MATLAB控制系統(tǒng)仿真實驗報告

清華大學自動化工程學院課程：控制系統(tǒng)仿真 專業(yè)自動化班級122姓名學號 時間：2015年10月19日—10月28日實驗一MATLAB環(huán)境的熟悉與基本運算 1TLAB 實驗五控制系統(tǒng)的頻域與時域分析 17 實驗地點：計算中心三、實驗內容：1、新建一個文件夾(自己的名字命名，在機器的最后一個盤符)存，關閉對話框4、學習使用help命令，例如在命令窗口輸入helpeye，然后根據幫助說明，學習使用指令eye(其它不會用的指令，依照此方法類推)變化結果。6、初步程序的編寫練習，新建M-file，保存(自己設定文件名，例如exerc1、exerc2、exerc3……)，學習使用MATLAB的基本運算符、數組尋訪指令、標準數組生成函數和數組操作函數。注意：每一次M-file的修改后，都要存盤。 history和workspace等窗口的變化結果 (2)學習使用clc、clear，了解其功能和作用 (3)輸入一個2維數值數組，體會標點符號的作用(空格和逗號的作用)。 (4)一維數組的創(chuàng)建和尋訪，創(chuàng)建一個一維數組(1×8)X，查詢X數組的第2個元 (5)二維數組的創(chuàng)建和尋訪，創(chuàng)建一個二維數組(4×8)A，查詢數組A第2行、第3列的元素，查詢數組A第2行的所有元素，查詢數組A第6列的所有元素， 所有由2個數組參與的合法的數組運算和矩陣指令 (7)學習使用表8列的常用函數(通過help方法) (8)學習使用表9數組操作函數 (9)學習字符串的創(chuàng)建，a='Thisisanexample.'串數組的大小size(a)串數組的元素標識a14=a(1:4)ra=a(end:-1:1)對字符串ASCLL碼的數組操作ascii_a(w)=ascii_a(w)-32;%英文大小寫字母ASCLL值差32(小-32=大)char(ascii_a) (10)創(chuàng)建符號對象與函數命令sym()、syms()與class()的熟悉和運用。有符號表達式：試計算ee=?與e\e=?1212四、實驗操作過程(實驗說明)uniformdistributionontheopeninterval(0,1).r=randr=rand(n)r=rand(sz1,...,szN)r=rand(sz)r=rand(classname)r=rand(n,classname)r=rand(sz1,...,szN,classname)r=rand(sz,classname)r=rand('like',p)r=rand(n,'like',p)ans=r=rand(sz1,...,szN,'like',p)r=rand(sz,'like',p)ans=clear>>[12;34]ans=1234%將空格改為逗號效果一致ans=1324>>a=[1234;5678];ba選范圍=78a=hello100010001ans834>>flipud(ans)672ans438276ans=279543>>a='hello'6181=15>>symsxypkabc%創(chuàng)建符號對象e1=k*p+a*p*x^2+c*k*y+b*p*x+a*c*x^2*ye2=p+c*yans=(k*p+a*p*x^2+c*k*y+b*p*x+a*c*x^2*y)/(p+c*y)a=12hapeaac=2MATLAB環(huán)境掌握了矩陣、變量、表達式的各種運算了解了*與.*、/與\、^與.^等區(qū)別以及絕對值、開方e的階乘、正弦、正切的運算的符號。3.讓我明白了MATLAB的實用性。nn實驗地點：黃島老校區(qū)計算中心二、實驗目的：2、掌握各種編程語句語法規(guī)則及程序設計方法3、函數文件的編寫和設計三、實驗內容：2、用for循環(huán)語句實現求1~100的和3、用for循環(huán)語句實現編寫一個求n階乘的函數文件思考題ini+1i=15、(1)編寫求解一維數組平均值的函數文件。 (2)編寫求解二維數組平均值的函數文件。四、實驗操作過程(實驗說明)1．用for循環(huán)語句實現求1~100的和，函數名為theSec().程序：fori=1:100nnfprintf('%d\n',a)執(zhí)行結果：2．用for循環(huán)語句實現編寫一個求n階乘的函數文件，函數名為jiex(x).程序：functionjiex(x)fori=1:xa=a*i;fprintf('%d\n',a)執(zhí)行結果：jiex的階乘ini+1i=1程序：a=[2,4,5,8,10];b=[4,9,6,7,4];fori=1:nmaibni執(zhí)行結果：ans=4.編寫求解任意數組平均值的函數文件，函數名為avg(f).程序：functiony=avg(f)[m,n]=size(f);forj=1:nsum=sum+f(i,j);執(zhí)行結果：>>a=[1,2,3,4;5,6,7,8]%定義一個數組a=15263748ans=91.編程語句：循環(huán)語句有for循環(huán)和while循環(huán)，我習慣使用for循環(huán)，使用格式如下：for循環(huán)變量=表達式1(初值)：表達式2(增量)：表達式3(終值)循環(huán)語句組條件判斷語句if語句格式為：if表達式執(zhí)行語句實驗地點：黃島老校區(qū)計算中心二、實驗目的：lot三、實驗內容：t=(0:pi/50:2*pi)';k=0.4:0.1:1;Y=cos(t)*k;plot(t,Y)110.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-135426071【2】用圖形表示連續(xù)調制波形yt=(0:pi/100:pi)';y1=sin(t)*[1,-1];y2=sin(t).*sin(9*t);t3=pi*(0:9)/9;plot指令基本操作演示y3=sin(t3).*sin(9*t3);plot(t,y1,'r:',t,y2,'b',t3,y3,'bo')axis([0,pi,-1,1])110.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-12.50.53201【3】通過繪制二階系統(tǒng)階躍響應，綜合演示圖形標識。本例比較綜合，涉及的指令較廣。請耐心讀、實際做、再看例后說明，定會有匪淺收益。clf;t=6*pi*(0:100)/100;y=1-exp(-0.3*t).*cos(0.7*t);tt=t(find(abs(y-1)>0.05));ts=max(tt);plot(t,y,'r-','LineWidth',3)axis([-inf,6*pi,0.6,inf])set(gca,'Xtick',[2*pi,4*pi,6*pi],'Ytick',[0.95,1,1.05,max(y)])gridontitle('\ity=1-e^{-\alphat}cos{\omegat}')text(13.5,1.2,'\fontsize{12}{\alpha}=0.3')text(13.5,1.1,'\fontsize{12}{\omega}=0.7')holdon;plot(ts,0.95,'bo','MarkerSize',10);holdoffcell_string{1}='\fontsize{12}\uparrow';圖3-1cell_string{2}='\fontsize{16}\fontname{隸書}鎮(zhèn)定時間';cell_string{3}='\fontsize{6}';cell_string{4}=['\fontsize{14}\rmt_{s}='num2str(ts)];text(ts,0.85,cell_string)xlabel('\fontsize{14}\bft\rightarrow')ylabel('\fontsize{14}\bfy\rightarrow')y=1-e-atcoswt843w=0.71?0.95??y?鎮(zhèn)定時間ts9.61336.283212.566418.8496t?t四、實驗操作過程(實驗說明)1.二維曲線繪圖基本指令演示：>>t=(0:pi/50:2*pi)';k=0.4:0.1:1;Y=cos(t)*k;plot(t,Y)執(zhí)行結果：(圖3-1)>>t=(0:pi/100:pi)';y1=sin(t)*[1,-1];y2=sin(t).*sin(9*t);t3=pi*(0:9)/9;y3=sin(t3).*sin(9*t3);plot(t,y1,'r:',t,y2,'b',t3,y3,'bo')axis([0,pi,-1,1])執(zhí)行結果：(圖3-2)圖3-23.通過繪制二階系統(tǒng)階躍響應，綜合演示圖形標識：>>clf;t=6*pi*(0:100)/100;y=1-exp(-0.3*t).*cos(0.7*t);tt=t(find(abs(y-1)>0.05));ts=max(tt);plot(t,y,'r-','LineWidth',3)axis([-inf,6*pi,0.6,inf])set(gca,'Xtick',[2*pi,4*pi,6*pi],'Ytick',[0.95,1,1.05,max(y)])gridontitle('\ity=1-e^{-\alphat}cos{\omegat}')text(13.5,1.2,'\fontsize{12}{\alpha}=0.3')text(13.5,1.1,'\fontsize{12}{\omega}=0.7')holdon;plot(ts,0.95,'bo','MarkerSize',10);holdoffcell_string{1}='\fontsize{12}\uparrow';cell_string{2}='\fontsize{16}\fontname{隸書}鎮(zhèn)定時間';cell_string{3}='\fontsize{6}';cell_string{4}=['\fontsize{14}\rmt_{s}='num2str(ts)];text(ts,0.85,cell_string)xlabel('\fontsize{14}\bft\rightarrow')ylabel('\fontsize{14}\bfy\rightarrow')執(zhí)行結果：(圖3-3)圖3-3修改圖形界面，并添加圖形的各種標注。實驗地點：黃島老校區(qū)計算中心二、實驗目的：秒后在擾動信號點輸入單位階躍響應信號。并繪制相應的響應曲線(2)計算仿真結果的超調量、上升時間、調節(jié)時間、穩(wěn)態(tài)誤差。上升時間0.3s，調節(jié)時間0.4s的要求。(4)要求對加入的PID控制器封裝成一個模塊使用封裝步驟1創(chuàng)建子系統(tǒng)封裝步驟2封裝子系統(tǒng)封裝步驟3設置參數封裝步驟4修改和設計模塊圖標四、實驗操作過程(實驗說明)1.畫出雙環(huán)調速的電流環(huán)系統(tǒng)的方框圖模型，并在Simulink集成環(huán)境下建立模型：(圖4-1)圖4-12.繪制相應的響應曲線：(圖4-2)圖4-2彈出SIMULINK圖形庫瀏覽器(SIMULINKLIBRARYBREWSER)界面，也可以選擇通過這些接口可以調整仿真運行時間，仿真模式等，可以查看仿真運行進度等信息。3)構建SIMULINK框圖：用鼠標將模塊庫中的所需的模塊拖至系統(tǒng)模型中，然后添加4)運行：點擊仿真模型編譯器界面中的運行按鈕，系統(tǒng)會在輸入信號的作用下輸出，間信號送至工作區(qū)。實驗地點：黃島老校區(qū)計算中心二、實驗目的：握控制系統(tǒng)數學模型的基本描述方法和相互轉化三、實驗內容：表示下列傳遞函數模型,并轉化成其他的數學模型4s-22、一個單位負反饋開環(huán)傳遞函數為試繪出系統(tǒng)閉環(huán)的根軌跡圖；并在跟軌跡圖上任選一點，試計算該點的增益k及其所有極點的位置四、實驗操作過程(實驗說明)-21025Gs=4s-2----------------s^3+2s+5Continuous-timetransferfunction.Gs=0.5-------------------s^2+2.5s+1Continuous-timetransferfunction.>>den=[24.510];Gs=1--------------------------2s^3+4.5s^2+sContinuous-timetransferfunction.2s^3+4.5s^2+s---------------------------------------------------------------sss11s^3+5.5s^2+sContinuous-timetransferfunction.>>rlocus(Ms)%繪制系統(tǒng)閉環(huán)的根軌跡圖(圖5-1)圖5-1圖5-2p=0.0000+0.0000i-2.1254+0.0000i-2.0000+0.0000i-0.0623+0.4810i-0.0623-0.4810i-0.2500+0.0000iz=0-2.0000-0.2500>>[k,poles]=rlocfind(Ms)Selectapointinthegraphicswindowselected_point=0.5795+0.4927i=poles=0.0000+0.0000i-2.4675+0.0000i-2.0000+0.0000i0.1088-1.0124i-0.2500+0.0000i1.MATLAB通過函數tf(num,den)建立傳遞函數模型，通過zpk(z,p,k)建立零極點增益模型，通過ss(A,B,C,D)建立連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)空間模型；2.MATLAB通過ss2tf(),ss2zp(),tf2ss(),tf2zp(),