自控原理实验报告--徐聪聪

1、电子科技大学 自动化工程 学院标 准 实 验 报 告（实验）课程名称：自控原理基础实验MATLAB上机实验 姓名：薛川东学号：2014070910020指导老师：任文伟 电 子 科 技 大 学实 验 报 告学生姓名：徐聪聪 学 号：2013070908017 指导教师：任文伟一、实验室名称：C2-509 二、实验项目名称：MATLAB的基本使用方法及程序设计三、实验学时：2学时四、实验原理： MATLAB基本命令的使用及其编程的基本方法，向量的表示与计算，学会使用help命令。五、实验目的：1. 掌握MATLAB软件使用的基本方法；2. 熟悉MATLAB的数据表示，基本运算和程序控制语句；3.

2、 熟悉MATLAB绘图命令及基本绘图控制；4. 熟悉MATLAB程序设计的基本方法。六、实验器材：计算机七、实验内容：实验习题一 分别用 , 和= 求得a=5:1:15 与 b=1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15的比较, 并对结果进行分析.程序如下：a=5:1:15;b=1 2 8 8 7 10 12 11 13 14 15;y1=ab,y2=a=b结果：y1 = 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0y2 = 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 实验习题二 （1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t0，2 （2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)

3、和正弦曲线y=sin(t-0.5)， t0，2程序:t=0:0.01:2*pi;y=cos(t);y1=cos(t-0.25);y2=sin(t-0.5);figure,plot(t,y,b),gridgtext(y=cos(t)figure,plot(t,y1,r,t,y2,b),gridgtext(y1=cos(t-0.25)gtext(y2=sin(t-0.5) 实验习题三 绘制0，4区间上的x1=10sint曲线，并要求： （1）颜色为红色、数据点标记为加号； （2）坐标轴控制：显示范围、刻度线、比例、网络线 （3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本；程序:t=0:0.1:4*pix

4、1=10*sin(t);plot(t,x1,r+),gridtitle(x1=10*sin(t)xlabel(t)ylabel(x1)实验习题四 x=0 1;1 0; y=0 0;1 0;计算 x&y+xy 时, 程序首先执行x+y运算, 然后将相加结果与y比较, 最后将比较结果和x作与运算. 用diary命令将其过程保存下来。程序：diary 1.4.1.txtx=0 1;1 0;y=0 0;1 0;x&y+xydiary off结果：八、实验结论：1. 从习题一结果可以看出，MATLAB 在对同维向量比较时，是各元素分别进行比较，并用“1”和“0”分别表示真和假。2. 从习题四结果看出：算

5、术运算关系比较逻辑运算。九、总结及心得体会：通过学习掌握了MATLAB软件使用的基本方法，数据表示，基本运算和程序控制语句，熟悉了MATLAB绘图命令及基本绘图控制及程序设计的基本方法。报告评分： 指导教师签字： 实 验 报 告学生姓名： 薛川东 学 号：2014070910020 指导教师：任文伟一、实验室名称：C2-509 二、实验项目名称：MATLAB系统模型建立和动态特性分析实验三、实验学时：4学时四、实验原理：应用MATLAB命令对控制系统进行建模，动态特性分析及相关方面知识的运用。1. 对控制系统进行建模，并进行模型转换和系统的串并联反馈等运算；2. 运用step, impulse

6、等命令分别对系统单位阶跃响应和阶跃响应的动态特性进行分析。 五、实验目的：1掌握如何使用MALAB进行系统模型的建立；2学习利用MALAB命令得阶跃响应曲线，分析系统动态特性；3利用MALAB求阶跃响应的性能指标。六、实验器材（设备、元器件）：计算机七、实验内容：实验习题一 已知系统传递函数为：求上述传递函数的零极点增益和状态空间的表达形式。程序：num=2 1;den=1 0.4 1;sys=tf(num, den)z,p,k=tf2zp(num, den)sys=tf2ss(num, den)运行结果：Transfer function: 2 s + 1-s2 + 0.4 s + 1 z

7、= -0.5000p = -0.2000 + 0.9798i -0.2000 - 0.9798ik = 2A = -0.4000 -1.00001.0000 0 实验习题二已知传递函数为： 求其单位阶跃响应的最大值，峰值时间和它对应的超调量，上升时间。程序：G=tf(16,1 6 16); %计算最大峰值时间和它对应的超调量。C=dcgain(G)y,t=step(G);plot(t,y)gridY,k=max(y);Output_max=Ytimetopeak=t(k)percentovershoot=100*(Y-C)/C %计算上升时间。n=1;while y(n)0.98*C)&(y(

8、i)1.02*C) i=i-1; end setllingtime=t(i)结果：C = 1Output_max = 1.0284timetopeak = 1.1820percentovershoot = 2.8369risetime = 0.9202setllingtime = 1.4276八、实验结论：1. MATLAB命令能十分方便的对控制系统进行建模，并进行模型转换和系统的串并联反馈等运算。2. 通过运用MATLAB命令编程能准确、直观、快速的得到系统单位阶跃响应和阶跃响应的动态特性。九、总结及心得体会：掌握了如何使用MALAB进行系统模型的建立，学会利用MALAB命令得阶跃响应曲线，

9、分析系统动态特性，及求阶跃响应的性能指标。报告评分： 指导教师签字：实 验 报 告学生姓名：薛川东 学 号：2014070910020 指导教师：任文伟一、实验室名称：C2-509 二、实验项目名称：MATLAB系统根轨迹和频域分析实验三、实验学时：4学时四、实验原理：应用MATLAB命令绘制线性系统的根轨迹、Bode图和Nyquist图，并通过其掌握分析系统特性方面的知识。1. 运用MATLAB命令求特征多项式的根和传递函数的零极点，分析系统稳定性；2. 运用rlocus, bode, nyquist等MATLAB命令分别绘制线性系统的根轨迹、Bode图和Nyquist图；3. 运用rlof

10、ind, margin等MATLAB命令分析系统性能。 五、实验目的：1学习使用MATLAB求特征多项式的根，分析系统稳定性；2学习使用MATLAB由传递函数求零点和极点；3学习使用MATLAB绘制根轨迹；4掌握由根轨迹分析系统性能的方法；5学习使用MATLAB绘制Bode图和Nyquist图；6掌握使用Bode图和Nyquist图分析系统性能的方法。六、实验器材（设备、元器件）：七、实验内容：实验习题一 已知系统如下 绘制其根轨迹，并根据根轨迹图求若要使系统稳定，k的最大值。代码：n=2;d=1 3 2 0;rlocus(n,d)rlocfind(n,d)Select a point in

11、the graphics windowselected_point = 0.0000 + 1.4039ians =2.9566由rlocus命令在根轨迹上可得k2.9566，此值因为是手工点击得到，故与理论求得k最大值3有一些误差。实验习题二bode图法判断系统稳定性： 已知两个单位负反馈系统的开环传递函数分别为： ， 用bode图法判断系统闭环的稳定性。程序：n1=2.7;d1=1 5 4 0;margin(n1,d1);figure,bode(n1,d1)n2=2.7;d2=1 5 -4 0;margin(n2,d2);figure,bode(n2,d2)由图知，第一个系统相角裕度和幅值裕

12、度都为正值，所以系统稳定。第二个系统相角裕度为负，系统不稳定。实验习题三已知系统的开环传递函数为：用Nyquist图法判断系统相对稳定性（对参数K分段讨论）。n = 0.5*1 0.5*3; %取k = 0.5时的值d = 1 -1 0;nyquist(n,d)hold on %求k = 0.5的奈氏值，显示结果，并保持n1 = 2*1 2*3; %取k = 2d1 = d; %保留原分母矢量nyquist(n1,d1) %求k = 2时的奈氏值，结果显示结果分析：上图为K值分别等于0.5和2的Nyquist图，但是在虚轴上有极点,故应该加增补奈氏曲线，如下图1所示。图1 习题三的理论nyqu

13、ist图由于在右半平面有一极点，故。当时，其奈氏图如图1(a)所示，图中可见从到变化时，奈氏曲线逆时针包围（）点圈，即，因此闭环系统不稳定。当时，其奈氏图如图1(b)所示，从到变化时，奈氏曲线逆时针包围（）点圈，此时闭环系统是稳定的。八、实验结论：1. 运用MATLAB命令十分方便的求特征多项式的根和传递函数的零极点；2. 运用rlocus, bode, nyquist等MATLAB命令可以快速地分别绘制线性系统的根轨迹、Bode图和Nyquist图；3运用rlofind, margin等MATLAB命令可以准确地分析系统性能。九、总结及心得体会：学习使用MATLAB求特征多项式的根，分析系统

14、稳定性，由传递函数求零点和极点，绘制根轨迹，由根轨迹分析系统性能的方法，绘制Bode图和Nyquist图，及分析系统性能的方法。报告评分： 指导教师签字：实 验 报 告学生姓名：薛川东 学 号：2014070910020 指导教师：任文伟一、实验室名称：C2-509 二、实验项目名称：随动系统的校正三、实验学时：2学时四、实验原理：SIMULINK是MATLAB的重要组成部分。它具有相对独立的功能和使用方法，实际上它是对系统进行建模、仿真和分析的软件包。 SIMULINK的基本功能模块包括连续系统、离散系统、非线性系统、函数与表、数学运算、信号与系统、输入模块、接收模块等组成。在这里，我们主要

15、针对实验涉及的有关部分作简要地介绍。五、实验目的：1学习使用SIMULINK进行系统仿真的方法。2掌握如何运用最常用的校正方法对线性系统性能进行校正。3借助SIMULINK验证自行设计的校正方案的正确性。4掌握校正的概念和设计方法。六、实验器材（设备、元器件）：计算机七、实验内容：1同学们从相关的自控原理书籍中选取串联校正的一个实例，并且给出的性能指标为时域指标，试用Simulink分别对原系统和加了串联校正环节后的系统进行仿真，得出其单位阶跃输入的系统输出，并进行对比。已知系统的开环传递函数为： 要求单位阶跃响应的超调量为，调整时间，开环增益。试设计一超前校正装置，满足要求的性能指标。2同学们根据所求得的随动系统开环传递函数 64 1 1.13 0 ，自行设计校正环节，要求校正后系统的相位裕度幅值裕度，加快系统的调整时间，并在SIMULINK得到仿真结果，然后在XZ-IIC型实验仪器上观察其对随动系统稳态特性的影响并分析结果。八、实验步骤：1. 由令k=1200，采用simu