自動控制原理MATLAB仿真實驗報告

實驗一典型環(huán)節(jié)的MATLAB仿真一、實驗?zāi)康?．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模塊的使用方法。2．通過觀察典型環(huán)節(jié)在單位階躍信號作用下的動態(tài)特性，加深對各典型環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線的理解。3．定性了解各參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。二、實驗內(nèi)容①比例環(huán)節(jié)和；Simulink圖形實現(xiàn)：示波器顯示結(jié)果：②慣性環(huán)節(jié)和Simulink圖形實現(xiàn)：示波器顯示結(jié)果：③積分環(huán)節(jié)Simulink圖形實現(xiàn)：示波器顯示結(jié)果：④微分環(huán)節(jié)Simulink圖形實現(xiàn)：波器顯示結(jié)果：⑤比例+微分環(huán)節(jié)（PD）和1）、G1（s）=s+2Simulink圖形實現(xiàn)：示波器顯示結(jié)果：2）、G2（s）=s+1Simulink圖形實現(xiàn)：示波器顯示結(jié)果：⑥比例+積分環(huán)節(jié)（PI）和1）、G1（1）=1+1/sSimulink圖形實現(xiàn)：示波器顯示結(jié)果：2）G2（s）=1+1/2sSimulink圖形實現(xiàn)：示波器顯示結(jié)果：心得體會通過這次實驗我學(xué)到了很多，對課本內(nèi)容加深了理解，熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模塊的使用方法，加深對各典型環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線的理解，這為對課程的學(xué)習(xí)打下了一定基礎(chǔ)。實驗二線性系統(tǒng)時域響應(yīng)分析一、實驗?zāi)康?．熟練掌握step()函數(shù)和impulse()函數(shù)的使用方法，研究線性系統(tǒng)在單位階躍、單位脈沖及單位斜坡函數(shù)作用下的響應(yīng)。2．通過響應(yīng)曲線觀測特征參量和對二階系統(tǒng)性能的影響。3．熟練掌握系統(tǒng)的穩(wěn)定性的判斷方法。二、實驗內(nèi)容1．觀察函數(shù)step()的調(diào)用格式，假設(shè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型為繪制出系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線？2．對典型二階系統(tǒng)1）分別繪出，分別取0,0.25,0.5,1.0和2.0時的單位階躍響應(yīng)曲線，分析參數(shù)對系統(tǒng)的影響，并計算=0.25時的時域性能指標(biāo)。2）繪制出當(dāng)=0.25,分別取1,2,4,6時單位階躍響應(yīng)曲線，分析參數(shù)對系統(tǒng)的影響。3．系統(tǒng)的特征方程式為，試判別該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1）num=[137];den=[14641];step(num,den)gridxlabel('t/s'),ylabel('c(t)')title('unit-steprespinseofg(s)=(s^2+3s+7)/(s^4+4s^3+6s^2+4s+1)')num=[137];>>den=[146410];>>impulse(num,den)>>grid>>title('unit-impulseresponseofG(s)=(s^2+3s+7)/(s^5+4s^4+6s^3+4s^2+s)')2）1.num=[004];den1=[104];den2=[114];den3=[124];den4=[144];den5=[184];t=0:0.1:10;step(num,den1,t)grid>>text(1.2,1.7,'Zeta=0');>>holdCurrentplotheld>>step(num,den2,t)>>text(1.4,1.4,'0.25')>>step(num,den3,t)>>text(1.5,1.1,'0.5')>>step(num,den4,t)>>text(1.7,0.8,'1')>>step(num,den5,t)>>text(1.8,0.6,'2.0')>>title('Step-ResponseCurvesforG(s)=4/[s^2+4(zeta)s+4]')=0.25時由圖可知。當(dāng)時，分別取0,0.25,0.5,1.0和2.0時的單位階躍響應(yīng)，超調(diào)量減小，上升時間變長。2.num1=[001];den1=[10.51];t=0:0.1:10;step(num1,den1,t);grid;holdontext(3.1,1.4,'Wn=1')num2=[004];den2=[114];step(num2,den2,t);holdontext(1.7,1.4,'Wn=2')num3=[0016];den3=[1216];step(num3,den3,t);holdontext(0.5,1.4,'Wn=4')num4=[0036];den4=[1336];step(num4,den4,t);holdontext(0.2,1.3,'Wn=6')由圖可知，當(dāng)=0.25，分別取1,2,4,6時單位階躍響應(yīng)，超調(diào)量無太大變化，調(diào)節(jié)時間變短，上升時間變短。3、方式一roots([2,1,3,5,10])ans=0.7555+1.4444i0.7555-1.4444i-1.0055+0.9331i-1.0055-0.9331i方式二pathtool>>den=[2,1,1,5,10];>>[r,info]=routh(den)r=2.00001.000010.00001.00005.00000-9.000010.000006.11110010.000000info=所判定系統(tǒng)有2個不穩(wěn)定根!心得體會本次實驗我們初步熟悉并掌握step()函數(shù)和impulse()函數(shù)的使用方法，研究線性系統(tǒng)在單位階躍、單位脈沖及單位斜坡函數(shù)作用下的響應(yīng)。函數(shù)step()和impulse()的調(diào)用格式繪制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型，利用MATLAB分析參數(shù)響應(yīng)曲線觀測特征參量和對二階系統(tǒng)性能的影響，用Matlab直接求根判穩(wěn)roots()或勞斯穩(wěn)定判據(jù)routh（）判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實驗三線性系統(tǒng)的根軌跡一、實驗?zāi)康?.熟悉MATLAB用于控制系統(tǒng)中的一些基本編程語句和格式。2.利用MATLAB語句繪制系統(tǒng)的根軌跡。3.掌握用根軌跡分析系統(tǒng)性能的圖解方法。4.掌握系統(tǒng)參數(shù)變化對特征根位置的影響。二、實驗內(nèi)容1-1.>>G=tf(1,[conv([1,2,2],[1,6,13]),0]);rlocus(G);gridtitle('RootLocusPlotofG(s)=K/[s(s+2s+2)(s^2+6s+13)]')[K,P]=rlocfind(G)Selectapointinthegraphicswindow結(jié)果顯示：selected_point=0.0498+1.0248iK=33.7970P=-2.8003+2.2016i-2.8003-2.2016i-2.48020.0404+1.0355i0.0404-1.0355i所以K的取值范圍是：0<K<33.79701-2.>>s=tf('s');G=(s+12)/((s+1)*(s^2+12*s+100)*(s+10));rlocus(G)gridtitle('G(s)=K(s+12)/[(s+10)(s^2+12*s+100)(s+10)]的根軌跡曲線')[K,P]=rlocfind(G)Selectapointinthegraphicswindowselected_point=-0.1777+10.4037iK=1.1529e+003P=0.1038+10.1743i0.1038-10.1743i-11.6038+2.9398i-11.6038-2.9398i所以K值的取值范圍是：0<K<1.1529e+0031-3.>>s=tf('s');G=(0.05+1)/(s*(0.0714*s+1)*(0.012*s^2+0.1*s+1));rlocus(G)gridtitle('G(s)=K(0.05+1)/[s(0.0714s+1)(0.012s^2+0.1s+1)]的根軌跡曲線')[K,P]=rlocfind(G)Selectapointinthegraphicswindowselected_point=0.0592+7.3602iK=6.5706P=-11.2717+4.9455i-11.2717-4.9455i0.1022+7.2895i0.1022-7.2895i所以K值的取值范圍是：0<K<6.5706>>s=tf('s');G=(s^2+2*s+4)/(s*(s+4)*(s+6)*(s^2+4*s+1));G1=feedback(G,1);rlocus(G1);gridtitle('RootLocusPlotofG(s)=K(s^2+2*s+4)/(s*(s+4)*(s+6)*(s^2+4s+1))')[K,P]=rlocfind(G1)Selectapointinthegraphicswindowselected_point=0.0533+6.2888iK=500.7618P=-12.27150.0236+6.3054i0.0236-6.3054i-0.8878+1.8236i-0.8878-1.8236i心得體會通過本次實驗我學(xué)到了很多，首先熟悉MATLAB用于控制系統(tǒng)中的一些基本編程語句和格式。學(xué)會了利用MATLAB語句繪制系統(tǒng)的根軌跡。掌握了用根軌跡分析系統(tǒng)性能的圖解方法和系統(tǒng)參數(shù)變化對特征根位置的影響。為課程的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)實驗四線性系統(tǒng)的頻域分析一、實驗?zāi)康?．掌握用MATLAB語句繪制各種頻域曲線。2．掌握控制系統(tǒng)的頻域分析方法。二、實驗內(nèi)容1．用Matlab作Bode圖.要求:畫出對應(yīng)Bode圖,并加標(biāo)題.（1）>>num=[25];den=[1,4,25];bode(num,den)gridtitle('BodeDiagramofG(s)=25/(s^2+4*s+25)')顯示伯德圖如下所示：（2）>>num=9*[1,0.2,1];den=conv([1,0],[1,1.2,9]);bode(num,den)gridtitle('BodeDiagramofG(s)=9*(s^2+0.2*s+1)/(s*(s^2+1.2*s+9)')顯示伯德圖如下所示：2.某開環(huán)傳函為：，試?yán)L制系統(tǒng)的Nyquist曲線，并判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性，最后求出閉環(huán)系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)。（1）系統(tǒng)的Nyquist曲線>>num=[50];den=conv([1,5],[1,-2]);nyquist(num,den)gridtitle('NyquistPlotofG(s)=50/[(s+5)*s-2]')顯示奈氏圖如下所示：2）判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性及單位脈沖響應(yīng)>>num=[50];den=conv([15],[1-2]);G=tf(num,den);G1=feedback(G,1);figure;nyquist(num,den)%v=[-2,2,-2,2];%axis(v)gridtitle('′NyquistPlotofG(s)=50/(s+5)*(s-2)')figure;impulse(G1)顯示結(jié)果：3.已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示：其中：（1）（2）要求：（a）作波特圖，并將曲線保持進行比較>>Gc1=tf([1],[1]);Gc2=tf([1],[110]);G=tf([1],[110]);G11=series(Gc1,G);G22=series(Gc2,G);sys1=feedback(G11,1,-1);sys2=feedback(G22,1,-1);bode(sys1,sys2);gridon;title('波特圖')（b）分別計算兩個系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度值，然后作性能比較（1）>>G1=tf([1],[1]);G3=tf([1],[110]);Ga=series(G1,G3);sys1=feedback(Ga,1,-1);bode(sys1);margin(sys1);[Gm,Pm,Wcq,Wcp]=margin(sys1)gridtitle('lige')Gm=InfPm=90Wcq=InfWcp=1.0000（2）>>num=[1];den=conv([10],[11]);G2=tf(num,den);G3=tf([1],[110]);Gb=series(G2,G3);sys2=feedback(Gb,1,-1);bode(sys2);margin(sys2);[Gm,Pm,Wcq,Wcp]=margin(sys2)gridtitle('lige')gridonWarning:Theclosed-loopsystemisunstable.InctrlMsgUtils.warning(line25)InDynamicSystem/margin(line65)Gm=In