MATLAB與控制系統(tǒng)仿真實驗書學(xué)生2

實驗總要求1、封面必須注明實驗名稱、實驗時間和實驗地點，實驗人員班級、學(xué)號（全號）和姓名等。2、內(nèi)容方面：注明實驗所用設(shè)備、儀器及實驗步驟方法；記錄清楚實驗所得的原始數(shù)據(jù)和圖像，并按實驗要求繪制相關(guān)圖表、曲線或計算相關(guān)數(shù)據(jù)；認(rèn)真分析所得實驗結(jié)果，得出明確實驗結(jié)論。3、圖形可以打印出來并剪貼上去，文字必須用標(biāo)準(zhǔn)試驗紙手寫。實驗一繪圖基礎(chǔ)一、實驗?zāi)康牧私獬Ｓ妹詈统Ｒ姷膬?nèi)建函數(shù)使用。熟悉矩陣基本運算以及點運算。掌握繪圖的基本操作：向量初始化、向量基本運算、繪圖命令3使用、繪制多個圖形的方法。二、實驗內(nèi)容建立并執(zhí)行M文件，使之畫出如圖的曲線。三、實驗方法（參考程序）0100:4*;y1(2*x);(1,'b');;y2=2*(2*x);(2,'g');([04*-22]);('(2x)');('x');('y');('(2x)','2(2x)'1);;;四、實驗要求分析給出的參考程序，理解程序設(shè)計的思維方法及其結(jié)構(gòu)。添加或更改程序中的指令和參數(shù)，預(yù)想其效果并驗證，并對各語句做出詳細(xì)注釋。對不熟悉的指令可通過查看幫助文件了解其使用方法。達(dá)到熟悉畫圖操作的目的?？偨Y(jié)中常用指令的作用及其調(diào)用格式。五、實驗思考1、實現(xiàn)同時畫出多圖還有其它方法，請思考怎樣實現(xiàn)，并給出一種實現(xiàn)方法。(參考程序如下)命令命令12...2、思考三維曲線（3）和曲面(,)的用法，（1）繪制參數(shù)方程的三維曲線；（2）繪制二元函數(shù)，在平面內(nèi)選擇一個區(qū)域(-3:0.1:32:0.1:2)，然后繪制出其三維表面圖形。(以下給出3和的示例)3：繪制參數(shù)方程(t)(t)8*t的三維曲線t=050:10*;3((t)(t),8*t);%.:繪制二元方程的三維曲面，的取值范圍為[-8，8]。[](-8:0.5:88:0.5:8);(x.^2.^2);(c);();;實驗二：基于的控制系統(tǒng)仿真實驗?zāi)康恼莆哲浖钠脚_的基本操作；能夠利用平臺研究控制器對系統(tǒng)的影響；掌握建立子系統(tǒng)的方法。實驗原理（比例-積分-微分）控制器是目前在實際工程中應(yīng)用最為廣泛的一種控制策略。算法簡單實用，不要求受控對象的精確數(shù)學(xué)模型。1．模擬控制器典型的控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。比例比例積分微分對象模型控制器r(t)y(t)u(t)e(t)`圖1典型控制結(jié)構(gòu)連續(xù)系統(tǒng)控制器的表達(dá)式為（1）式中，,和分別為比例系數(shù)，積分系數(shù)和微分系數(shù)，分別是這些運算的加權(quán)系數(shù)。對式（7-21）進(jìn)行拉普拉斯變換，整理后得到連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為（2）顯然,和這3個參數(shù)一旦確定（注意），控制器的性能也就確定下來。為了避免微分運算，通常采用近似的控制器，氣傳遞函數(shù)為（3）實驗過程控制器的,和這3三個參數(shù)的大小決定了控制器的比例，積分和微分控制作用的強弱。下面請通過一個直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，利用軟件中的平臺，使用期望特性法來確定這3個參數(shù)的過程。并且分析這3個參數(shù)分別是如何影響控制系統(tǒng)性能的?！締栴}】某直流電動機速度控制系統(tǒng)如圖2所示，采用控制方案，使用期望特性法來確定,和這3三個參數(shù)。期望系統(tǒng)對應(yīng)的閉環(huán)特征根為：-300，-300，-3030和-3030。請建立該系統(tǒng)的模型，其中控制器部分建立子系統(tǒng)，觀察其單位階躍響應(yīng)曲線，并且分析這3個參數(shù)分別對控制性能的影響?！?G1G2G3G45.3轉(zhuǎn)速控制器晶閘管整流器直流電動機傳動裝置電動勢系數(shù)0.012測速反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速給定+轉(zhuǎn)速 圖2直流電動機控制系統(tǒng)（1）使用期望特性法來設(shè)計控制器。首先，假設(shè)控制器的傳遞函數(shù)為:,其中,和這3個參數(shù)待定。圖2所示的系統(tǒng)閉環(huán)的傳遞函數(shù)為如果希望閉環(huán)極點為：-300，-300，-3030和-3030，則期望特征多項式為：。對應(yīng)系數(shù)相等，可求得：，，。在命令窗口中輸入這3個參數(shù)值，并且建立該系統(tǒng)的模型，如圖3所示。圖3直流電動機控制系統(tǒng)的仿真模型輸入信號為單位階躍信號，在1s時從0變化到1，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線（2）分析比例系數(shù)對控制性能的影響在和保持不變的情況下，分別取值0.5，5和20，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。（3）分析積分系數(shù)對控制性能的影響在和保持不變的情況下，分別取值20，120，300，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。（4）分析微分系數(shù)對控制性能的影響在和保持不變的情況下，分別取值0.01，0.07，0.2，系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。實驗報告及要求：請在軟件中以為平臺構(gòu)建直流電動機控制系統(tǒng)，并仿真運行結(jié)果。記錄如下：繪制實現(xiàn)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；按照如上的步驟，記錄在改變控制某一控制參數(shù)（比例系數(shù)或積分系數(shù)或微分系數(shù)）時，該系統(tǒng)對應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線的變化，并觀察闡述發(fā)生這種變化的規(guī)律?？偨Y(jié)P、I、D控制參數(shù)的改變對系統(tǒng)控制效果的影響。(0,'','')(,'','')實驗三控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換及實現(xiàn)一、實驗?zāi)康氖煜さ膶嶒灜h(huán)境。掌握建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法。二、實驗內(nèi)容（注：實驗報告只提交第2題）1、復(fù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容并驗證相關(guān)示例。（1）系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立包括多項式模型（，），零極點增益模型(，)，狀態(tài)空間模型（）；（2）模型間的相互轉(zhuǎn)換系統(tǒng)多項式模型到零極點模型（2）,零極點增益模型到多項式模型（2）,狀態(tài)空間模型和多項式模型和零極點模型之間的轉(zhuǎn)換（222…）；（3）模型的連接模型串聯(lián)（）,模型并聯(lián)（）,反饋連接（）2、用做如下練習(xí)。（1）用2種方法建立系統(tǒng)的多項式模型。（2）用2種方法建立系統(tǒng)的零極點模型和多項式模型。（3）如圖，已知G（s）和H（s）兩方框?qū)?yīng)的微分方程是：且初始條件為零。試求傳遞函數(shù)C(s)(s)及E(s)(s)。1010G（s）H（s）RMEBC三、實驗要求驗證課內(nèi)示例，準(zhǔn)確理解系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型不同形式的含義及各種函數(shù)的使用方法。認(rèn)真編寫2題的程序并做詳細(xì)注釋，并記錄實驗結(jié)果。四、實驗思考 1、如何靈活選擇函數(shù)的各種不同調(diào)用方法。2、復(fù)雜系統(tǒng)如何用建立系統(tǒng)模型，如何對結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行化簡。3、求系統(tǒng)傳遞函數(shù)有哪些方法？各有何特點？適用于什么情況。實驗四超前、滯后校正的輔助設(shè)計方法一、實驗?zāi)康牧私獯?lián)校正裝置、串聯(lián)滯后裝置對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響。掌握串聯(lián)校正的輔助設(shè)計方法。掌握的基本使用方法。二、實驗內(nèi)容2.1完成主教材題目6-3,(P266):設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)（一）試設(shè)計一串聯(lián)超前校正裝置,使系統(tǒng)滿足如下指標(biāo)：相角裕度°；在單位斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差截止頻率。（二）用仿真驗證系統(tǒng)的動態(tài)性能：觀察系統(tǒng)在單位階躍輸入下的響應(yīng)，記錄時域性能指標(biāo)。2.2完成主教材題目6－5，（P266）設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)（一）試設(shè)計一串聯(lián)滯后校正裝置,使系統(tǒng)