)在MATLAB中零極點(diǎn)增益模型用z,p,K矢量組表示。即：z=z1,z2,zmp=p1,p2,.,pnK=k傳遞函數(shù)表示為 G=zpk(z,p,k);（3）分子分母多項(xiàng)式模型向零極點(diǎn)增益模型轉(zhuǎn)換已知一傳遞函數(shù)，函數(shù)tf2zp()可以用來求傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)和增益。z,p,k = tf2zp(num,den)（4）部分分式的展開控制系統(tǒng)分析時(shí)，常對(duì)系統(tǒng)函數(shù)進(jìn)行分解，使其表現(xiàn)為一些基本控制單元的和的形式。MATLAB有一個(gè)命令用于求B（

4、S）/A（S）的部分分式展開式。設(shè)S的有理分式為 F（S）=B（S）/A(S)=num/den=(b0Sn+b1Sn-1+bn)/(Sn+a1Sn-1+an)式中ai和bi的某些值可能是零。 命令 r,p,k=residue(num,den)MATLAB將按下式給出F（S）部分分式展開式中的留數(shù)、極點(diǎn)和余項(xiàng)。有：r(1)、r(2)r(n)是函數(shù)的留數(shù)，返回給向量r；p(1)、p（2）、p(n)是函數(shù)的極點(diǎn)，返回給向量p；K（s）是函數(shù)的余項(xiàng)，返回給k。4、試驗(yàn)內(nèi)容（1）用MATLAB表示傳遞函數(shù)為的系統(tǒng)。程序及結(jié)果：（2）已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為 ，將其表示為為零極點(diǎn)增益形式。程序及結(jié)果：（3）試求

5、下列函數(shù)的部分分式的展開式，寫出程序語句和部分分式的結(jié)果程序及結(jié)果：試驗(yàn)二：時(shí)域特性的計(jì)算機(jī)輔助分析1、試驗(yàn)?zāi)康模?（1）對(duì)MATLAB進(jìn)行進(jìn)一步的了解；（2）掌握應(yīng)用MATLAB求解高階系統(tǒng)的各種時(shí)域響應(yīng)的求法；（3）掌握系統(tǒng)零極點(diǎn)的求法，從而判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2、試驗(yàn)學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí)3、試驗(yàn)方法： （1）impluse(num,den)，得到傳遞函數(shù)G(S)=num(S)/den(s)表示的脈沖響應(yīng)曲線； （2）impluse(num,den,t)，得到傳遞函數(shù)G(S)=num(S)/den(s)表示的脈沖響應(yīng)曲線，并可指定時(shí)間t； （3）step(num,den)，得到以得到傳遞函數(shù)G(S)

6、=num(S)/den(s)表示的脈沖響應(yīng)曲線；（4）step(num,den,t)，得到以得到傳遞函數(shù)G(S)=num(S)/den(s)表示的脈沖響應(yīng)曲線, 并可指定時(shí)間t；（5）lsim(num,den,u,t)計(jì)算連續(xù)系統(tǒng)的任意輸入響應(yīng), 得到以得到傳遞函數(shù)G(S)=num(S)/den(s)表示的u輸入的響應(yīng)曲線, 并可指定時(shí)間t；（6）root(den)，得到多項(xiàng)式den的根；（7）pzmap(num,den)，得到傳遞函數(shù)G(S)=num(S)/den(s)表示的系統(tǒng)的零極點(diǎn)圖，“”表示極點(diǎn)，“O”表示零點(diǎn)。當(dāng)使用p,z= pzmap(num,den)時(shí)，只得到零極點(diǎn)，不繪制圖形

7、。4、試驗(yàn)內(nèi)容 （1）已知某高階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為求該系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)、單位階躍響應(yīng)和單位速度響應(yīng)和單位加速度響應(yīng)。獲得單位脈沖響應(yīng)程序語句及圖形：獲得單位階躍響應(yīng)程序語句及圖形：獲得單位速度響應(yīng)程序語句及圖形：獲得單位加速度響應(yīng)程序語句及圖形：（2）已知某高階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為試求該系統(tǒng)的極點(diǎn)并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。程序及結(jié)果：（3）已知某高階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為試求該系統(tǒng)的零極點(diǎn)并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，繪制系統(tǒng)的零極點(diǎn)圖。程序及結(jié)果：試驗(yàn)三：頻域特性的計(jì)算機(jī)輔助分析1、試驗(yàn)?zāi)康模?（1）對(duì)MATLAB進(jìn)行加深了解；（2）掌握應(yīng)用MATLAB求解系統(tǒng)的Nyquist圖；（3）掌握應(yīng)用MATLAB求解系統(tǒng)的Bode圖；2、試驗(yàn)學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí)3、試驗(yàn)方法：（1）nyquist(num,den,w)，繪制Nyquist 圖。num和den分別表示傳遞函數(shù)的分子和分母中中包含以S的降冪排列的多項(xiàng)式系數(shù)。命令Nyquist(num,den,w)可以按指定的頻率點(diǎn)W，繪制系統(tǒng)的Nyquist圖。（2）bode(num,den,w)，繪制Bode圖。num和den分別表示傳遞函數(shù)的分子和分母中中包含以S的降冪排列的多