結(jié)合MATLAB的控制工程實(shí)驗(yàn)

機(jī)械控制工程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)機(jī)電技術(shù)實(shí)驗(yàn)室學(xué)號(hào)：2014010049姓名：潘禮延 班級(jí)：機(jī)械 1402日期：2016年10月8日精品文檔，供參考！實(shí)驗(yàn)一 系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)分析一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)的主要目的是通過(guò)試驗(yàn)，能夠使學(xué)生進(jìn)一步理解和掌握系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)分析的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)也了解頻率響應(yīng)的特點(diǎn)及系統(tǒng)穩(wěn)定性的充要條件。二、 實(shí)驗(yàn)要求學(xué)習(xí)有關(guān)MATLAB的相關(guān)內(nèi)容，要求學(xué)生用MATLAB軟件的相應(yīng)功能，編程實(shí)現(xiàn)一階、二階和三階系統(tǒng)在幾種典型輸入信號(hào)（包括單位脈沖信號(hào)、單位階躍信號(hào)、單位斜坡信號(hào)和正弦信號(hào)）作用下的響應(yīng)，記錄結(jié)果并進(jìn)行分析處理：對(duì)一階和二階系統(tǒng)，要求用試驗(yàn)結(jié)果來(lái)分析系統(tǒng)特征參數(shù)對(duì)系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的影響；對(duì)二階系統(tǒng)和三階系統(tǒng)的相同輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的響應(yīng)進(jìn)行比較，得出結(jié)論。1.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及其 MATLAB 表達(dá)（1）一階系統(tǒng)K傳遞函數(shù)為：G(s)Ts1傳遞函數(shù)的MATLAB 表達(dá)：num=[k]；den=[T,1]；G(s)=tf(num,den)（2）二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：G(s)wn22s22wnswn傳遞函數(shù)的MATLAB表達(dá)：num=[wn^2]；den=[1，2wn，wn^2]；G(s)=tf(num,den)2.各種時(shí)間輸入信號(hào)響應(yīng)的表達(dá)（1）單位脈沖信號(hào)響應(yīng)：impulse(sys,t)（2）單位階躍信號(hào)響應(yīng)：step(sys,t)（3）任意輸入信號(hào)響應(yīng)：lsim(sys,u,t)其中sys為建立的模型；t為仿真時(shí)間區(qū)段（可選）三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.讀懂以下代碼，編寫(xiě)一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線。clearall;t=0:0.01:7; %系統(tǒng)時(shí)間nG=1; %傳函分子系數(shù)tao=1;dG=[tao1];%傳函分母系數(shù)G=tf(nG,dG) %建立傳遞函數(shù)impulse(G,t); %繪制階躍輸入的曲線xlabel('時(shí)間');ylabel('幅值'); %給XY軸命名gridon; %打開(kāi)網(wǎng)格title('一階系統(tǒng)單位脈沖的響應(yīng)曲線 ');%給所繪圖像定義標(biāo)題精品文檔，供參考！2.讀懂以下代碼，編寫(xiě)二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線。clearall;t=[0:0.01:4];wn=7;kc=0.2; %定義二階系統(tǒng)參數(shù)nG=[wn^2];dG=[12*kc*wnwn^2];G=tf(nG,dG)impulse(G,t);xlabel('時(shí)間');ylabel('幅值');gridon;title('二階系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)曲線 ');精品文檔，供參考！3.讀懂以下代碼，編寫(xiě)二階系統(tǒng)加速度信號(hào)的響應(yīng)曲線。clearall;t=0:0.01:10;wn=7;kc=0.7;u=sin(0.5*pi*t);nG=wn^2;dG=[12*kc*wnwn^2];G=tf(nG,dG)lsim(G,u,t);xlabel('時(shí)間');ylabel('幅值');gridon;title('二階系統(tǒng)正弦響應(yīng)及響應(yīng)曲線 ');精品文檔，供參考！4.讀懂以下代碼，編寫(xiě)二階系統(tǒng)不同參數(shù)階躍響應(yīng)曲線（欠阻尼，臨界阻尼，過(guò)阻尼）。clearall;t=[0:0.001:7];wn=7;nG=[wn^2];kc=0.2;dG1=[12*kc*wnwn^2];G1=tf(nG,dG1)kc=0.5;dG2=[12*kc*wnwn^2];G2=tf(nG,dG2)kc=0.8;dG3=[12*kc*wnwn^2];G3=tf(nG,dG3)[y1,T]=step(G1,t);[y2,T]=step(G2,t);[y3,T]=step(G3,t);plot(T,y1,'--',T,y2,'-.',T,y3,'-');legend('kc=0.2','kc=0.5','kc=0.8');xlabel('時(shí)間');ylabel('幅值');gridon;title('二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線 (不同欠阻尼);精品文檔，供參考！5.運(yùn)行一下代碼，判斷所得各數(shù)值的含義。clearall;t=0:0.001:4;yss=1;dta=0.02;wn=7;nG=[wn^2];kc=0.2;dG1=[12*kc*wnwn^2];G1=tf(nG,dG1);kc=0.5;dG2=[12*kc*wnwn^2];G2=tf(nG,dG2);kc=0.8;dG3=[12*kc*wnwn^2];G3=tf(nG,dG3);y1=step(G1,t);y2=step(G2,t);y3=step(G3,t);%kc=0.2%求上升時(shí)間trr=1;whiley1(r)<yss;r=r+1;endtr1=(r-1)*0.001;%求峰值ymax和峰值時(shí)間tp[ymax,tp]=max(y1);tp1=(tp-1)*0.001;%求超調(diào)量mp精品文檔，供參考！mp1=(ymax-yss)/yss;%求調(diào)整時(shí)間tss=4001;whiley1(s)>1-dta&y1(s)<1+dta;s=s-1;endts1=(s-1)*0.001;%kc=0.5;r=1;whiley2(r)<yss;r=r+1;endtr2=(r-1)*0.001;[ymax,tp]=max(y2);tp2=(tp-1)*0.001;mp2=(ymax-yss)/yss;s=4001;whiley2(s)>1-dta&y3(s)<1+dta;s=s-1;endts2=(s-1)*0.001;%kc=0.8;r=1;whiley3(r)<yss;r=r+1;endtr3=(r-1)*0.001;[ymax,tp]=max(y3);tp3=(tp-1)*0.001;mp3=(ymax-yss)/yss;s=4001;whiley3(s)>1-dta&y3(s)<1+dta;s=s-1;endts3=(s-1)*0.001;%輸出數(shù)據(jù)[tr1tp1mp1ts1;tr2tp2mp2ts2;tr3tp3mp3ts3]精品文檔，供參考！精品文檔，供參考！實(shí)驗(yàn)二 系統(tǒng)頻域響應(yīng)分析一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋驹囼?yàn)的內(nèi)容對(duì)應(yīng)于教材的頻率特性分析和系統(tǒng)穩(wěn)定性分析相應(yīng)章節(jié)的重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)，要求學(xué)生在熟練掌握課程相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，完成本實(shí)驗(yàn)，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)頻率特性分析、幾何判據(jù)及相對(duì)穩(wěn)定性的學(xué)習(xí)效果。二、 實(shí)驗(yàn)要求系統(tǒng)頻率特性分析試驗(yàn)要求學(xué)生運(yùn)用 MATLAB 軟件的相關(guān)功能，編程實(shí)現(xiàn)幾種典型環(huán)節(jié)（要求改變環(huán)節(jié)的特征參數(shù)）的奈奎斯特圖和波德圖的繪制；用Bode函數(shù)求取系統(tǒng)的頻域特征量；用Matlab求取一高階系統(tǒng)的特征根并由此來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性和求取該系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。（1）學(xué)生能夠運(yùn)用Matlab軟件的相應(yīng)功能，編程實(shí)現(xiàn)典型環(huán)節(jié)以及指定系統(tǒng)的Nyquist圖、Bode圖的計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪制；（2）完成系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)求?。唬?）分析系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性等內(nèi)容；記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的分析。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析借鑒以下兩段代碼，分別編寫(xiě)程序繪制一階微分，慣性和二階震蕩環(huán)節(jié)乃氏圖和波德圖。程序一：clearall;num=1;den=[1,0];G=tf(num,den)[re,im]=nyquist(num,den);subplot(121);plot(re,im);gridon;title('積分環(huán)節(jié)奈奎斯圖')subplot(122),w=logspace(-2,3,100);bode(num,den,w);gridon;title('積分環(huán)節(jié)波德圖')精品文檔，供參考！精品文檔，供參考！精品文檔，供參考！精品文檔，供參考！程序二：clearall;num=[1,0];den=1;G=tf(num,den)[re,im]=nyquist(num,den);subplot(121);plot(re,im);gridon;title('積分環(huán)節(jié)奈奎斯特圖')subplot(122);w=logspace(-2,3,100);bode(num,den,w);gridon;title('積分環(huán)節(jié)伯德圖')編程求取系統(tǒng)的頻域性能指標(biāo)M、Wb、Mr、Wr。運(yùn)行以下程序，分析這兩個(gè)系統(tǒng)的幅值裕量和相角裕量的正負(fù)，判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。clearall;den=conv([15],[110]);K=10;num1=K;[mag1,phase1,w1]=bode(num1,den);[Gm1Pm1Wg1Wc1]=margin(mag1,phase1,w1);K=100;num2=K;[mag2,phase2,w2]=bode(num2,den);精品文檔，供參考！[Gm2Pm2Wg2Wc2]=margin(mag2,phase2,w2);[20*log10(Gm1)Pm1Wg1Wc1;