机械工程控制基础仿真实验

1、河南理工大学机械学院机械工程控制基础机械工程控制基础主讲教师：张业明QQ:403597998Tel: 158 3890 (zym123)河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院机械工程控制基础机械工程控制基础仿真实验仿真实验实验实验1、控制系统的时域分析、控制系统的时域分析实验实验2、控制系统的频域分析和稳定性分析、控制系统的频域分析和稳定性分析拓展实验：基于拓展实验：基于Simulink的控制系统建模与仿真的控制系统建模与仿真河南理工大学机械学院一、实验要求一、实验要求l学会用学会用Matlab进行控制系统的时域分析进行控制系统的时域分析二、实验目的二、实验目的l1掌握控制系统的时域分析方法

2、。掌握控制系统的时域分析方法。三、实验装置：三、实验装置：Matlab软件。软件。实验实验1、控制系统的时域分析、控制系统的时域分析河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院clear allnum=3,2,5,4,6;den=1,3,4,2,7,2;sys=tf(num,den);step(num,den)z,p,k = tf2zp(num,den)pzmap(sys)%p=pole(sys)%z=zero(sys)%p,z=pzmap(sys)p=roots(den);河南理工大学机械学院clear allwn=6;kosi=0.1,0.2,0.707,1.0,2.0;hold onfor

3、kos=kosinum=wn.2;den=1,2*kos*wn,wn.2;step(num,den)%impulse(num,den)end河南理工大学机械学院G1=tf(1 2 4,1 10 5 4);G2=tf(3 2,2 7 2);impulse(G1,ro,G2,b*)河南理工大学机械学院250( )0.05(1 50 )50G sssP115和p99页的例3，第三章 例 已知系统的传递函数为：求系统在时间常数不同取值时的单位脉冲响应、单位阶跃响应和任意输入响应。河南理工大学机械学院%program 1 clear all;t=0:0.01:0.8;%nG=50;tao=0;dG=0.

4、05 1+50*tao 50;G1=tf(nG,dG);tao=0.0125;dG=0.05 1+50*tao 50;G2=tf(nG,dG);tao=0.025;dG=0.05 1+50*tao 50;G3=tf(nG,dG)%y1,T=impulse(G1,t);y1a,T=step(G1,t);y2,T=impulse(G2,t);y2a,T=step(G2,t);y3,T=impulse(G3,t);y3a,T=step(G3,t);%subplot(121),plot(T,y1,-,T,y2,-.,T,y3,-)legend(tao=0,tao=0.0125,tao=0.025)xl

5、abel(t(sec),ylabel(x(t);grid on;subplot(122),plot(T,y1a,-,T,y2a,-.,T,y3a,-)legend(tao=0,tao=0.0125,tao=0.025)grid on;xlabel(t(sec),ylabel(x(t);系统在时间常数不同取值时的单位脉冲响应、单位阶跃响应河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院%program 2clear all;t=0:0.01:1;u=sin(2*pi.*t);%tao=0.025;nG=50;dG=0.05 1+50*tao 50;G=tf(nG,dG);%y=lsim(G,u,t);%

6、plot(t,u,-.,t,y,-,t,u-y,-.,linewidth,1)legend(u(t),xo(t),e(t)grid;xlabel(t(sec),ylabel(x(t);求任意输入函数 如sin()下的该系统响应曲线和误差曲线河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院50(0.051)ss 1sXi（s）Xo（s）课本p99，求该随动系统的时间响应瞬态性能指标（上升时间、峰值时间、调整时间、超调量）250( )0.05(1 50 )50G sss则系统闭环传递函数为：河南理工大学机械学院 close all; % t=0:0.001:1; % yss=1;dta=0.02; % n

7、G=50; tao=0;dG=0.05 1+50*tao 50;G1=tf(nG,dG); tao=0.0125;dG=0.05 1+50*tao 50;G2=tf(nG,dG); tao=0.025;dG=0.05 1+50*tao 50;G3=tf(nG,dG); y1 T=step(G1,t); y2 T=step(G2,t); y3 T=step(G3,t); % plot(T,y1,-,T,y2,-.,T,y3,-) legend(tao=0,tao=0.0125,tao=0.025) grid on;xlabel(t(sec),ylabel(x(t);河南理工大学机械学院 r=1;

8、while y1(r)1-dta & y1(s)1+dta;s=s-1;end ts1=(s-1)*0.001; % r=1;while y2(r)1-dta &y3(s)1+dta;s=s-1;end ts2=(s-1)*0.001; % r=1;while y3(r)1-dta & y3(s)1+dta;s=s-1;end ts3=(s-1)*0.001; % tr1 tp1 mp1 ts1;tr2 tp2 mp2 ts2;tr3 tp3 mp3 ts3 河南理工大学机械学院结果ans = 0.0640 0.1050 0.3509 0.3530 0.0780 0.1160 0.1523 0

9、.2500 0.1070 0.1410 0.0415 0.1880上升时间峰值时间最大超调量调整时间河南理工大学机械学院一、实验要求一、实验要求l学会用学会用Matlab进行控制系统的频域分析和稳定进行控制系统的频域分析和稳定性分析性分析二、实验目的二、实验目的l1掌握控制系统的频域分析方法和稳定性分析掌握控制系统的频域分析方法和稳定性分析方法。方法。三、实验装置：三、实验装置：Matlab软件。软件。实验实验2、控制系统的频域分析和稳定性分析、控制系统的频域分析和稳定性分析河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院clear allnum=8 0.8;d

10、en=1 5 20 19 15 0;sys=tf(num,den);S=allmargin(sys);S.GainMargin 20 * log10(S.GainMargin) S.GMFrequency S.PhaseMargin S.PMFrequency 河南理工大学机械学院clear allnum=2 5 1;den=1 2 3;G=tf(num,den);nyquist(G)%bode(G)河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院clf %Clear current figure windowtt=Sco

11、peData.time; %time data to tt;xx=ScopeData.signals.values; %values to xx;plot(tt,xx,r,linewidth,2)xlabel(t),ylabel(c(t) 河南理工大学机械学院数控直线运动工作台位置控制系统课本118页求Kb=5,10,40时，系统的单位阶跃响应曲线和系统的单位阶跃干扰响应曲线。110sbKXi(s)Xo(s)101s2E(s)Ua(s)ML(s)(s)(s)B(s)M(s)220( )( )1( )1020bibKG sG sG sssK2011( )*10* *210(10)bbKG sKs

12、ss s( ) 1H s 112( )* *210(10)G ssss s( ) 10bH sK2( )2( )1( )( )1020ibG sG sG s H sssK河南理工大学机械学院 close all; % t=0:0.001:1; % yss=1;dta=0.02; % kb=5; nG=20*kb;dG=1 10,20*kb;G1=tf(nG,dG); kb=10; nG=20*kb;dG=1 10,20*kb;G2=tf(nG,dG); kb=40; nG=20*kb;dG=1 10,20*kb;G3=tf(nG,dG); y1 T=step(G1,t); y2 T=step(

13、G2,t); y3 T=step(G3,t); % subplot(121);plot(T,y1,-,T,y2,-.,T,y3,-) legend(kb=5,kb=10,kb=40) grid on;xlabel(t(sec),ylabel(xo(t); % kb=5; nG=2;dG=1 10,20*kb;G4=tf(nG,dG); kb=10; nG=2;dG=1 10,20*kb;G5=tf(nG,dG); kb=40; nG=2;dG=1 10,20*kb;G6=tf(nG,dG); y4 T=step(G4,t); y5 T=step(G5,t); y6 T=step(G6,t);

14、% subplot(122);plot(T,-y4,-,T,-y5,-.,T,-y6,-) legend(kb=5,kb=10,kb=40) grid on;xlabel(t(sec),ylabel(xoN(t);河南理工大学机械学院 r=1;while y1(r)1-dta & y1(s)1+dta;s=s-1;end ts1=(s-1)*0.001; % r=1;while y2(r)1-dta &y3(s)1+dta;s=s-1;end ts2=(s-1)*0.001; % r=1;while y3(r)1-dta & y3(s)1+dta;s=s-1;end ts3=(s-1)*0.0

15、01; %输出时间响应和单位阶跃干扰响应最大值 tr1 tp1 mp1 ts1;tr2 tp2 mp2 ts2;tr3 tp3 mp3 ts3 min(-y4) min(-y5) min(-y6)河南理工大学机械学院河南理工大学机械学院ans = 0.2420 0.3630 0.1630 0.8070 0.1470 0.2370 0.3050 0.6110 0.0630 0.1130 0.5688 0.7120ans = -0.0233 -0.0131 -0.0039河南理工大学机械学院课本193页 稳定性分析bKXi(s)Xo(s)20000.2200s1s2E(s)Ua(s)ML(s)(s)(s)B(s)M(s)20.22000.22002000sss系统的开环传递函数为24000( )(0.22002000)bKKGssss河南理工大学机械学院clear allclfkb