自動控制原理實驗報告

自動控制原理實驗報告姓名 學(xué)號時間 地點實驗樓B院系 專業(yè)實驗一 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模實驗二 控制系統(tǒng)的時域分析實驗三 控制系統(tǒng)的頻域分析《自動控制原理》實驗報告實驗一 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模一、實驗?zāi)康暮腿蝿?wù)1、學(xué)會使用 MATLAB的命令；2、掌握MATLAB有關(guān)傳遞函數(shù)求取及其零、極點計算的函數(shù)。3、掌握用MATLAB求取系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型二、實驗儀器、設(shè)備及材料1、計算機2、MATLAB軟件三、實驗原理1、MATLAB軟件的使用2、使用MATLAB軟件在計算機上求取系統(tǒng)的傳遞函數(shù)四、實驗內(nèi)容1、特征多項式的建立與特征根的求取在命令窗口依次運行下面命令，并記錄各命令運行后結(jié)果>>p=[1,3,0,4];p=1 3 0 4>>r=roots(p)r=-3.3553+0.0000i0.1777+1.0773i0.1777-1.0773i>>p=poly(r)p=1.0000 3.0000 -0.0000 4.00002、求單位反饋系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：在命令窗口依次運行下面命令，并記錄各命令運行后結(jié)果>>numg=[1];deng=[500,0,0];>>numc=[1,1];denc=[1,2];>>[num1,den1]=series(numg,deng,numc,denc);>>[num,den]=cloop(num1,den1,-1)num=0 0 1 11《自動控制原理》實驗報告den=500 1000 1 1>>printsys(num,den)num/den=s+1---------------------------500s^3+1000s^2+ s+13、傳遞函數(shù)零、極點的求取在命令窗口依次運行下面命令，并記錄各命令運行后結(jié)果>>num1=[6,0,1];den1=[1,3,3,1];>>z=roots(num1);>>p=roots(den1);>>n1=[1,1];n2=[1,2];d1=[1,2*i];d2=[1,-2*i];d3=[1,3];>>num2=conv(n1,n2)num2=1 3 2>>den2=conv(d1,conv(d2,d3))den2=1 3 4 12>>printsys(num2,den2)s^2+3s+2----------------------s^3+3s^2+4s+12>>num=conv(num1,den2);den=conv(den1,num2);>>printsys(num,den)6s^5+18s^4+25s^3+75s^2+4s+12-------------------------------------------s^5+6s^4+14s^3+16s^2+9s+2>>pzmap(num,den),title( 極點－‘零點圖’)2《自動控制原理》實驗報告4、求反饋聯(lián)接系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：在命令窗口依次運行下面命令，并記錄各命令運行后結(jié)果>>numg=[1];deng=[500,0,0];>>numh=[1,1];denh=[1,2];>>[num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh)num=0 0 1 2den=500100011>>printsys(num,den)s+2---------------------------500s^3+1000s^2+s+15、自行利用 MATLAB 命令求取以下系統(tǒng)傳遞函數(shù)，并記錄下結(jié)果。X(s)102Y(s)s1s(s1)s 2(s 3)5s3s2 6s 8《自動控制原理》實驗報告g1=tf(2,[1,1,0]);g2=tf([1,2],[1,3]);gg1=feedback(g1,g2,+1);g3=tf(10,[1,1]);gg2=series(gg1,g3);g4=tf([5,0],[1,6,8]);sys=feedback(gg2,g4)sys=20s^3+180s^2+520s+480-----------------------------------------------------s^6+11s^5+43s^4+67s^3+118s^2+252s-32Continuous-timetransferfunction.五、思考題1、實驗內(nèi)容中的第 5項系統(tǒng)的反饋是什么反饋？有正反饋和負反饋。2、閉環(huán)系統(tǒng)的零、極點個數(shù)相等嗎？各為多少？不等。>>pzmap(sys)4《自動控制原理》實驗報告[p,z]=pzmap(sys)p=-4.4999+1.9707i-4.4999-1.9707i-2.9863+0.0000i0.4332+1.8760i0.4332-1.8760i0.1198+0.0000iz=-4.0000-3.0000-2.0000實驗二 控制系統(tǒng)的時域分析一、實驗?zāi)康暮腿蝿?wù)1、掌握用MATLAB對系統(tǒng)進行時間響應(yīng)分析；5《自動控制原理》實驗報告2、掌握一階慣性系統(tǒng)以及二階系統(tǒng)的時間響應(yīng)特征以及系統(tǒng)性能與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系。二、實驗儀器、設(shè)備及材料1、計算機2、MATLAB 軟件三、實驗原理1、利用計算機對控制系統(tǒng)進行時域分析。2、使用MATLAB軟件在計算機上對一、二階系統(tǒng)進行時域分析。使用MATLAB求一階慣性系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。系統(tǒng)傳遞函數(shù)如下：10G(s)0.5s 1在命令窗口依次運行下面命令，并記錄各命令運行后結(jié)果>>t=[0:.5:5];>>y=1-exp(-2*t);>>plot(t,y, ’r’);>>axis([0501.1]);>>set(gca, ’ytick ’,0:.1:1.1);>>title( ‘y(t)=1-exp(-2t) ’);>>xlabel('t');>>ylabel('y(t)');>>grid若系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：10G(s)s 1自行編制在命令窗口運行命令，求其單位階躍響應(yīng)，并與上面的結(jié)果進行比較，把結(jié)論寫入實驗報告。6《自動控制原理》實驗報告y=1-exp(-1*t);plot(t,y,'r');axis([0501.1]);set(gca,'ytick',0:.1:1.1);title('y(t)=1-exp(-2t)');xlabel('t');ylabel('y(t)')title('y(t)=1-exp(-1t)');grid比較結(jié)果，可得結(jié)論：T值的大小反映系統(tǒng)的慣性。T值小，慣性就小，響應(yīng)速度快；T值大，響應(yīng)速度慢。2.使用MATLAB求二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。系統(tǒng)傳遞函數(shù)如下：2G(s)n2（其中：n0.4從0變化到2）22nssn在命令窗口如下運行命令，，并記錄各命令運行后結(jié)果。symssfor zeta=[0:0.2:0.8,1:0.5:2]wn=0.4;wn=sym(num2str(wn));zet=sym(num2str(zeta));if zeta==0figure(1)ezplot(ilaplace(wn^2/s/(s^2+wn^2)),[080]);grid ontitle( '\xi=0' )elseif zeta==17《自動控制原理》實驗報告igure(2)ezplot(ilaplace(wn^2/s/(s+wn)^2),[080]);hold on;elsefigure(2)ezplot(ilaplace(wn^2/s/(s^2+2*zet*wn*s+wn^2)),[080]);hold on;endendgridon;title('xi:0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.5,2.0')axis([08001.8])gtext('0.4')gtext('1.0')gtext('2.0')8《自動控制原理》實驗報告比較不同 值系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，有何結(jié)論？當(dāng)t→∞時,振蕩越來越小都趨向于 1。四、思考題1、一階系統(tǒng)的時間常數(shù) T對系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響。一階系統(tǒng)的時間常數(shù) T越大，系統(tǒng)階躍響應(yīng)越慢。2、二階系統(tǒng)阻尼比對系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響。二階系統(tǒng)阻尼比越大，系統(tǒng)階躍響應(yīng)越慢。實驗三 控制系統(tǒng)的頻域分析一、實驗?zāi)康暮腿蝿?wù)1、利用MATLAB 畫一階和二階控制系統(tǒng)的伯德圖9《自動控制原理》實驗報告2、利用MATLAB 計算所給系統(tǒng)的相角裕量和幅值裕量二、實驗儀器、設(shè)備及材料0、計算機1、MATLAB 軟件三、實驗原理0、利用計算機對控制系統(tǒng)進行頻域分析。1、使用MATLAB軟件在計算機對系統(tǒng)進行頻域分析。四、實驗步驟1、 使用MATLAB 畫一階慣性系統(tǒng)的伯德圖。傳遞函數(shù)如下：G(s)

14s 1>>num=1; C(s)den=[41];g=tf(num,den);bode(g,'r')2、 使用MATLAB 畫二階系統(tǒng)的伯德圖。傳遞函數(shù)如下：2G(s)n22ns2sn其中：n0.80.1,0.5,1,1.5,210《自動控制原理》實驗報告w=[0,logspace(-2,2,200)];wn=0.8;>>for zeta=[0.10.511.52];G=tf([wn*wn],[wn^22*zeta*wnwn*wn]);bode(G,w);holdon;End3、 使用MATLAB 畫如下系統(tǒng)的伯德圖并計算出系統(tǒng)的相角裕量和幅值裕量。系統(tǒng)傳遞函數(shù)如下：500(0.0167s 1G(s)s(0.05s 1)(0.0025s 1)(0.001s 1)num=500*[0.01671];den1=conv([10],[0.051]);den2=conv([0.00251],[0.0011]);den=conv(den1,den2);Go=tf(num,den);w=logspace(0,4,50);bode(Go,w)11《自動控制原理》實驗報告margin(Go)>>[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(Go)Gm=7.196812《自動控制原理》實驗報告Pm=45.5298Wcg=586.6697Wcp=161.