自动控制原理实验报告.doc

自动控制原理实验报告班级 学号 姓名 年 月 日8 概述：MATLAB是Math Works公司的软件产品，是一个高级的数值分析、处理和计算的软件，其强大的矩阵运算能力和完美的图形可视化功能，使得它成为国际控制界应用最广泛的首选计算机工具。MATLAB具有良好的的可扩展性，其函数大多数为ASCII文件，可以直接进行编辑、修改；其工具箱可以任意增加，任何人可以生成自己的MATLAB工具箱。因此，很多研究成果被直接做成MATLAB工具箱发表。SIMULINK是基于模型化图形的动态系统仿真软件，是MATLAB的一个工具箱，它使系统分析进入一个崭新的阶段，它不需要过多地了解数值问题，而是侧重于系统的建模、分析和设计。其良好的人机界面及周到的帮助功能使得它广为科技界和工程界采用。因此，本实验将尽可能把MATLAB和SIMULINK工具应用于控制系统的分析和计算中。实验一：用MATLAB进行部分分式展开1、实验目的： （1）对MATLAB进行初步的了解；（2）掌握应用MATLAB对高阶函数进行部分分式的展开。2、实验学时：2学时3、实验方法：MATLAB有一个命令用于求B（S）/A（S）的部分分式展开式。设S的有理分式为 F（S）=B（S）/A(S)=num/den=(b0Sn+b1Sn-1+bn)/(Sn+a1Sn-1+an)式中ai和bi的某些值可能是零。在MATLAB的行向量中，num和den分别表示F(S)分子和分母的系数，即 num=b0 b1 bn den=1 a1 an 命令 r,p,k=residue(num,den)MATLAB将按下式给出F（S）部分分式展开式中的留数、极点和余项：有：r(1)、r(2)r(n)是函数的留数；p(1)、p（2）、p(n)是函数的极点；K（s）是函数的余项。4、实验内容（1）试求下列函数的部分分式的展开式，写出程序语句和部分分式的结果程序语句：结果：（2）试求下列函数的部分分式的展开式，写出程序语句和部分分式的结果程序语句：结果实验二：时域特性的计算机辅助分析1、实验目的： （1）对MATLAB进行进一步的了解；（2）掌握应用MATLAB求解高阶系统的各种时域响应的求法；（3）掌握系统零极点的求法，从而判断系统的稳定性。2、实验学时：2学时3、实验方法： （1）impulse(num,den)，得到传递函数G(S)=num(S)/den(s)表示的脉冲响应曲线； （2）impulse(num,den,t)，得到传递函数G(S)=num(S)/den(s)表示的脉冲响应曲线，并可指定时间t（例如t=0:0.01:20）； （3）step(num,den)，得到以得到传递函数G(S)=num(S)/den(s)表示的阶跃响应曲线；（4）step(num,den,t)，得到以得到传递函数G(S)=num(S)/den(s)表示的阶跃响应曲线, 并可指定时间t；(5) lsim(num,den,u,t)计算连续系统的任意输入响应, 得到以得到传递函数G(S)=num(S)/den(s)表示的u输入(例如u=1/2*t.2）的响应曲线, 并可指定时间t；（6）roots(den)，得到多项式den的根；（7）pzmap(num,den)，得到传递函数G(S)=num(S)/den(s)表示的系统的零极点图，“”表示极点，“O”表示零点。4、实验内容 （1）已知某高阶系统的传递函数为求该系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应和单位速度响应和单位加速度响应。获得单位脉冲响应程序语句及图形：获得单位阶跃响应程序语句及图形：获得单位速度响应程序语句及图形：获得单位加速度响应程序语句及图形：（2）已知某高阶系统的传递函数为试求该系统的极点并判断系统的稳定性。程序及结果：（3）已知某高阶系统的传递函数为试求该系统的零极点并判断系统的稳定性，绘制系统的零极点图。程序及结果：实验三：频域特性的计算机辅助分析1、实验目的： （1）对MATLAB进行加深了解；（2）掌握应用MATLAB求解系统的Nyquist图；（3）掌握应用MATLAB求解系统的Bode图；2、实验学时：2学时3、实验方法：（1）nyquist(num,den,w)，绘制Nyquist 图。num和den分别表示传递函数的分子和分母中中包含以S的降幂排列的多项式系数。命令Nyquist(num,den,w)可以按指定的频率点w(注：频率w可以省掉)，绘制系统的Nyquist图。（2）bode(num,den,w)，绘制Bode图。num和den分别表示传递函数的分子和分母中中包含以S的降幂排列的多项式系数。命令bode (num,den,w)可以按指定的频率点w，绘制系统的bode图。4、实验内容（1）考虑下列系统开环传递函数试利用MATLAB画出Nyquist图程序及结果：（2）系统开环传递函数为试绘制系统的Bode图。程序及结果：实验四：利用MATLAB分析系统的稳定性1、实验目的： （1）对MATLAB进行加深了解；（2）掌握应用MATLAB求解求出系统的幅值裕度，相位裕度，幅值穿越频率和相位穿越频率；（3）掌握应用MATLAB分析系统的相对稳定性。2、实验学时：2学时3、实验方法：通过上面的实验求系统的特征根，从特征根的分布情况可以判定系统是否稳定，且知道不稳定特征根的个数。但是，它不能判定一个系统的相对稳定性。MATLAB提供的margin函数可以求出系统的幅值裕度，相位裕度，幅值穿越频率和相位穿越频率，因而可以用于系统的相对稳定性。Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(num,den) 其中,Gm,Pm分别为系统的幅值裕量和相位裕量，而Wcg,Wcp 分别为幅值裕量和相位裕量处相应的频率值。4