结合MATLAB的控制工程实验

1、机械控制工程实验实验指导书机电技术实验室学号：2014010049 姓名：潘礼延 班级：机械1402日期：2016年10月8日实验一系统时域响应分析实验目的本实验的主要目的是通过试验，能够使学生进一步理解和掌握系统时间响应分析的 相关知识，同时也了解频率响应的特点及系统稳定性的充要条件。实验要求学习有关MATLAB的相关内容，要求学生用MATLAB软件的相应功能，编程实现 一阶、二阶和三阶系统在几种典型输入信号(包括单位脉冲信号、单位阶跃信号、单位 斜坡信号和正弦信号)作用下的响应，记录结果并进行分析处理：对一阶和二阶系统， 要求用试验结果来分析系统特征参数对系统时间响应的影响；对二阶系统和三

2、阶系统的 相同输入信号对应的响应进行比较，得出结论。1. 系统的传递函数及其MATLAB表达(1 )一阶系统传递函数为：G(s) KTs +1传递函数的 MATLAB 表达：num=k ； den=T,1 ； G(s)=tf(num,den)(2 )二阶系统传递函数为:G(s)s2Wn亠2 WnS亠Wn传递函数的 MATLAB 表达：num=wnT ； den=1， 2 wn，wnA2；G(s)=tf( nu m,de n)2. 各种时间输入信号响应的表达(1) 单位脉冲信号响应：impulse(sys,t)(2) 单位阶跃信号响应：step(sys,t)(3) 任意输入信号响应：lsim(s

3、ys,u,t)其中sys为建立的模型；t为仿真时间区段(可选)实验内容1读懂以下代码，编写一阶系统单位阶跃响应曲线。clear all;t=0:0.01:7;n G=1;%系统时间%传函分子系数tao=1;dG=tao 1; %传函分母系数G=tf( nG,dG) impulse(G,t);%建立传递函数%绘制阶跃输入的曲线xlabel(时间);ylabel(幅值);%给 XY 轴命名grid on;%打开网格title（阶系统单位脉冲的响应曲线）;给所绘图像定义标题Eilg Edit lixt Q#1L TjiolcUtiisHof 肛显w Elp T- h S M f, cleai all

4、taDsOL 01:7l.friiUfiiiikjcWwVh期BLh甌兀品J. BATLAB*丿 Fl cure L7：01VLO TD 畑的.MTIAB 7 0型I IdLter - C： MUrL.VL.O ST-2DJ Yindwi E:qLorer川曲di -a Fl iyerFj开舞r瞥殆HATL啪谢I.Nation ilVI. D Slip 1 FlictrcihlM STB rnsttrail*d.li-ililled.rti 忙 LhlJl阻曲州 K UriEUedS.ii1 -4 -5 -E1J(7=； tao=i;dG=l:ao 2;G=tf (nG.dG)step (Gt

5、);xlabfrlC BtfflT)(SIH*)；eridt it 1.一脸甬牝单也脉沖的哨应曲枝J11112读懂以下代码，编写二阶系统单位阶跃响应曲线 clear all;%定义二阶系统参数t=0:0.01:4; wn=7;kc=0.2;n G=w 门八2;dG=1 2*kc*w n wn A2;G=tf( nG,dG)impulse(G,t);xlabel(日寸I、可);ylabel( 幅);grid on;title(二阶系统单位脉冲响应曲线);5 -Urrlilled.mrililleiW e3读懂以下代码，编写二阶系统加速度信号的响应曲线SBHVIY7.0 i 1T:O0-J. BA

6、TLXBIdLtor - C： SHATL.yi.o to Ktk Na.t：nal iTLStifUritD.期巾2阻詁址申Lb甌兀翩10 _11玮开始T结音皿TUB的控制.UriU1led2 JTi UrttledS.rnW. 0 SIHP 7 HicrshlH SF3l.hli型 Edxa：o.ais4；*n=83,祇二vmV；d)G= 1wn2;C=t f (h&3 dj&)step;Mlsbelf BtlHP) ;ylabel(! 1W );Stid DH；title C二辜统单垃服沖响应曲螂):VL.0 5T-2O YindMEE:rpLoiTQir!Vkdi 它 Fl aYcle

7、ar all;t=0:0.01:10;wn=7;kc=0.7;u=si n(0.5*pi*t);n G=w nT;dG=1 2*kc*w n wn A2;G=tf( nG,dG)lsim(G,u,t);xlabel(日寸I、可);ylabel( 幅);grid on;title(二阶系统正弦响应及响应曲线);ia5.Llfc d21 Dei hug： Jl*Ektop ALndci* U#lp 3丿一凱-耳一J 一4一屛地旳 b宀匚Lrrert Direidcry:ila Ed.il Iftwl 匚 *11 TualE Mh 呼 H 沾 kt 町t Ktnlev E*lpd 丸 力 c 旨 |

8、 關灵 g )| a e w nclear all; tDsODklD. wn=7 您口0+ 8 , ufO. 5*1. *t: tiG=wA2;dj&=l 2血mm wn*2), 曲 djG)IilrCGjiUj tJ.;xLabelf 时ftT) jylabBlC 16值);ftid on- titleCZ阶系统加漣廛咆应展咱应曲线hF卜上 Figure 1回冈I Eil Uit Miafr DleafIlofils Hdcktop i-ndofr UjalpvD耳口吕ksi O 劈 i 目二防系規如連js响应艮咆应齢Cl.fflix： ijrrlilleii.fti衣UrrUllecOj

9、nUntllBd.m忙UrrliltecMn 买 Ui二Jransf eHelpFs = 32*3; t = OilZFf： 2.9;z - cos (2*pi*m. 2463)+ cos(2*pi*t+1 De3) + rmdn Paz = p&riadDarL(xJhpsd dspd.ata. psd(Pmx7 FV $Fsi) ; % Cres.1- = a PSD plot Chpid);誓 FLcit the FSd|3 S B 6-12-5 下午力 46clear allt=0i 0. OhSclear allS 16-12-5 下午4:22II -l 2-5 下午4山1%3(2J

10、Trarisf &r functiDns49e2 十 1R.2 e + 49时间(SBC)屯i qUATLKB的控制.i- Ni7LhB*审耒曲名-画圉廐蛊中 Q 降2 O 17:034读懂以下代码，编写二阶系统不同参数阶跃响应曲线（欠阻尼，临界阻尼，过阻尼）clear all;t=0:0.001:7;wn=7;n G=w n;kc=0.2;dG 1=1 2*kc*wn wnA2;G 1=tf(nG,dG1) kc=0.5;dG2=1 2*kc*wn wnA2;G2=tf(nG,dG2) kc=0.8;dG3=1 2*kc*wn wnA2;G3=tf(nG,dG3) y1,T=step(G1,

11、t);y2,T=step(G2,t);y3,T=step(G3,t); plot(T,y1,-,T,y2,-.,T,y3,-);lege nd(kc=0.2,kc=0.5,kc=0.8);xlabel(日寸I、可);ylabel( b畐值);grid on;title(二阶系统单位阶跃响应曲线(不同欠阻尼);VhMLLAB I 0EEFieiirif nr-1 由注二YjTid&JliEEile Edit liew Insert IpIi Ifdctap lindoir Help口薛日导fe戟包紳倉回临 cEilft Ed.il l*Ml C#1L TaqIi Dd澎V E 亀时C1 60 E

12、UrililtecfirrliUeifTin1 -IA-3ii- h T：-wh7VI. D ST-2DJE:ploEar Madi* Fltycr二阶燕统单位阶砥吋应曲幾（不同矢阻尼0.Ba - g - io i - 12 _ 13 - 】4 - &L LU - u_ UU L 71mtfT ; hG=wn“2;kuCLZdfil 二1 2kcicwn kr= 1- I 2*kc-twn m Ikc=, 8;dG3= 1 2*kc*vn J ylf I=etBp (Lt)； y2sT=etep (G2f t);y需TJwt切祐海十)； pltrt(T,yl/ ,Lv2/-J iBEerLdt

13、 kr=0. 2rkc=l J xLabelC 时间);ylabeliC title c zp；r 统里 &;AVLO TDFDS畑.VI. D STEP 7 Haticnil HLCtrhlN 5F3 IniltniriQD.疏结合IWTIAB的拄制.J. FIAIIAB9 I-iLt wr - C ： SlRATL.J Facirc 】曉相申ii：h5.运行一下代码，判断所得各数值的含义。clear all;t=0:0.001:4;yss=1;dta=0.02;wn=7;n G=w n;kc=0.2;dG 1=1 2*kc*wn wnA2;G 1=tf(nG,dG1); kc=0.5;dG

14、2=1 2*kc*wn wnA2;G2=tf(nG,dG2); kc=0.8;dG3=1 2*kc*w n wn A2;G3=tf( nG,dG3); y仁step(G1,t);y2=step(G2,t);y3=step(G3,t);% kc=0.2%求上升时间trr=1;while y1(r)1-dta & y1(s)1+dta;s=s-1;end ts1= (s-1)*0.001;% kc=0.5;r=1;while y2(r)1-dta &y3(s)1+dta;s=s-1;e nd ts2=(s-1)*0.001;% kc=0.8;r=1;while y3(r)1-dta & y3(s)

15、orkUnt itledS.口问冈ZiUEdit Zxt Cll Tuols Dhag Uefktop Kinder艮XD 3 Jsc 題 M A 幻Stockm V口 2,A29 -s=400l ;vhilc y2(s)l-dta fty3(s)Hdta;s=s-l ;cnd30 -ts2=(s-l) *0.001;31% kc=0.8.32 -r=l .vrhxle y3(r)l-dta b. y3(f)l*dta;s=s-l ;end38 -ts3=(s-l) *0.001;39岀数1840 -tripl up! tsl ;tr2 tp2 p2 ts2;tr3 tp3 np3 ts341

16、V:-1.mx Untftfed.m x lhtftfed2m x Urttled3.m x UntftfecMm x Urttled5.mLn 4Cci1Edit Dobug Hcktop fiindovTransfer function:49helpFs = 32c3; t = 0:l/Fs:2.96;x = cos(2pirt*l. 24e3)+ cos (2pirt 10e3) + randn Pxx = periodogran(x).hpsd = dspdata. psd(Pxx, Fs*, Fs) ; % Create a PSD plot(hpsd);% Plot the PSd

17、S % 16-12-5 下午3:46clear all 1=0:0.01:5 clear allX 16-12-5 下午4:22% 16-12-5 下午4:31eA2ans_+ 21 s0.25900.458)0. 52662.80000. 34600.618)0. 16301.15300.59500. 74830.01520. 5360开始 0结合KATLAB的控制.rJ. HATLKBBdiUr C:ttATL图片收敢实验二系统频域响应分析实验目的本试验的内容对应于教材的频率特性分析和系统稳定性分析相应章节的重点知识 点，要求学生在熟练掌握课程相关内容的基础上，完成本实验，以加强学生对频率

18、特 性分析、几何判据及相对稳定性的学习效果。实验要求系统频率特性分析试验要求学生运用MATLAB软件的相关功能，编程实现几种典型环节(要求改变环节的特征参数)的奈奎斯特图和波德图的绘制；用Bode函数求取系统的频域特征量；用Matlab求取一高阶系统的特征根并由此来判断系统的稳定性和 求取该系统的相对稳定性。(1) 学生能够运用Matlab软件的相应功能，编程实现典型环节以及指定系统的 Nyquist图、Bode图的计算机自动绘制；(2) 完成系统的频域性能指标求取；(3) 分析系统的相对稳定性等内容； 记录实验结果，并对实验结果进行相应的分析。实验内容1. 分析借鉴以下两段代码，分别编写程序

19、绘制一阶微分，惯性和二阶震荡环节乃氏图 和波德图。程序一：clear all;num=1;de n=1,0; G=tf(nu m,de n)re,im =nyq uist (nu m,de n);subplot(121);plot(re,im);grid on;title(积分环节奈奎斯图) subplot(122),w=logspace(-2,3,100);bode( nu m,de n, w);grid on;title(积分环节波德图)X吩结合1ATLAB的矩制工程实菊-Iicrosoft:文件（E）嫔爼视图0）価入搐式 工具71、g 口 I、IA IA II 4 直 I I d 1 g

20、 :3 Editor - C:IATLAB7vorkUntitledl2.BEil Edit Zxt Cll Tuols Dhag Ufktop Kinder E*lpD3色拠几Qficlear all;nun= (1,0), derv： 1. G=tf (num, den)re, m=nyquist (nun, den);subplot (121) ;plot (re, in);grid on;title(,微分环节奈蛋斯1机BJ subplot(122);v=logspace(-2,3, 100); bode (nun, deq w).grid on;tillcC微分环P伯WS*)Urit

21、ftfed11.m x uritflted12.m尅结合KAYLKB的控制.1节 5/6 位置20 3*SCflJt卿E出阳乙，w史删翦尔厶,i uu”grid gg型匹（积分环节伯德图2编程求取系坑的砂性能指标PL Wb. Mr. Wr? 丿 3 NATLABr次石程中勺匚之怎n：i岂 Figure 1英语谍国）4图片收徹宅7171 -画图dl cIqat all; dar*=conv(l1 0);K=10;riur.l=K; p .illVIYSWlTIAB 7.0115cleai: all;nun= 2,1; den Il; G=t f (hualjrej in-=nyquirt (nurij den); subplort 12) ;plot (rea ir);f-rid獵井环节齋垂斯特團Jsubplot (122) ;w=la&spae6(-2Ji 3, 100); bode (nun, w)!tavti/tlcsmtitt分环节伯鹤團):口 I図Figure 1詔巾山F：+昶it书i_h鈕兀器VLO TD Keypis .rililledlli.fti 址 Urililledl2.mVI. 0 5T-2D3 Yindw