自动控制原理实验报告MATHLAB建模.doc

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1、自动控制原理实验报告学 院： 机电工程学院 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 实验一：在MATLAB中创建系统模型一、实验目的： 1熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。2通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。二、实验过程：1.传递函数模型的建立1）多项式形式的传递函数课本例2.23上机操作过程如下：课本P62，习题2-3上机操作过程如下：2）零、极点形式的传递函数 课本例2.24上机操作过程如下： 3）分子、分母为因式乘积形式的传递函数 课本例2.25上机操作过程如下： 2.Simulink建模课本例题上

2、机操作如下：设单位反馈系统的开环传递函数为： 将其转换成Simulink框图，输入为阶跃信号，它的Simulink框图如下所示： 比例环节和的SIMULINK图形建模操作如下； 比例环节的SIMULINK图形如下图所示： 比例环节的SIMULINK图形3.课后练习 用matlab求下列函数的拉氏变换（习题2-1），上机操作过程如图所示：实验二：在MATLAB中算特征根及绘制根轨迹图一、实验目的： 1掌握MATLAB下的根轨迹绘制方法；2学会利用根轨迹进行系统分析。二、实验过程：1）例3-21 试利用MATLAB函数求例3.1中k=2.k=20时系统的特征根，并分别判定稳定性。 上机操作过程如下

3、： num=2;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.25 1);g=tf(num,den);sys=feedback(g,1); pzmap(sys)p=pole(sys)p = -11.0314 -1.4843 + 2.2470i -1.4843 - 2.2470i2）例3-22 二阶系统如图3.13所示，设Wn=1,试研究系统的单位阶跃响应与参数的关系。 上机操作过程如下： w=1; num=w2; figure(1); hold on; for x=0.2:0.1:1.2den=1 2 * x * w w2;sys=tf(num,den);step(sys)endgrid

4、 on3）开环传递函数绘制其闭环根轨迹。上机输入程序如下： z=;p=0,-1,-2;k=1;sys=zpk(z,p,k);rlocus(sys)运行结果：4）例4-20 利用MATLAB程序绘制例4-11的广义根轨迹上机输入程序如下:num=1;den=1 2 0;g=tf(num,den);rlocus(g);hold onfor k1=0.1:0.2:3 num=1; den=1 2 k1 0; sys=tf(num,den); rlocus(sys)end运行结果如下:5）习题4-1 设单位反馈系统的开环传递函数为 ，试用解析法绘制增益K从0变化时的闭环根轨迹，用MATLAB绘制出。上

5、机输入程序如下;num=1;den=conv(1 0,1 10);rlocus(num,den)运行结果如下： 实验三：控制系统的频域分析法一、实验目的： 1掌握用MATLAB语句绘制各种频域曲线。2掌握控制系统的频域分析方法。二、实验过程：1）例题1.系统的开环传递函数为绘制Bode图、Nyquist曲线和Nichols曲线的MATLAB程序如下：num=10;den=conv(2 1,conv(1 1,0.1 1);gh=tf(num,den);figure(1)bode(gh)gridfigure(2)nyquist(gh)figure(3)nichols(gh)Ngrid执行后的Bod

6、e图、Nyquist曲线和Nichols曲线为：2）典型二阶系统绘制出，0.3，0.5，0.8，2的bode图，记录并分析对系统bode图的影响。num =0 0 36; den1=1 1.2 36; den2=1 3.6 36;den3=1 6.0 36; den4=1 9.6 36; den5=1 24 36;w=logspace(-2,3,100);bode(num,den1,w);gridtext (4.2,-15,=0.1)hold bode(num,den2,w);text (2.5,-22,=0.3)bode(num,den3,w); text (13.5,-150,=0.5)b

7、ode(num,den4,w); text (24,-157,=0.8)bode(num,den5,w); text (1.4,-45,=2.0)实验四：控制系统的设计一、实验目的： 1掌握用MATLAB语句绘制各种频域曲线。2掌握控制系统的校正设计方法。二、实验过程：1）试利用MATLAB命令完成例6.9的控制系统设计。，设k=100。MATLAB的程序如下：k=100;num=k;den=conv(1 0,0.1 1);Gp=tf(num,den);h0,r0,wg0,wc0=margin(Gp);wm=40;L=bode(Gp,wm);Lwc=20*log10(L);a=10(-0.1*

8、Lwc);T=1/(wm*sqrt(a);phi=asin(a-1)/(a+1);Gc=(1/a)*tf(a*T 1,T 1);Gc=a*Gc;G=series(Gc,Gp);bode(G,Gp,-)gridh,r,wg,wc=margin(G)执行的结果如下：第一次校正得到的Bode图2） 试用MATLAB命令完成例6.1的控制系统设计。设单位反馈系统的开环传递函数为。程序如下：num=1;den=conv(1 0,conv(1 1,1 5);sys=tf(num,den);rlocus(sys)num=4.17den=conv(1 0,conv(1 1,1 5);sys=tf(num,den);sys1=feedback(sys,1);figurestep(sys1)执行结果如下： 校正前系统的根轨迹 校正前系统的阶跃响应1. 选取校正装置的极点，于是矫正装置的零点为，故滞后校正装置的传递函数为:程序如下：num=0.1*1 0.1;den=conv(conv(1 0,1 0.01),conv(1 1,1 5);sys=tf(num,den);rlocus(sys)num1=4.17*1 0.01;sys1=tf(num1,den);sys2=feedback(sys1,1);figurestep(sys2) 执行结果如下：