自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)

1、課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介1自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)電氣與新能源學(xué)院自動(dòng)化系電氣與新能源學(xué)院自動(dòng)化系實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：電氣科學(xué)樓實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：電氣科學(xué)樓E2-209Email：聯(lián)系方式：聯(lián)系方式高?。ǜ呓。┱n程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介2課時(shí)安排：課時(shí)安排：4學(xué)時(shí)（學(xué)時(shí)（1+1+2）成績(jī)?cè)u(píng)定：實(shí)驗(yàn)過(guò)程成績(jī)?cè)u(píng)定：實(shí)驗(yàn)過(guò)程10分分+實(shí)驗(yàn)報(bào)告（三份）實(shí)驗(yàn)報(bào)告（三份）5分分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：一、控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析（實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：一、控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析（1學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）（對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)實(shí)驗(yàn)四）（對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)實(shí)驗(yàn)四） 二、控制系統(tǒng)的根軌跡分析（二、控制系統(tǒng)的根軌跡分析（1學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）（對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)實(shí)驗(yàn)六）（

2、對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)實(shí)驗(yàn)六） 三、控制系統(tǒng)的頻域分析（三、控制系統(tǒng)的頻域分析（2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）（對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)實(shí)驗(yàn)七）（對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)實(shí)驗(yàn)七）使用教材：自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)使用教材：自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介3課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介4課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介5 目前，目前，MATLAB已經(jīng)成為國(guó)際最流行的科學(xué)與工程計(jì)已經(jīng)成為國(guó)際最流行的科學(xué)與工程計(jì)算軟件之一。它以模塊化的計(jì)算方法、可視化與智能化的算軟件之一。它以模塊化的計(jì)算方法、可視化與智能化的人機(jī)交互功能、豐富的矩陣運(yùn)算、圖形繪制和數(shù)據(jù)處理函人機(jī)交互功能、豐富的矩陣運(yùn)算、圖形繪制和數(shù)據(jù)處理函數(shù)，以及模塊化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具，成為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)，以

3、及模塊化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具，成為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真領(lǐng)域最受歡迎的軟件系統(tǒng)。和仿真領(lǐng)域最受歡迎的軟件系統(tǒng)。 在歐、美大學(xué)的應(yīng)用代數(shù)、數(shù)量統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)控制、數(shù)字在歐、美大學(xué)的應(yīng)用代數(shù)、數(shù)量統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)控制、數(shù)字信號(hào)處理、模擬與數(shù)字通信、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿信號(hào)處理、模擬與數(shù)字通信、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書(shū)中，都把真等課程的教科書(shū)中，都把MATLAB作為其中的內(nèi)容。作為其中的內(nèi)容。課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介61、有高性能數(shù)值計(jì)算的高級(jí)算法，特別適合矩陣代數(shù)領(lǐng)域；、有高性能數(shù)值計(jì)算的高級(jí)算法，特別適合矩陣代數(shù)領(lǐng)域；2、有大量事先定義的數(shù)學(xué)函數(shù)，并且有很強(qiáng)的用戶(hù)自定義、有大量事先定義的數(shù)學(xué)函數(shù)，并

4、且有很強(qiáng)的用戶(hù)自定義函數(shù)的能力；函數(shù)的能力；3、有強(qiáng)大的繪圖功能；、有強(qiáng)大的繪圖功能；4、有完整的幫助功能；、有完整的幫助功能；5、適合個(gè)人應(yīng)用的強(qiáng)有力的面向矩陣（向量）的高級(jí)程序、適合個(gè)人應(yīng)用的強(qiáng)有力的面向矩陣（向量）的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言；設(shè)計(jì)語(yǔ)言；6、具有與其它語(yǔ)言編寫(xiě)的程序結(jié)合和輸入輸出格式化數(shù)據(jù)、具有與其它語(yǔ)言編寫(xiě)的程序結(jié)合和輸入輸出格式化數(shù)據(jù)的能力；的能力；7、有在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域解決難題的工具箱。、有在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域解決難題的工具箱。課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介7在命令窗口中，在命令窗口中，可以直接輸入命可以直接輸入命令行來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算令行來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算或作圖功能?；蜃鲌D功能。課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介8程序編輯器中編

5、程序編輯器中編寫(xiě)腳本文件（類(lèi)寫(xiě)腳本文件（類(lèi)似于批處理文件）似于批處理文件）和函數(shù)文件。和函數(shù)文件。打開(kāi)編輯器打開(kāi)編輯器編譯和運(yùn)行編譯和運(yùn)行課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介9help命令命令Help選項(xiàng)選項(xiàng)課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介10單步執(zhí)行單步執(zhí)行變量輸入變量輸入命令執(zhí)行命令執(zhí)行課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介11錯(cuò)誤說(shuō)明錯(cuò)誤說(shuō)明沒(méi)有分號(hào)沒(méi)有分號(hào)有分號(hào)有分號(hào)課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介121、注意、注意()與與的區(qū)別；的區(qū)別；2、注意空格、逗號(hào)和分號(hào)的區(qū)別；、注意空格、逗號(hào)和分號(hào)的區(qū)別；3、注意單引號(hào)的字符區(qū)別（單引號(hào)中可以輸入中文）；、注意單引號(hào)的字符區(qū)別（單引號(hào)中可以輸入中文）；4、注意保存圖表要用、注意保存圖表要用“另存為另存為”，要改文

6、件名；，要改文件名；5、注意及時(shí)保存圖表，電腦重啟后數(shù)據(jù)丟失。、注意及時(shí)保存圖表，電腦重啟后數(shù)據(jù)丟失。課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介13實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握用、掌握用MATLAB進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)分析計(jì)算的方法；進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)分析計(jì)算的方法；2、掌握用、掌握用MATLAB求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的方法；求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的方法；3、掌握用、掌握用MATLAB求系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)的方法；求系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)的方法；4、掌握用、掌握用MATLAB求系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)的方法；求系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)的方法；5、掌握用、掌握用MATLAB求系統(tǒng)對(duì)任意信號(hào)的響應(yīng)的方法。求系統(tǒng)對(duì)任意信號(hào)的響應(yīng)的方法。實(shí)驗(yàn)要求：實(shí)驗(yàn)要求：1、

7、實(shí)驗(yàn)圖表的標(biāo)題上必須注明姓名（中文）和學(xué)號(hào)；、實(shí)驗(yàn)圖表的標(biāo)題上必須注明姓名（中文）和學(xué)號(hào)；2、按照實(shí)驗(yàn)步驟獨(dú)立完成針對(duì)以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)、按照實(shí)驗(yàn)步驟獨(dú)立完成針對(duì)以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析。包括實(shí)驗(yàn)步驟的瞬態(tài)響應(yīng)分析。包括實(shí)驗(yàn)步驟1、2、3、4、5中的傳遞函中的傳遞函數(shù)部分，狀態(tài)空間部分不做要求。數(shù)部分，狀態(tài)空間部分不做要求。課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介14 2225425sG sss1、系統(tǒng)表示：以、系統(tǒng)表示：以s的降冪排列的降冪排列02251425numden2251425numden2、系統(tǒng)獲?。?、系統(tǒng)獲取：,systf num den系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述課程簡(jiǎn)介課

8、程簡(jiǎn)介153、單位階躍響應(yīng)：、單位階躍響應(yīng)：4、單位脈沖響應(yīng)：、單位脈沖響應(yīng)：0:0.1:30:0.01:5,ttystep num denystep num den tstep num denstep num den tstep sysstep sys t計(jì)算系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)計(jì)算系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)時(shí)間間隔取值時(shí)間間隔取值,impulse num denimpulse num den t計(jì)算系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)計(jì)算系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介165、圖形繪制：、圖形繪制：6、任意輸入信號(hào)的響應(yīng)：、任意輸入信號(hào)的響應(yīng)：, ,lsim num den r t計(jì)算系統(tǒng)在任意輸入和計(jì)算系統(tǒng)在任意

9、輸入和初始條件下的時(shí)間響應(yīng)初始條件下的時(shí)間響應(yīng)1, 1, , 2, 2, plot xyxyogrid在圖形上加網(wǎng)格線在圖形上加網(wǎng)格線繪制線性坐標(biāo)圖形繪制線性坐標(biāo)圖形r和和t表示輸入信號(hào)表示輸入信號(hào) , ,titlexlabelylabeltext x y在當(dāng)前圖形中添加標(biāo)題在當(dāng)前圖形中添加標(biāo)題在圖形上添加坐標(biāo)說(shuō)明在圖形上添加坐標(biāo)說(shuō)明在圖形上添加文字說(shuō)明在圖形上添加文字說(shuō)明課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介17生成的圖表和數(shù)據(jù)：生成的圖表和數(shù)據(jù)：1、步驟、步驟2中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線圖；系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線圖；25425)(2sssG2、步驟、步驟3中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的單

10、位脈沖響應(yīng)曲線圖；系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)曲線圖；21( )0.21G sss3、步驟、步驟4中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)曲線圖；系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)曲線圖；21( )1G sss 4、步驟、步驟5中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)曲線圖系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)曲線圖（包括輸入信號(hào)曲線）；（包括輸入信號(hào)曲線）；21( )1G sss 5、實(shí)驗(yàn)步驟中要求的其它數(shù)據(jù)和分析。、實(shí)驗(yàn)步驟中要求的其它數(shù)據(jù)和分析。課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介18實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握用、掌握用MATLAB進(jìn)行根軌跡分析的方法。進(jìn)行根軌跡分析的方法。實(shí)驗(yàn)要求：實(shí)驗(yàn)要求：1、實(shí)驗(yàn)圖表的標(biāo)題上必須注明姓名和學(xué)號(hào)；、實(shí)驗(yàn)圖

11、表的標(biāo)題上必須注明姓名和學(xué)號(hào)；2、按照實(shí)驗(yàn)步驟獨(dú)立完成針對(duì)以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)、按照實(shí)驗(yàn)步驟獨(dú)立完成針對(duì)以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)的根軌跡分析。包括實(shí)驗(yàn)步驟的根軌跡分析。包括實(shí)驗(yàn)步驟1、2、3、5。課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介19 1212.1010.mnszszsznumKKspspspden 1、系統(tǒng)表示：以、系統(tǒng)表示：以s的降冪排列的降冪排列2、s多項(xiàng)式乘積：多項(xiàng)式乘積：,cconv a ba、b兩個(gè)兩個(gè)s多項(xiàng)式的乘積多項(xiàng)式的乘積 1212.mnszszsznumGKKspspspden特征方程特征方程等效開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)等效開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介203、畫(huà)根軌跡：、畫(huà)根軌跡：4、確定增益：、確

12、定增益：,0.5,r Krlocus num denr Krlocus num den Krlocus num denrlocus num den Ksgrid計(jì)算根軌跡計(jì)算根軌跡由根軌跡的一組根確定相應(yīng)的增益由根軌跡的一組根確定相應(yīng)的增益,K rrlocfind num den在在rlocus命令之后使用，把可移動(dòng)的命令之后使用，把可移動(dòng)的x-y坐標(biāo)覆蓋到屏幕上，利用鼠標(biāo)把坐標(biāo)覆蓋到屏幕上，利用鼠標(biāo)把x-y坐標(biāo)的原點(diǎn)配置到根軌跡希望的點(diǎn)上，并且點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵。在屏幕上坐標(biāo)的原點(diǎn)配置到根軌跡希望的點(diǎn)上，并且點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵。在屏幕上會(huì)顯示該點(diǎn)的坐標(biāo)、增益值、以及相當(dāng)于該增益值的閉環(huán)極點(diǎn)。會(huì)顯示該點(diǎn)的

13、坐標(biāo)、增益值、以及相當(dāng)于該增益值的閉環(huán)極點(diǎn)。打開(kāi)根軌跡上阻尼比打開(kāi)根軌跡上阻尼比=0.5的網(wǎng)格線的網(wǎng)格線（書(shū)上有錯(cuò)誤）（書(shū)上有錯(cuò)誤）課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介215、圖形繪制：、圖形繪制：, plot r x繪制線性坐標(biāo)圖形繪制線性坐標(biāo)圖形 6666vaxis vaxissquare 將繪圖區(qū)域設(shè)置成平方縱橫比將繪圖區(qū)域設(shè)置成平方縱橫比設(shè)定坐標(biāo)軸范圍設(shè)定坐標(biāo)軸范圍課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介22生成的圖表：生成的圖表：1、步驟、步驟2中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的根軌跡圖；系統(tǒng)的根軌跡圖；23( )( )1416K sG s H ss sss2、步驟、步驟3中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的根軌跡圖；系統(tǒng)的根軌跡圖

14、；432( )( )1.110.35KG s H sssss3、步驟、步驟5中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的根軌跡圖。系統(tǒng)的根軌跡圖。2( )45KG ss ss5、實(shí)驗(yàn)步驟中要求的其它數(shù)據(jù)和分析。、實(shí)驗(yàn)步驟中要求的其它數(shù)據(jù)和分析。4、步驟、步驟5中要求的阻尼比中要求的阻尼比=0.5的閉環(huán)極點(diǎn)、對(duì)應(yīng)增益值、對(duì)應(yīng)的閉環(huán)極點(diǎn)、對(duì)應(yīng)增益值、對(duì)應(yīng)所有極點(diǎn)的坐標(biāo)等數(shù)據(jù)和分析；所有極點(diǎn)的坐標(biāo)等數(shù)據(jù)和分析；課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介23實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握用、掌握用MATLAB作作Bode圖的方法；圖的方法；2、掌握用、掌握用MATLAB作作Nyquist圖的方法；圖的方法；3、掌握用、掌握用MATLAB求系

15、統(tǒng)的增益裕度、相位裕度、相位交求系統(tǒng)的增益裕度、相位裕度、相位交接頻率、增益交接頻率的方法；接頻率、增益交接頻率的方法；4、掌握用、掌握用MATLAB求閉環(huán)系統(tǒng)的諧振峰值、諧振頻率和帶求閉環(huán)系統(tǒng)的諧振峰值、諧振頻率和帶寬的方法。寬的方法。實(shí)驗(yàn)要求：實(shí)驗(yàn)要求：1、實(shí)驗(yàn)圖表的標(biāo)題上必須注明姓名和學(xué)號(hào)；、實(shí)驗(yàn)圖表的標(biāo)題上必須注明姓名和學(xué)號(hào)；2、按照實(shí)驗(yàn)步驟獨(dú)立完成針對(duì)以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)、按照實(shí)驗(yàn)步驟獨(dú)立完成針對(duì)以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)的頻域分析。包括實(shí)驗(yàn)步驟的頻域分析。包括實(shí)驗(yàn)步驟1、2、4。課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介241、畫(huà)伯德圖：、畫(huà)伯德圖：2、畫(huà)奈奎斯特圖：、畫(huà)奈奎斯特圖：,mag phase

16、wbode num den wbode num den wmag phase wbode num denbode num denbode sys生成伯德圖生成伯德圖系統(tǒng)頻率響應(yīng)的實(shí)部和虛部系統(tǒng)頻率響應(yīng)的實(shí)部和虛部頻率響應(yīng)的幅值和相角頻率響應(yīng)的幅值和相角指定頻率向量指定頻率向量,re im wnyquist num den wnyquist num den wre im wnyquist num dennyquist num dennyquist sys生成奈奎斯特圖生成奈奎斯特圖課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介25 ,max20*log10mag phase wbode num den wmp kmagrpm

17、prfw k3、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)特性：、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)特性：4、閉環(huán)系統(tǒng)特性：、閉環(huán)系統(tǒng)特性：,gm pm wcp wcgmargin num den生成裕度和頻率生成裕度和頻率諧振峰值（分貝）諧振峰值（分貝）增益裕度、相位裕度、相位交接增益裕度、相位裕度、相位交接頻率、增益交接頻率頻率、增益交接頻率諧振頻率諧振頻率 120*log1031nwhilemag nnnendbandwidthw n 帶寬帶寬課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介264、其它命令：、其它命令：12,logspace d dn, , , , ,:semilogx w magdB o w dBmaxw dBmin, , ,:semilogx w phase o w pmaxw pmin 20*10alogm50*1,100aones課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介27生成的圖表：生成的圖表：1、步驟、步驟1中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的伯德圖；系統(tǒng)的伯德圖；225( )425G sss2、步驟、步驟2中，傳遞函數(shù)中，傳遞函數(shù) 的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)伯德圖、幅值曲的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)伯德圖、幅值曲線半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖、相角曲線半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖、閉環(huán)