线性系统的频域分析MATLAB实验.doc

武汉工程大学实验报告专业 班号 组别 指导教师 陈艳菲 姓名 同组者 实验名称 线性系统的频域分析 实验日期 第 次实验一、 实验目的二、 实验内容三、 实验结果及分析四、 实验心得与体会一、实验目的1熟练掌握用MATLAB语句绘制频域曲线。2掌握控制系统频域范围内的分析校正方法。3掌握用频率特性法进行串联校正设计的思路和步骤。二，实验内容。1 某单位负反馈控制系统的开环传递函数为，试设计一超前校正装置，使 校正后系统的静态速度误差系数，相位裕量，增益裕量绘制伯德图程序，以及计算穿越频率，相位裕量ans =相位 Inf 9.0406 频率 Inf 3.1425 e=5; r=50; r0=9; gm1,pm1,wcg1,wcp1=margin(num0,den0); phic=(r-r0+e)*pi/180; gm1,pm1,wcg1,wcp1=margin(num0,den0); alpha=(1+sin(phic)/(1-sin(phic)gm1,pm1,wcg1,wcp1=margin(num0,den0);alpha =6.1261 gm1,pm1,wcg1,wcp1=margin(num0,den0);gm1,pm1,wcg1,wcp1num0=20; den0=2,1,0; w=0.1:1000;margin(num0,den0) grid;原系统的伯德图：num/den = 1.2347 s + 1 - 0.20154 s + 1校正之后的系统开环传递函数为: num/den = 6.1734 s + 5 - 0.20154 s4 + 1.6046 s3 + 3.4031 s2 + 2 salpha =6.1261;il,ii=min(abs(mag1-1/sqrt(alpha);wc=w( ii); T=1/(wc*sqrt(alpha);numc=alpha*T,1; denc=T,1;num,den=series(num0,den0,numc,denc); gm,pm,wcg,wcp=margin(num,den); printsys(numc,denc) disp(:);printsys(num,den) mag2,phase2=bode(numc,denc,w); mag,phase=bode(num,den,w); subplot(2,1,1);semilogx(w,20*log10(mag),w,20*log10(mag1),-,w,20*log10(mag2),-.);grid; ylabel(db); title(-Go,-Gc,GoGc);subplot(2,1,2); semilogx(w,phase,w,phase1,-,w,phase2,-,w,(w-180-w),:);grid; ylabel(0); xlabel(rad/sec);title(=,num2str(20*log10(gm1),db,=,num2str(pm1),0;=,num2str(20*log10(gm),db,=,num2str(pm),0);矫正后系统的伯德图矫正之前系统单位阶跃响应矫正之后系统的单位阶跃响应：比较矫正前后系统的响应情况：可以看出超前矫正使系统的调节时间变短，响应更加迅速，但是超调量偏大，对改善系统的动态性能起到了巨大的作用。2 某单位负反馈控制系统的开环传递函数为，试设计一个合适的滞后校正网络，使系统阶跃响应的稳态误差约为0.04，相角裕量约为。原系统的伯德图：ans = 0.3200 -30.0045 1.7322 2.7477num0=25; den0=conv(1,1,conv(1,1,1,1); w=logspace(-1,1.2);gm1,pm1,wcg1,wcp1=margin(num0,den0);mag1,phase1=bode(num0,den0,w);gm1,pm1,wcg1,wcp1margin(num0,den0) grid;由此可以看出，相位裕量小于0，系统不稳定。num0=25; den0=conv(1,0,conv(1,0,1,0); w=logspace(-1,1.2);gm1,pm1,wcg1,wcp1=margin(num0,den0);mag1,phase1=bode(num0,den0,w);gm1,pm1,wcg1,wcp1margin(num0,den0) grid;e=10; r=45; r0=pm1;phi=(-180+r+e);il,ii=min(abs(phase1-phi);wc=w( ii); beit=mag1(ii); T=10/wc; numc= T,1; denc= beit*T,1;num,den=series(num0,den0,numc,denc);gm,pm,wcg,wcp=margin(num,den);printsys(numc,denc) disp(:printsys(num,den) mag2,phase2=bode(numc,denc,w);mag,phase=bode(num,den,w); subplot(2,1,1);semilogx(w,20*log10(mag),w,20*log10(mag1),-,w,20*log10(mag2),-.);grid; ylabel(db); title(-Go,-Gc,GoGc);subplot(2,1,2); semilogx(w,phase,w,phase1,-,w,phase2,-,w,(w-180-w),:);grid; ylabel(0); xlabel(rad/sec);title(=,num2str(20*log10(gm1),db,=,num2str(pm1),0;=,num2str(20*log10(gm),db,=,num2str(pm),0);矫正后系的伯德图统矫正前系统的单位阶跃响应矫正后系统的单位阶跃响应由矫正前后系统的单位阶跃响应比较可以看出，系统进过矫正之后由不稳定变为稳定。3某单位负反馈控制系统的开环传递函数为，试设计一滞后-超前校正装置，使校正后系统的静态速度误差系数，相位裕量，增益裕量。原系统伯德图及程序：程序：num0=5; den0=conv(1,0,conv(1,1,1,2); w=logspace(-1,1.2);gm1,pm1,wcg1,wcp1=margin(num0,den0);mag1,phase1=bode(num0,den0,w);gm1,pm1,wcg1,wcp1margin(num0,den0) grid;ans = 1.2000 5.0239 1.4142 1.2885系统稳定裕量过小，临界稳定。矫正后系统伯德图矫正程序及结果：num/den = 14.9975 s2 + 9.1921 s + 1 - 14.9975 s2 + 70.9235 s + 1校正之后的系统开环传递函数为: num/den = 74.9877 s2 + 45.9604 s + 5 - 14.9975 s5 + 115.916 s4 + 243.7654 s3 + 144.8469 s2 + 2 swc=1.4142; beit=10; T2=10/wc; lw=20*log10(w/1.58)-9.12; il,ii=min(abs(lw+20); w1=w(ii);numc1=1/w1,1;denc1=1/ (beit*w1),1;numc2= T2,1;denc2= beit*T2,1;numc,denc=series(numc1,denc1,numc2,denc2);num,den=series(num0,den0,numc,denc);printsys(numc,denc) disp(:);printsys(num,den) mag2,phase2=bode(numc,denc,w); mag,phase=bode(num,den,w); gm,pm,wcg,wcp=margin(num,den); subplot(2,1,1);semilogx(w,20*log10(mag),w,20*log10(mag1),-,w,20*log10(mag2),-.);grid; ylabel(db); title(-Go,-Gc,GoGc);subplot(2,1,2); semilogx(w,phase,w,phase1,-,w,phase2,-,w,(w-180-w),:);grid; ylabel(0); xlabel(rad/sec);title(=,num2str(20*log10(gm),db,=,num2str(pm),0);矫正前系统的单位阶跃响应：矫正后的系统单位阶跃响应由