自動控制原理實驗報告MATHLAB建模

1、自動控制原理實驗報告學 院： 機電工程學院 班 級： 姓 名： 學 號： 指導老師： 實驗一：在matlab中創(chuàng)建系統(tǒng)模型一、實驗目的： 1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)響應曲線的理解。二、實驗過程：1.傳遞函數(shù)模型的建立1）多項式形式的傳遞函數(shù)課本例2.23上機操作過程如下：課本p62，習題2-3上機操作過程如下：2）零、極點形式的傳遞函數(shù) 課本例2.24上機操作過程如下： 3）分子、分母為因式乘積形式的傳遞函數(shù) 課本例2.25上機操作過程如下： 2.simulink建模課本例題上

2、機操作如下：設單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 將其轉換成simulink框圖，輸入為階躍信號，它的simulink框圖如下所示： 比例環(huán)節(jié)和的simulink圖形建模操作如下； 比例環(huán)節(jié)的simulink圖形如下圖所示： 比例環(huán)節(jié)的simulink圖形3.課后練習 用matlab求下列函數(shù)的拉氏變換（習題2-1），上機操作過程如圖所示：實驗二：在matlab中算特征根及繪制根軌跡圖一、實驗目的： 1掌握matlab下的根軌跡繪制方法；2學會利用根軌跡進行系統(tǒng)分析。二、實驗過程：1）例3-21 試利用matlab函數(shù)求例3.1中k=2.k=20時系統(tǒng)的特征根，并分別判定穩(wěn)定性。 上機操作過程如下

3、：>> num=2;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.25 1);g=tf(num,den);sys=feedback(g,1);>> pzmap(sys)p=pole(sys)p = -11.0314 -1.4843 + 2.2470i -1.4843 - 2.2470i2）例3-22 二階系統(tǒng)如圖3.13所示，設wn=1,試研究系統(tǒng)的單位階躍響應與參數(shù)的關系。 上機操作過程如下：>> w=1;>> num=w2;>> figure(1);>> hold on;>> for x=0.2:0.

4、1:1.2den=1 2 * x * w w2;sys=tf(num,den);step(sys)endgrid on3）開環(huán)傳遞函數(shù)繪制其閉環(huán)根軌跡。上機輸入程序如下：>> z=;p=0,-1,-2;k=1;sys=zpk(z,p,k);rlocus(sys)運行結果：4）例4-20 利用matlab程序繪制例4-11的廣義根軌跡上機輸入程序如下:num=1;den=1 2 0;g=tf(num,den);rlocus(g);hold onfor k1=0.1:0.2:3 num=1; den=1 2 k1 0; sys=tf(num,den); rlocus(sys)end運行

5、結果如下:5）習題4-1 設單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ，試用解析法繪制增益k從0變化時的閉環(huán)根軌跡，用matlab繪制出。上機輸入程序如下;num=1;den=conv(1 0,1 10);rlocus(num,den)運行結果如下： 實驗三：控制系統(tǒng)的頻域分析法一、實驗目的： 1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、實驗過程：1）例題1.系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為繪制bode圖、nyquist曲線和nichols曲線的matlab程序如下：num=10;den=conv(2 1,conv(1 1,0.1 1);gh=tf(num,den);figure(1)

6、bode(gh)gridfigure(2)nyquist(gh)figure(3)nichols(gh)ngrid執(zhí)行后的bode圖、nyquist曲線和nichols曲線為：2）典型二階系統(tǒng)繪制出，0.3，0.5，0.8，2的bode圖，記錄并分析對系統(tǒng)bode圖的影響。num =0 0 36; den1=1 1.2 36; den2=1 3.6 36;den3=1 6.0 36; den4=1 9.6 36; den5=1 24 36;w=logspace(-2,3,100);bode(num,den1,w);gridtext (4.2,-15,'¦Î=0.1&

7、#39;)hold bode(num,den2,w);text (2.5,-22,'¦Î=0.3')bode(num,den3,w); text (13.5,-150,'¦Î=0.5')bode(num,den4,w); text (24,-157,'¦Î=0.8')bode(num,den5,w); text (1.4,-45,'¦Î=2.0')實驗四：控制系統(tǒng)的設計一、實驗目的： 1掌握用matlab語句繪制各種頻域曲線。2掌握控制系統(tǒng)的校正設計方

8、法。二、實驗過程：1）試利用matlab命令完成例6.9的控制系統(tǒng)設計。，設k=100。matlab的程序如下：k=100;num=k;den=conv(1 0,0.1 1);gp=tf(num,den);h0,r0,wg0,wc0=margin(gp);wm=40;l=bode(gp,wm);lwc=20*log10(l);a=10(-0.1*lwc);t=1/(wm*sqrt(a);phi=asin(a-1)/(a+1);gc=(1/a)*tf(a*t 1,t 1);gc=a*gc;g=series(gc,gp);bode(g,gp,'-')gridh,r,wg,wc=ma

9、rgin(g)執(zhí)行的結果如下：第一次校正得到的bode圖2） 試用matlab命令完成例6.1的控制系統(tǒng)設計。設單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為。程序如下：num=1;den=conv(1 0,conv(1 1,1 5);sys=tf(num,den);rlocus(sys)num=4.17den=conv(1 0,conv(1 1,1 5);sys=tf(num,den);sys1=feedback(sys,1);figurestep(sys1)執(zhí)行結果如下： 校正前系統(tǒng)的根軌跡 校正前系統(tǒng)的階躍響應1. 選取校正裝置的極點，于是矯正裝置的零點為，故滯后校正裝置的傳遞函數(shù)為:程序如下：num=0.1*1 0.1;den=co