MATLAB控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

清華大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院課程：控制系統(tǒng)仿真 專業(yè)自動(dòng)化班級(jí)122姓名學(xué)號(hào) 時(shí)間：2015年10月19日—10月28日實(shí)驗(yàn)一MATLAB環(huán)境的熟悉與基本運(yùn)算 1TLAB 實(shí)驗(yàn)五控制系統(tǒng)的頻域與時(shí)域分析 17 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：計(jì)算中心三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、新建一個(gè)文件夾(自己的名字命名，在機(jī)器的最后一個(gè)盤符)存，關(guān)閉對(duì)話框4、學(xué)習(xí)使用help命令，例如在命令窗口輸入helpeye，然后根據(jù)幫助說(shuō)明，學(xué)習(xí)使用指令eye(其它不會(huì)用的指令，依照此方法類推)變化結(jié)果。6、初步程序的編寫練習(xí)，新建M-file，保存(自己設(shè)定文件名，例如exerc1、exerc2、exerc3……)，學(xué)習(xí)使用MATLAB的基本運(yùn)算符、數(shù)組尋訪指令、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)組生成函數(shù)和數(shù)組操作函數(shù)。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(jié)果 (2)學(xué)習(xí)使用clc、clear，了解其功能和作用 (3)輸入一個(gè)2維數(shù)值數(shù)組，體會(huì)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的作用(空格和逗號(hào)的作用)。 (4)一維數(shù)組的創(chuàng)建和尋訪，創(chuàng)建一個(gè)一維數(shù)組(1×8)X，查詢X數(shù)組的第2個(gè)元 (5)二維數(shù)組的創(chuàng)建和尋訪，創(chuàng)建一個(gè)二維數(shù)組(4×8)A，查詢數(shù)組A第2行、第3列的元素，查詢數(shù)組A第2行的所有元素，查詢數(shù)組A第6列的所有元素， 所有由2個(gè)數(shù)組參與的合法的數(shù)組運(yùn)算和矩陣指令 (7)學(xué)習(xí)使用表8列的常用函數(shù)(通過help方法) (8)學(xué)習(xí)使用表9數(shù)組操作函數(shù) (9)學(xué)習(xí)字符串的創(chuàng)建，a='Thisisanexample.'串?dāng)?shù)組的大小size(a)串?dāng)?shù)組的元素標(biāo)識(shí)a14=a(1:4)ra=a(end:-1:1)對(duì)字符串ASCLL碼的數(shù)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(hào)對(duì)象與函數(shù)命令sym()、syms()與class()的熟悉和運(yùn)用。有符號(hào)表達(dá)式：試計(jì)算ee=?與e\e=?1212四、實(shí)驗(yàn)操作過程(實(shí)驗(yàn)說(shuō)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(hào)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(hào)對(duì)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(dá)式的各種運(yùn)算了解了*與.*、/與\、^與.^等區(qū)別以及絕對(duì)值、開方e的階乘、正弦、正切的運(yùn)算的符號(hào)。3.讓我明白了MATLAB的實(shí)用性。nn實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：黃島老校區(qū)計(jì)算中心二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握各種編程語(yǔ)句語(yǔ)法規(guī)則及程序設(shè)計(jì)方法3、函數(shù)文件的編寫和設(shè)計(jì)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：2、用for循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)求1~100的和3、用for循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)編寫一個(gè)求n階乘的函數(shù)文件思考題ini+1i=15、(1)編寫求解一維數(shù)組平均值的函數(shù)文件。 (2)編寫求解二維數(shù)組平均值的函數(shù)文件。四、實(shí)驗(yàn)操作過程(實(shí)驗(yàn)說(shuō)明)1．用for循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)求1~100的和，函數(shù)名為theSec().程序：fori=1:100nnfprintf('%d\n',a)執(zhí)行結(jié)果：2．用for循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)編寫一個(gè)求n階乘的函數(shù)文件，函數(shù)名為jiex(x).程序：functionjiex(x)fori=1:xa=a*i;fprintf('%d\n',a)執(zhí)行結(jié)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(jié)果：ans=4.編寫求解任意數(shù)組平均值的函數(shù)文件，函數(shù)名為avg(f).程序：functiony=avg(f)[m,n]=size(f);forj=1:nsum=sum+f(i,j);執(zhí)行結(jié)果：>>a=[1,2,3,4;5,6,7,8]%定義一個(gè)數(shù)組a=15263748ans=91.編程語(yǔ)句：循環(huán)語(yǔ)句有for循環(huán)和while循環(huán)，我習(xí)慣使用for循環(huán)，使用格式如下：for循環(huán)變量=表達(dá)式1(初值)：表達(dá)式2(增量)：表達(dá)式3(終值)循環(huán)語(yǔ)句組條件判斷語(yǔ)句if語(yǔ)句格式為：if表達(dá)式執(zhí)行語(yǔ)句實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：黃島老校區(qū)計(jì)算中心二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簂ot三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)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(diào)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(yīng)，綜合演示圖形標(biāo)識(shí)。本例比較綜合，涉及的指令較廣。請(qǐng)耐心讀、實(shí)際做、再看例后說(shuō)明，定會(huì)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(shí)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(shí)間ts9.61336.283212.566418.8496t?t四、實(shí)驗(yàn)操作過程(實(shí)驗(yàn)說(shuō)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(jié)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(jié)果：(圖3-2)圖3-23.通過繪制二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)，綜合演示圖形標(biāo)識(shí)：>>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(shí)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(jié)果：(圖3-3)圖3-3修改圖形界面，并添加圖形的各種標(biāo)注。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：黃島老校區(qū)計(jì)算中心二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模好牒笤跀_動(dòng)信號(hào)點(diǎn)輸入單位階躍響應(yīng)信號(hào)。并繪制相應(yīng)的響應(yīng)曲線(2)計(jì)算仿真結(jié)果的超調(diào)量、上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差。上升時(shí)間0.3s，調(diào)節(jié)時(shí)間0.4s的要求。(4)要求對(duì)加入的PID控制器封裝成一個(gè)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(shè)置參數(shù)封裝步驟4修改和設(shè)計(jì)模塊圖標(biāo)四、實(shí)驗(yàn)操作過程(實(shí)驗(yàn)說(shuō)明)1.畫出雙環(huán)調(diào)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(yīng)的響應(yīng)曲線：(圖4-2)圖4-2彈出SIMULINK圖形庫(kù)瀏覽器(SIMULINKLIBRARYBREWSER)界面，也可以選擇通過這些接口可以調(diào)整仿真運(yùn)行時(shí)間，仿真模式等，可以查看仿真運(yùn)行進(jìn)度等信息。3)構(gòu)建SIMULINK框圖：用鼠標(biāo)將模塊庫(kù)中的所需的模塊拖至系統(tǒng)模型中，然后添加4)運(yùn)行：點(diǎn)擊仿真模型編譯器界面中的運(yùn)行按鈕，系統(tǒng)會(huì)在輸入信號(hào)的作用下輸出，間信號(hào)送至工作區(qū)。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：黃島老校區(qū)計(jì)算中心二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模何湛刂葡到y(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基本描述方法和相互轉(zhuǎn)化三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：表示下列傳遞函數(shù)模型,并轉(zhuǎn)化成其他的數(shù)學(xué)模型4s-22、一個(gè)單位負(fù)反饋開環(huán)傳遞函數(shù)為試?yán)L出系統(tǒng)閉環(huán)的根軌跡圖；并在跟軌跡圖上任選一點(diǎn)，試計(jì)算該點(diǎn)的增益k及其所有極點(diǎn)的位置四、實(shí)驗(yàn)操作過程(實(shí)驗(yàn)說(shuō)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(shù)tf(num,den)建立傳遞函數(shù)模型，通過zpk(z,p,k)建立零極點(diǎn)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(),