控制工程matlab使用

1、自動(dòng)控制原理計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1） 熟悉典型系統(tǒng)的時(shí)域、 頻域和根軌跡特 性；（2）掌握系統(tǒng)校正與設(shè)計(jì)的方法。（3）了解應(yīng)用計(jì)算機(jī)工具分析線性系統(tǒng)的 基本方法。2.M atlab 基本特點(diǎn)（1）Matlab （Matrix Laboratory ）1980 年前后，美國(guó) Moler 博士后成立 Mathworks 軟件開發(fā)公司，專門擴(kuò)展改進(jìn) Matalb 最初用 FORTRAN 編寫，現(xiàn)在的版本 用 C 語(yǔ)言改寫 4.0 版； windows 平臺(tái)下，現(xiàn) 在比較新的版本是 7.2 版（2）Matlab 語(yǔ)言特點(diǎn) 一切都是矩陣：數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) /輸入 /輸 出都是以矩陣為基礎(chǔ)的， 矩陣和

2、其它變量不 需要預(yù)先定義，如輸入? A=1,0,1;1,0,0;2,1,0;? B=1,0,2;2,1,1;1,0,1;? C=A*BC =203102415?in v(C)ans =2-30-321-120A用戶使用方便：交互方式，修改調(diào)試方便；稱為演算紙型語(yǔ)言工具。M文件：Matlab可執(zhí)行文件，采用文 本方式，編程效率高，可讀性極強(qiáng)；fun cti on plot_si n(xmi n,xmax)x=xmi n:mi n(0.01,(xmax-xmi n)/100):xmax;plot(x,s in (x);% This is a demo-命令簡(jiǎn)單，豐富，易于擴(kuò)展函數(shù)名定義幾乎與數(shù)學(xué)描

3、述一樣，接 近書寫計(jì)算公式的思維方式， min( ),max(),基本命令包括：數(shù)學(xué)函數(shù)，矩陣，數(shù)值方法，繪圖，字符串，文件I/O 等數(shù)百條；擴(kuò)充工具箱：控制系統(tǒng)，信號(hào)處理，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)辨識(shí)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，高等數(shù) 學(xué)方法，甚至數(shù)理邏輯，通訊等等。4計(jì)算的高效、高可靠性4圖形、打印、聯(lián)機(jī)幫助等功能齊全3.M atlab控制系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)(i)系統(tǒng)仿真基本概念仿真：某些控制系統(tǒng)仿真/設(shè)計(jì)軟件的不足：使用 不方便(EISPACK)，調(diào)用過(guò)程煩瑣，維數(shù) 指定困難，開放性差，輔助功能弱，等等。線性控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述32G(s)=12s24s12s 204322s 4s 6s 2s 2?num=12,24

4、,12,20; den=2 4 6 2 2;傳遞函數(shù)復(fù)雜時(shí)，應(yīng)用多項(xiàng)式乘法函數(shù) conv等實(shí)現(xiàn)。(3) 控制系統(tǒng)的頻域響應(yīng)Bode圖繪制函數(shù)：bode(S YS),如:bode( num,de n)；bode(1,0,121)；繪制出曲線m,p=bode(SYS, w) ，返回?cái)?shù)據(jù)但不繪制曲 線；如 m,p=bode(num,den,0:0.01:10) 。(4) 控制系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)階躍響應(yīng)函數(shù) stepstep(SYS)；y,x=step(SYS,t) ； y 為系統(tǒng)在各個(gè)仿真時(shí) 刻的輸出所組成的向量； x 為系統(tǒng)為可控標(biāo) 準(zhǔn)型時(shí)選定的變量的時(shí)域響應(yīng)數(shù)據(jù)， 控制工 程基礎(chǔ)課程中不予考慮。5)

5、 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析， 離散系統(tǒng)分析， 等等4.動(dòng) 態(tài)仿真工具 Simulink(1)實(shí)際工作中控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，需要 一種更簡(jiǎn)單直接的系統(tǒng)輸入方法和分析手 段。圖形輸入概念：模塊、拖放與聯(lián)結(jié) 模塊和子模塊：定義的一些系統(tǒng)元件，子 系統(tǒng)， 和輸入輸出設(shè)備； 如，噪聲輸入模塊， 傳遞函數(shù)系統(tǒng)模塊，信號(hào)發(fā)生器，示波器模拖放：將需要的模塊拖放到你定義的工作 區(qū)內(nèi)。聯(lián)結(jié)：用鼠標(biāo)拖動(dòng)，建立聯(lián)結(jié)。（2）仿真參數(shù)選擇開始時(shí)間，結(jié)束時(shí)間，步長(zhǎng)選擇（變步 長(zhǎng)，定步長(zhǎng)），算法選擇（求解微分方程的 一些典型算法，女口：龍格庫(kù)塔法等），精度,5.預(yù)習(xí)要求：熟悉Matlab基本函數(shù)命令，控 制系統(tǒng)工具箱命令，控制系統(tǒng)基本概

6、念6.實(shí)驗(yàn)報(bào)告附錄 1 Matalb編程控制命令常用控制系統(tǒng)仿真命令if stateme nts.else elseif end-Con diti on ally execute-IF stateme nt con diti on.-IF stateme nt con diti on.-Term in ate scope of FOR,WHILE, SWITCH and IF stateme nts.for- Repeat statements aspecific number of times.while- Repeat statements anindefinite number of t

7、imes.break- Terminate execution ofWHILE or FOR loop.switch- Switch among severalcases based on expression.case- SWITCH statement case.otherwise- Default SWITCHstatement case.return- Return to invokingfunction.基本繪圖函數(shù)plot -Linear plot.loglog -Log-log scale plot.semilogx -Semi-log scale plot.semilogy -

8、Semi-log scale plot.polar -Polar coordinate plot.plotyy -Graphs with y tick labels onthe left and right.axis- Control axis scaling andappearance.zoom- Zoom in and out on a 2-Dplot.grid- Grid lines.box hold axes- Axis box.- Hold current graph.- Create axes in arbitrarypositions.subplot- Create axes i

9、n tiledpositions.legend title xlabel ylabel text gtext- Graph legend.- Graph title.- X-axis label.- Y-axis label.- Text annotation.- Place text with mouse.時(shí)域分析函數(shù)step impulse initial- Step response.- Impulse response.- Response of state-spacesystem with given initial state.lsim inputs.ltiviewgensig L

10、SIM.- Response to arbitrary- Response analysis GUI.- Generate input signal forstepfun- Generate unit-step input.頻域分析函數(shù)bode- Bode plot of thefrequency response.sigma- Singular value frequencyplot.nyquist- Nyquist plot.nichols- Nichols chart.ltiview- Response analysis GUI.evalfr- Evaluate frequencyres

11、ponse at given frequency.freqresp- Frequency response over afrequency grid.margin- Gain and phase margins.附錄 2 參考書目1. 控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，薛定宇，清華 大學(xué)出版社， 1996；2. MATLAB 語(yǔ)言，張培強(qiáng)， 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大 學(xué)出版社， 1995；1 、KG(s):Ts +1實(shí)驗(yàn)一 控制系統(tǒng)時(shí)域分析一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)Step ResponseSystem: sys2g Time (sec): 0.3921System: sys1Settling Time (sec): 3.

12、920.9System: sys3 Settling TdatalSystem: sys1Rise Time (sec): 2.2System: sys3Rise Time (sec): 22me (sec): 3鉀a2data3data40.70.6e0.5upmA0.40.30.20.1102030405060Time (sec)分別取以下幾組參數(shù)，求系統(tǒng)階單位階躍輸入時(shí)的響應(yīng)時(shí)間常數(shù)和調(diào)整時(shí)間。1) . K=1,T=10;2) .K=1,T=1;3) .K=1,T=0.1階系統(tǒng)階躍響應(yīng)0102030405060Time (sec)分別就T=1和T=0.1 ,分別取0, 0.2, 0.5,

13、0.7, 1, 10時(shí)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的最大超調(diào)量、峰值時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、振蕩次數(shù)。3、自構(gòu)造高階系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換并 分析其時(shí)域特性。4、了解MATLAB勺控制系統(tǒng)圖形輸入與仿真 工具SIMULINK觀察典型系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)。個(gè)G(S)=54 s210S 40210s80s220s300s220s 1000.50.45Step Response0 4 System: sys - Rise Time (sec): 2.08System: sysPeak amplitude: 0.477 Overshoot (%): 19.3At time (sec): 5System: sysSettling Ti

14、me (sec): 10.40.35System: sysFinal Value: 0.40.3eup0.25m A0.20.150.10.050101214161820Time (sec)實(shí)驗(yàn)二控制系統(tǒng)根軌跡分析1、一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)G(3H-K-Ts + 1分別取以下幾組參數(shù)，繪制系統(tǒng)根軌跡圖。1) . K=1,T=10;2). K=1,T=1;3). K=1,T=0.12、 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)G(S)= 2 ；T. 1T s +2Ts + 1分別就T=1和T=0.1，分別取0, 0.2, 0.5, 0.7, 1, 10時(shí)繪制系統(tǒng)根軌跡圖。3、自構(gòu)造高階系統(tǒng)，繪制系統(tǒng)根軌跡圖并 分析其動(dòng)態(tài)性能及穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)三控制系統(tǒng)頻域分析1、一階系統(tǒng)階躍響應(yīng)G（卄人Ts + 1分別取以下幾組參數(shù)，分別繪制系統(tǒng)尼氏圖 和伯德圖，并求出系統(tǒng)穩(wěn)定裕度。2）. K=1,T=10;2）. K=1,T=1;3）. K=1,T=0.12、 二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)g（s）=2T ,T s + 2T y +1分別就T=1和T=0.1，分別取0, 0.2, 0.5, 0.7, 1, 10時(shí)分別繪制系統(tǒng)尼氏圖和伯德圖，并求出系統(tǒng)穩(wěn)定裕度。3、自構(gòu)造高階系統(tǒng)，繪制系統(tǒng)尼氏圖和伯 德圖并分析其動(dòng)態(tài)性能及穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)四控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正1、自構(gòu)造