機(jī)械工程控制基礎(chǔ)仿真實驗

1、河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程控制基礎(chǔ)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)主講教師：張業(yè)明QQ:403597998Tel: 158 3890 (zym123)河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械工程控制基礎(chǔ)機(jī)械工程控制基礎(chǔ)仿真實驗仿真實驗實驗實驗1、控制系統(tǒng)的時域分析、控制系統(tǒng)的時域分析實驗實驗2、控制系統(tǒng)的頻域分析和穩(wěn)定性分析、控制系統(tǒng)的頻域分析和穩(wěn)定性分析拓展實驗：基于拓展實驗：基于Simulink的控制系統(tǒng)建模與仿真的控制系統(tǒng)建模與仿真河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院一、實驗要求一、實驗要求l學(xué)會用學(xué)會用Matlab進(jìn)行控制系統(tǒng)的時域分析進(jìn)行控制系統(tǒng)的時域分析二、實驗?zāi)康亩?、實驗?zāi)康膌1掌握控制系統(tǒng)的時域分析方法

2、。掌握控制系統(tǒng)的時域分析方法。三、實驗裝置：三、實驗裝置：Matlab軟件。軟件。實驗實驗1、控制系統(tǒng)的時域分析、控制系統(tǒng)的時域分析河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院clear allnum=3,2,5,4,6;den=1,3,4,2,7,2;sys=tf(num,den);step(num,den)z,p,k = tf2zp(num,den)pzmap(sys)%p=pole(sys)%z=zero(sys)%p,z=pzmap(sys)p=roots(den);河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院clear allwn=6;kosi=0.1,0.2,0.707,1.0,2.0;hold onfor

3、kos=kosinum=wn.2;den=1,2*kos*wn,wn.2;step(num,den)%impulse(num,den)end河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院G1=tf(1 2 4,1 10 5 4);G2=tf(3 2,2 7 2);impulse(G1,ro,G2,b*)河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院250( )0.05(1 50 )50G sssP115和p99頁的例3，第三章 例 已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：求系統(tǒng)在時間常數(shù)不同取值時的單位脈沖響應(yīng)、單位階躍響應(yīng)和任意輸入響應(yīng)。河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院%program 1 clear all;t=0:0.01:0.8;%nG=50;tao=0;dG=0.

4、05 1+50*tao 50;G1=tf(nG,dG);tao=0.0125;dG=0.05 1+50*tao 50;G2=tf(nG,dG);tao=0.025;dG=0.05 1+50*tao 50;G3=tf(nG,dG)%y1,T=impulse(G1,t);y1a,T=step(G1,t);y2,T=impulse(G2,t);y2a,T=step(G2,t);y3,T=impulse(G3,t);y3a,T=step(G3,t);%subplot(121),plot(T,y1,-,T,y2,-.,T,y3,-)legend(tao=0,tao=0.0125,tao=0.025)xl

5、abel(t(sec),ylabel(x(t);grid on;subplot(122),plot(T,y1a,-,T,y2a,-.,T,y3a,-)legend(tao=0,tao=0.0125,tao=0.025)grid on;xlabel(t(sec),ylabel(x(t);系統(tǒng)在時間常數(shù)不同取值時的單位脈沖響應(yīng)、單位階躍響應(yīng)河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院%program 2clear all;t=0:0.01:1;u=sin(2*pi.*t);%tao=0.025;nG=50;dG=0.05 1+50*tao 50;G=tf(nG,dG);%y=lsim(G,u,t);%

6、plot(t,u,-.,t,y,-,t,u-y,-.,linewidth,1)legend(u(t),xo(t),e(t)grid;xlabel(t(sec),ylabel(x(t);求任意輸入函數(shù) 如sin()下的該系統(tǒng)響應(yīng)曲線和誤差曲線河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院50(0.051)ss 1sXi（s）Xo（s）課本p99，求該隨動系統(tǒng)的時間響應(yīng)瞬態(tài)性能指標(biāo)（上升時間、峰值時間、調(diào)整時間、超調(diào)量）250( )0.05(1 50 )50G sss則系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 close all; % t=0:0.001:1; % yss=1;dta=0.02; % n

7、G=50; tao=0;dG=0.05 1+50*tao 50;G1=tf(nG,dG); tao=0.0125;dG=0.05 1+50*tao 50;G2=tf(nG,dG); tao=0.025;dG=0.05 1+50*tao 50;G3=tf(nG,dG); y1 T=step(G1,t); y2 T=step(G2,t); y3 T=step(G3,t); % plot(T,y1,-,T,y2,-.,T,y3,-) legend(tao=0,tao=0.0125,tao=0.025) grid on;xlabel(t(sec),ylabel(x(t);河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 r=1;

8、while y1(r)1-dta & y1(s)1+dta;s=s-1;end ts1=(s-1)*0.001; % r=1;while y2(r)1-dta &y3(s)1+dta;s=s-1;end ts2=(s-1)*0.001; % r=1;while y3(r)1-dta & y3(s)1+dta;s=s-1;end ts3=(s-1)*0.001; % tr1 tp1 mp1 ts1;tr2 tp2 mp2 ts2;tr3 tp3 mp3 ts3 河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院結(jié)果ans = 0.0640 0.1050 0.3509 0.3530 0.0780 0.1160 0.1523 0

9、.2500 0.1070 0.1410 0.0415 0.1880上升時間峰值時間最大超調(diào)量調(diào)整時間河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院一、實驗要求一、實驗要求l學(xué)會用學(xué)會用Matlab進(jìn)行控制系統(tǒng)的頻域分析和穩(wěn)定進(jìn)行控制系統(tǒng)的頻域分析和穩(wěn)定性分析性分析二、實驗?zāi)康亩?、實驗?zāi)康膌1掌握控制系統(tǒng)的頻域分析方法和穩(wěn)定性分析掌握控制系統(tǒng)的頻域分析方法和穩(wěn)定性分析方法。方法。三、實驗裝置：三、實驗裝置：Matlab軟件。軟件。實驗實驗2、控制系統(tǒng)的頻域分析和穩(wěn)定性分析、控制系統(tǒng)的頻域分析和穩(wěn)定性分析河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院clear allnum=8 0.8;d

10、en=1 5 20 19 15 0;sys=tf(num,den);S=allmargin(sys);S.GainMargin 20 * log10(S.GainMargin) S.GMFrequency S.PhaseMargin S.PMFrequency 河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院clear allnum=2 5 1;den=1 2 3;G=tf(num,den);nyquist(G)%bode(G)河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院clf %Clear current figure windowtt=Sco

11、peData.time; %time data to tt;xx=ScopeData.signals.values; %values to xx;plot(tt,xx,r,linewidth,2)xlabel(t),ylabel(c(t) 河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院數(shù)控直線運(yùn)動工作臺位置控制系統(tǒng)課本118頁求Kb=5,10,40時，系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線和系統(tǒng)的單位階躍干擾響應(yīng)曲線。110sbKXi(s)Xo(s)101s2E(s)Ua(s)ML(s)(s)(s)B(s)M(s)220( )( )1( )1020bibKG sG sG sssK2011( )*10* *210(10)bbKG sKs

12、ss s( ) 1H s 112( )* *210(10)G ssss s( ) 10bH sK2( )2( )1( )( )1020ibG sG sG s H sssK河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 close all; % t=0:0.001:1; % yss=1;dta=0.02; % kb=5; nG=20*kb;dG=1 10,20*kb;G1=tf(nG,dG); kb=10; nG=20*kb;dG=1 10,20*kb;G2=tf(nG,dG); kb=40; nG=20*kb;dG=1 10,20*kb;G3=tf(nG,dG); y1 T=step(G1,t); y2 T=step(

13、G2,t); y3 T=step(G3,t); % subplot(121);plot(T,y1,-,T,y2,-.,T,y3,-) legend(kb=5,kb=10,kb=40) grid on;xlabel(t(sec),ylabel(xo(t); % kb=5; nG=2;dG=1 10,20*kb;G4=tf(nG,dG); kb=10; nG=2;dG=1 10,20*kb;G5=tf(nG,dG); kb=40; nG=2;dG=1 10,20*kb;G6=tf(nG,dG); y4 T=step(G4,t); y5 T=step(G5,t); y6 T=step(G6,t);

14、% subplot(122);plot(T,-y4,-,T,-y5,-.,T,-y6,-) legend(kb=5,kb=10,kb=40) grid on;xlabel(t(sec),ylabel(xoN(t);河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院 r=1;while y1(r)1-dta & y1(s)1+dta;s=s-1;end ts1=(s-1)*0.001; % r=1;while y2(r)1-dta &y3(s)1+dta;s=s-1;end ts2=(s-1)*0.001; % r=1;while y3(r)1-dta & y3(s)1+dta;s=s-1;end ts3=(s-1)*0.0

15、01; %輸出時間響應(yīng)和單位階躍干擾響應(yīng)最大值 tr1 tp1 mp1 ts1;tr2 tp2 mp2 ts2;tr3 tp3 mp3 ts3 min(-y4) min(-y5) min(-y6)河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院ans = 0.2420 0.3630 0.1630 0.8070 0.1470 0.2370 0.3050 0.6110 0.0630 0.1130 0.5688 0.7120ans = -0.0233 -0.0131 -0.0039河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院課本193頁 穩(wěn)定性分析bKXi(s)Xo(s)20000.2200s1s2E(s)Ua(s)ML(s)(s)(s)B(s)M(s)20.22000.22002000sss系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為24000( )(0.22002000)bKKGssss河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院clear allclfkb