控制工程MATLAB實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、浙江科技學(xué)院機(jī)電系統(tǒng)開放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目: MATLAB控制機(jī)電系統(tǒng)實(shí)分析 專 業(yè)： 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造及 其 自 動(dòng) 化 班 級(jí): 機(jī) 制 122 學(xué)生姓名： 王朝旭 指導(dǎo)老師： 高 俊 2014年05月30日目 錄實(shí)驗(yàn)一 MATLAB語(yǔ)言基本命令31 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2 實(shí)驗(yàn)器材33 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容34 實(shí)驗(yàn)步驟：35 實(shí)驗(yàn)類容:3實(shí)驗(yàn)二 MATLAB控制系統(tǒng)工具箱使用61 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2 實(shí)驗(yàn)器材63 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容64 實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容6實(shí)驗(yàn)三 MATLAB數(shù)字控制器設(shè)計(jì)初步91 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2 實(shí)驗(yàn)器材93 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容94 實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容9實(shí)驗(yàn)四 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的MATLAB實(shí)現(xiàn)121 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?22 實(shí)

2、驗(yàn)器材123 實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容12總結(jié)14實(shí)驗(yàn)一 MATLAB語(yǔ)言基本命令1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。 掌握科學(xué)計(jì)算的有關(guān)方法，熟悉MATLAB語(yǔ)言及其在科學(xué)計(jì)算中的運(yùn)用；2。 掌握MATLAB的命令運(yùn)行方式和M文件運(yùn)行方式；3。 掌握矩陣在MATLAB中的運(yùn)用。2 實(shí)驗(yàn)器材計(jì)算機(jī)WinXP、Matlab7。0軟件3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）。 輸入 A=7 1 5;2 5 6；3 1 5，B=1 1 1； 2 2 2；3 3 3,在命令窗口中執(zhí)行下列表達(dá)式，掌握其含義： A(2， 3） A(：，2） A（3，：) A（：,1：2:3) A（：，3）。*B(：，2) A（：，3)*B(2,：) AB A。BA2 A。

3、2 B/A B./A （2)。輸入 C=1：2：20，則 C(i）表示什么？其中 i=1,2，3，10； （3）。查找已創(chuàng)建變量的信息，刪除無(wú)用的變量； (4）。 試用 help命令理解下面程序各指令的含義： clear t =0：0。001：2pi; subplot(2,2，1）; polar(t， 1+cos（t） subplot（2，2，2)； plot（cos(t）。3，sin（t)。3) subplot（2，2，3）； polar（t,abs（sin(t）。cos(t）)） subplot(2，2，4）； polar(t，（cos（2t).0。5）4 實(shí)驗(yàn)步驟: 打開MATLAB程序

4、，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的題目依次輸入MATLAB中，運(yùn)行得到并記錄結(jié)果，最后再對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證.5 實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容（1)> A=7 1 5；2 5 6；3 1 5A = 7 1 5 2 5 6 3 1 5>> B=1 1 1; 2 2 2；3 3 3B = 1 1 1 2 2 2 3 3 3> A(2， 3） “ 取矩陣A中第二行第三列的元素”ans = 6> A（：,2） “ 取矩陣A中第二列的元素"ans = 1 5 1> A（3，：） “ 取矩陣A中第三行的元素”ans = 3 1 5> A（:，1:2：3) “使矩陣的第一列到第二列,第二例到

5、第三列，構(gòu)成新的2*3的矩陣”ans = 7 5 2 6 3 5 A（：，3）。*B（:,2） “取矩陣A的三列和B的第二列，對(duì)應(yīng)元素一次相乘”ans = 5 12 15>> A（：，3)*B（2，:） “取矩陣A的三列和B的第二行，對(duì)應(yīng)元素進(jìn)行叉乘”ans = 10 10 10 12 12 12 10 10 10 AB “矩陣進(jìn)行叉乘"ans = 24 24 24 30 30 30 20 20 20> A.B “兩矩陣對(duì)應(yīng)元素相乘”ans = 7 1 5 4 10 12 9 3 15> A2 “矩陣A叉乘上矩陣A”ans = 66 17 66 42 33 7

6、0 38 13 46> A。2 “舉證A中的元素翻倍”ans = 49 1 25 4 25 36 9 1 25> B/A “矩陣B除以矩陣A"ans = 0。1842 0.2105 0.2368 0。3684 0.4211 0。4737 0。5526 0。6316 0.7105 B./A “兩矩陣對(duì)應(yīng)元素相除”ans = 0.1429 1。0000 0。2000 1.0000 0.4000 0.33331。0000 3。0000 0.6000（2)> C=1:2：20C = 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19C（i)表示奇數(shù) 2i1(3) 查找已創(chuàng)建變

7、量的信息，刪除無(wú)用的變量clear “清除”t =0:0.001：2pi; “定義時(shí)間向量"subplot（2,2，1）; “定義多塊圖畫的繪圖位置”polar（t， 1+cos（t） “繪制函數(shù)圖像"subplot（2,2，2)； plot（cos(t)。3，sin(t）。3） subplot(2，2，3）； polar（t,abs（sin(t).cos(t)） subplot(2，2，4); (4) polar(t，（cos(2*t）。0。5)實(shí)驗(yàn)二 MATLAB控制系統(tǒng)工具箱使用1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解Matlab控制系統(tǒng)工具箱中常用函數(shù)。(2）掌握模型轉(zhuǎn)換方法以及奈氏

8、圖、伯德圖的繪制。（3）掌握系統(tǒng)脈沖、階躍等響應(yīng)的仿真方法2 實(shí)驗(yàn)器材計(jì)算機(jī)Win7、Matlab7.0軟件3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1）利用residue函數(shù)求取傳遞函數(shù)的部分分式展開式(2）利用tf函數(shù)構(gòu)建系統(tǒng)傳遞函數(shù)(3）利用impulse、step、lsim等函數(shù)仿真系統(tǒng)的單位脈沖、階躍、速度響應(yīng).（4）畫出單位負(fù)反饋的開環(huán)傳遞函數(shù)的在頻率0。01-100rad/s間的伯德圖（5）畫出系統(tǒng)的乃奎斯特圖4 實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容（1） 寫出傳遞函數(shù)的部分展開式a。 列些分子num、分母den的系數(shù) b。 利用residue（num,den) 求出零極點(diǎn)和余項(xiàng)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果:r = 1。0000 2。5000

9、-3。0000 0。5000 p =-4.000 3。0000 -2。000 1。0000 k=1（2）對(duì)于系統(tǒng)A。首先利用conv函數(shù)展開分母,獲得各階系數(shù)，此時(shí)num=14 21； den=conv（conv（conv（1 0 0， 3 1），conv(1 2，1 2)）, 5 0 3 8)b.再利用tf函數(shù)構(gòu)建傳遞函數(shù)運(yùn)行結(jié)果:G（S)=(3）a。 用tf（num，den)函數(shù)構(gòu)建高階系統(tǒng)傳遞函數(shù)b。構(gòu)建時(shí)間向量t c 用函數(shù)impulse及step仿真系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)、單位階躍響應(yīng)d. 用lism函數(shù)仿真系統(tǒng)速度響應(yīng)e。 程序調(diào)試成功后實(shí)驗(yàn)結(jié)果：A impulse 單位脈沖信號(hào)實(shí)驗(yàn)結(jié)

10、果 B step 單位階躍信號(hào)仿真結(jié)果C lism函數(shù)仿真系統(tǒng)速度響應(yīng)(4）繪制單位負(fù)反饋的開環(huán)傳遞函數(shù)的伯德圖.a。 寫出num,denb。 用logspace函數(shù)設(shè)定頻率范圍c 利用bode函數(shù)輸入幅值增益、相位d. 把增益值轉(zhuǎn)換為分貝值e。 添加網(wǎng)格線,并生成二行一列的圖表f。 用semilogx在兩個(gè)圖標(biāo)中分別生成幅值頻率和相頻特性曲線.g。 用margin函數(shù)獲取開環(huán)的幅值裕量和相位裕量。h. 程序調(diào)試后寫入實(shí)驗(yàn)報(bào)告margin函數(shù)獲取開環(huán)的幅值裕量和相位裕量。Gm = InfPm =126.0768wcg =NaNwcp = 7。2725實(shí)驗(yàn)三 MATLAB數(shù)字控制器設(shè)計(jì)初步1 實(shí)

11、驗(yàn)?zāi)康模?)掌握離散信號(hào)z變換和z逆變換的matlab方法(2）掌握離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)零極點(diǎn)分布與系統(tǒng)頻率特性的matlab實(shí)現(xiàn)方法（3）掌握matlab計(jì)算差分方程的方法。2 實(shí)驗(yàn)器材計(jì)算機(jī)Win7、Matlab7.0軟件3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1）找到matlab的符號(hào)運(yùn)算工具箱提供的z變換函數(shù)ztrans與反變換函數(shù)iztrans，通過(guò)help理解其用法,并掌握符號(hào)表達(dá)式的構(gòu)建和應(yīng)用.F=ztrans（f) 求符號(hào)函數(shù)f的z變換，返回函數(shù)的自變量為z;F=ztrans(f,w） 求符號(hào)函數(shù)f的z變換,返回函數(shù)的自變量為w；F=ztrans（f，k，w) 對(duì)自變量為k的符號(hào)函數(shù)f求z變換，返回函數(shù)的

12、自變量為w.f=iztrans(F) %對(duì)自變量為z的符號(hào)函數(shù)F求逆z變換,返回函數(shù)的自變量為n;f=iztrans（F,k） 對(duì)自變量為z的符號(hào)函數(shù)F求逆z變換,返回函數(shù)的自變量為k；f=iztrans(F，w，k） 對(duì)自變量為w的符號(hào)函數(shù)F求逆z變換，返回函數(shù)的自變量為k.4 實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）。已知序列,求其z變換。解：在命令窗口中輸入如下命令，即可完成f(k）的z變換> syms k> f=sym（'2（-k）')；定義序列 F=ztrans(f)%求z變換F =z/（z - 1/2)（2）已知一離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)，求其沖激響應(yīng)h(k)。解：運(yùn)行如下M

13、文件,syms k zH=sym（z/（z2+3z+2）;h=iztrans（H，k）求逆z變換h = （1）k - (2）k （3） MATLAB的zplane函數(shù)用于系統(tǒng)函數(shù)的零極點(diǎn)圖的繪制，調(diào)用方式為:zplane（b，a） 其中， b、a分別為系統(tǒng)函數(shù)分子、分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量例。已知一離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù),試?yán)L制其零極點(diǎn)圖.解:在MATLAB的命令窗口中輸入如下命令，即可得到其零極點(diǎn)圖（圖7-1)。 a=1 3 2；> b=1 -0.7 0.1;> zplane(b，a)繪制其零極點(diǎn)圖(4） 若描述離散系統(tǒng)的差分方程為，已知激勵(lì)，初始狀態(tài)y(1）=1，y(2）=0，求系統(tǒng)的

14、零輸入響應(yīng)，零狀態(tài)響應(yīng)?！窘狻繉⒉罘址匠虄蛇吶變化的，進(jìn)整理，得,前一部分為零輸入響應(yīng)，后一部分為零狀態(tài)響應(yīng)。將y（1)=1，y（2）=0代入第一部分，則零輸入響應(yīng)的表達(dá)式為，因此經(jīng)過(guò)z的逆變化得，同理,則零狀態(tài)激勵(lì)響應(yīng)響應(yīng)的表達(dá)式為，如果直接利用iztrans函數(shù)進(jìn)行編程求解如下clcsyms zy=0.5*（1/z-1）/(1+1/2z-1/2*z2）y=iztrans(y）結(jié)果：1/2*charfcn1（n）3/4charfcn0（n）+1/122n+2/3(1）n（5）已知,通過(guò)部分分式展開法求F(z） 。F=sym（s+2）/(s*（s+1)2（s+3）);%傳遞函數(shù)F（s）進(jìn)行符

15、號(hào)定義numF,denF=numden（F） ；提取分子分母pnumF=sym2poly（numF） ;%將分子轉(zhuǎn)化為一般多項(xiàng)式pdenF=sym2poly(denF） ；將分母轉(zhuǎn)化為一般多項(xiàng)式R，P，K=residue（pnumF，pdenF）部分分式展開對(duì)應(yīng)部分分式分解結(jié)果為：實(shí)驗(yàn)四控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的MATLAB實(shí)現(xiàn)（用MATLAB展開及合并部分分式）1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1）掌握matlab展開部分分式的方法2 實(shí)驗(yàn)器材計(jì)算機(jī)Win7、Matlab7。0軟件3 實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)用matlab展開部分分式 用num和den分別表示G（s）的分子和分母多項(xiàng)式，即MATLAB提供函數(shù)resid

16、e用于實(shí)現(xiàn)部分分式展開，其句法為r, p， k=reside（num,den）其中，r， p分別為展開后的留數(shù)及極點(diǎn)構(gòu)成的列向量;k 為余項(xiàng)多項(xiàng)式行向量。若無(wú)重極點(diǎn)，MATLAB展開后的一般形式為：若存在q個(gè)重極點(diǎn)p（j)，則展開式將包括下列各式：4 實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1） 求下式的部分分式展開解：>> num=1 11 39 52 26; den=1 10 35 50 24；> r，p，k=residue（num,den）r = 1.0000 2。5000 3。0000 0。5000p = -4。0000 3。0000 2.0000 1.0000k = 1所以展開式為:函數(shù)residue也可用于將部分分式合并，其句法為num,den=residue(r，p,k) r=1 2 3 4;p=1 2 -3 4;k=0k = 0 num，den=res