机械控制工程基础matlab仿真实验上机仿真试验20071202

1、1 机械控制工程基础机械控制工程基础MATLABMATLAB仿真实验仿真实验何柏岩何柏岩2007年12月2内容提要内容提要一、一、MATLAB基本知识与操作基本知识与操作二、二、MATLAB的的 Simulink工具箱简介工具箱简介三、三、MATLAB的频率特性分析的频率特性分析3一、一、 MATLAB 基本知识与操作基本知识与操作4基本界面基本界面M M文件文件执行命令执行命令5MATLAB基本练习基本练习10111011432432( )( )( )1 , , (,)11395226( )103550241 11 39 52 261 10 35 50 24 , , (,)nnnnnnnnb

2、 sbsbB snumF sA sdensa sanumbbbdenaar p kresidue num denssssF sssssnumdenr p kresidue num den例1：223324646( )(1)3310 1 4 61 3 3 1 , , (,)ssssF sssssnumdenr p kresidue num den例243243223231139522612.530.5( )110355024432146123( )(1)1(1)(1)ssssF sssssssssssF sssss课本课本 P 27-28用用Matlab展开部分式展开部分式6MATLAB基本练习

3、基本练习课本课本 P112-115定义传递函数，定义传递函数， 画零极点图画零极点图(,) , (,) , ()(,)()Gstf num denp zpzmap mum denp zpzmap Gspzmap num denpzmap Gs7MATLAB基本练习基本练习课本课本 P112计算系统的时间响应计算系统的时间响应26543222050( )1584223309240100ssF sssssss8MATLAB基本练习基本练习num=1 20 50;den=1 15 84 223 309 240 100;t=(0:0.1:20);figure(1);impulse(num,den,t)

4、;figure(2);step(num,den,t);figure(3);u1=(t);hold on;plot(t,u1);lsim(num,den,u1,t);figure(4)u2=sin(t)hold on;plot(t,u2)lsim(num,den,u2,t)9二、二、 MATLAB的的 Simulink工具箱简介工具箱简介 10(MATLAB+Simulink)111 1、简单模型的建立、简单模型的建立 1 1建立模型窗口建立模型窗口2 2将功能模块由模块库窗口复制到模将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口型窗口3 3对模块进行连接，从而构成需要的对模块进行连接，从而构成需要的系统

5、模型系统模型122 2 、 仿真运行仿真运行构建好一个系统的模型之后，接下来的构建好一个系统的模型之后，接下来的事情就是运行模型，得出仿真结果。运事情就是运行模型，得出仿真结果。运行一个仿真的完整过程分成三个步骤：行一个仿真的完整过程分成三个步骤：设置仿真参数，设置仿真参数，启动仿真启动仿真仿真结果分析。仿真结果分析。13系统方框图系统方框图-模型建模型建立立20.8s+1Transfer FcnSine WaveScope14系统仿真运行系统仿真运行15基于系统方框图的分析课本课本 P302 2计算系统的时间响应计算系统的时间响应16三、三、 MATLAB 频率特性分析频率特性分析17q 对

6、数频率特性图包括了对数幅频特性图和对数相频特对数频率特性图包括了对数幅频特性图和对数相频特性图。横坐标为频率性图。横坐标为频率w，采用对数分度，单位为弧度，采用对数分度，单位为弧度/秒；秒；纵坐标均匀分度，分别为幅值函数纵坐标均匀分度，分别为幅值函数20lgA(w)，以，以dB表示；表示；相角以度表示。相角以度表示。q bode(num,den)：绘制传递函数表示的系统的波特图。：绘制传递函数表示的系统的波特图。q bode(num,den,w)：利用指定的角频率绘制出系统的波：利用指定的角频率绘制出系统的波特图。特图。q 当带输出变量当带输出变量mag,pha,w或或mag,pha引用函数时

7、，可引用函数时，可得到系统波特图相应的幅值得到系统波特图相应的幅值mag、相角、相角pha及角频率点及角频率点w矢量或只是返回幅值与相角。相角以度为单位，幅值可转矢量或只是返回幅值与相角。相角以度为单位，幅值可转换为分贝单位：换为分贝单位：magdb=20log10(mag)18num=0 9 1.8 9;den=1 1.2 9 0;w=logspace(-2,3,100);figure(1);bode(num,den,w)grid on;figure(2);bode(num,den);mag,pha,wi=bode(num,den,w);课本课本 16519-30-20-10010Magni

8、tude (dB)10-210-1100101102-90-450Phase (deg)Bode DiagramFrequency (rad/sec)20num=0 0 1;den=1 1;figure(1);nyquist(num,den);%极坐标幅相频特性图grid on;课本课本 P164频率特性的频率特性的Matlab分析计算分析计算212223实验原理实验原理 05V010VCH.152 调速器电机电机测 速发 电机信 号发 生器示波器图1 试验装置的构成测速发电机增益：测速发电机增益：V/rpmV/rpmKc150101500 24实验二实验二 要求要求 1sK)s(G求：求：传

9、递函数的传递函数的Matlab表达表达 程序程序系统单位阶跃响应曲线系统单位阶跃响应曲线 画图画图给出给出Simulink环境下的方框图画图环境下的方框图画图系统的系统的Bode图图 画图画图系统的系统的Nyquist图图 画图画图)(sUo)(sGo)(sUi电机2( )0.81G ss2526实验原理实验原理 测速发电机增益：测速发电机增益：V/rpmV/rpmKc150101500 )(sosKsKK)s(Gdipc1)(sH)(sGo)(sE)(sVi2( )0.81G ss27设计要求设计要求求求: :设计设计PIDPID校正装置校正装置 给定如下设计指标，通过系统运行试验确定给定如

10、下设计指标，通过系统运行试验确定合适的合适的PIDPID参数值。参数值。 调整时间调整时间 最大超调量最大超调量sts2%Mp16%5sse稳态误差28系统方框图系统方框图 闭环系统分析与校正执行量测速发电机电路)(so)11 ()(sTsTKsGdipc)(sH-)(sGo)(sE)(sViB(s)变频器电路PID运算电机图1 PID闭环控制系统框图求 Kp=? Ti=? Td=029仿真模型仿真模型无无PID1s+1Transfer Fcn120.8s+1Transfer FcnStepSine WaveScope1Scope1Gain130仿真模型仿真模型有有PI1s+1Transfer Fcn120.8s+1Transfer FcnStepSine WaveScope1Scope1sIntegrator1Gain21.25Gain11Gain31仿真模型仿真模型有有PID1s+1Transfer Fcn120.8s+1Transfer FcnStepScope1Scope1sIntegrator-K-Gain3-K-Gain20.53Gain11Gaindu/dtDerivative32实验三实验三 要求要求 单位反