控制系统仿真与设计实验报告

1、word范文控制系统仿真与设计实验报告姓 名：班 级：学 号：指导老师：刘7.2.2控制系统的阶跃响应、实验目的.观察学习控制系统的单位阶跃响应；.记录单位阶跃响应曲线；.掌握时间相应的一般方法；二、实验内容1.二阶系统 G(s)=10/(s 2+2s+10)键入程序，观察并记录阶跃响应曲线；录系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振 荡频率；记录实际测去的峰值大小、峰值时间、过渡时间，并与理论值比较。(1)实验程序如下: num=10;den=1 2 10;step(num,den);响应曲线如下图所示:(2)再键入：damp(den);step(num,den);y x t=step(num,den

2、);y,t 可得实验结果如下：系统的闭环根、阳尼比、无阻尼振荡班率Freq, (rad/ s)3. 16e+0003. 1 加+000EijenvalueD miping-LOOe+OOO + 3. OOe+OOCi 3.16e-001-1. OCs+OOO - 3. OOe+OOOi 15e-001慷值大小Cmax 三L34-4幅值时间Tp =LQS23过度时间一羯Isl =2.4836过渡时间1笔3Is2 =3.4771记录实际测取的峰值大小、峰值时间、过渡时间，并与理论计算值值比较实际值理论值峰值1.34731.2975峰值时间1.09281.0649过渡时间+%52.48362.635

3、2+%23.47713.51362.二阶系统 G(s)=10/(s 2+2s+10)修改参数.分别实现匕=1和(=2的响应曲线,并作记录试验程序如下：num0=10;den0=1 2 10;step(num0,den0);hold on;num1=10;den1=1 6.32 10;step(num1,den1);hold on;num2=10;den2=1 12.64 10;step(num2,den2);响应曲线：(2)修改参数，分别实现 w1= (1w n0和w1= 2wn0响应曲线试验程序num0=10;den0=1 2 10;step(num0,den0);hold on;num1=

4、2.5;den1=1 1 2.5;step(num1,den1);hold on;num2=40;den2=1 4 40;step(num2,den2);响应曲线如下图所示:3.时作出下列系统的阶跃响应，并比较与原系统响应曲线的差别与特点，作出相 应的实验分析结果。-台*云.有系统零点情况,即名工- 5口(1)试验程序：num0=2 10;den0=1 2 10;subplot(2,2,1);step(num0,den0);title( G(1);(2)响应曲线如下图所示:1GTimeisecj4.试做出一个三阶系统和一个四阶系统的阶跃响应，并分析实验结果三阶系统 G(s)=1/(s 3+s2

5、+s+1)四阶系统 G(s)=1/(s 4+s3+s2+s+1)(1)试验程序nwitO= 11;denO= 1 1 1 11;subplot(2,Ij1)st 个p (nun.0, den.0);titleC三阶系以三联I信应曲装)subplot (2,2)nwulsji；denl= 1 1 1 1 1 ;| st ep (nvwil; deni) jtitleC EJ阶果线阶薪系统曲轼* (2)响应曲线T50幽时确跌触瞬Q三、实验结果分析(1)系统的阻尼比越大，其阶跃响应超调越小，上升时间越长；系统的阻尼比决定了其振荡特性：当阻尼比在 01时，有振荡，当阻尼比1时，无振荡、无超调，阶跃响应

6、非周期趋于稳态输出。(2)当分子、分母多项式阶数相等时，响应曲线初值为非零初值；当分子多项式阶数低于分母多项式阶数时，响应曲线初值为零。(3)当系统分子多项式零次相系数为零时，响应曲线稳态值为0;当系统分子多项式零次相系数不为零时，响应曲线稳态值为1。7.2.3控制系统的脉冲响应一、实验目的.观察学习控制系统的单位脉冲响应；.记录单位脉冲响应曲线；.掌握时间相应的一般方法；二、实验内容1.二阶系统 G(s)=10/(s 2+2s+10)键入程序，观察并记录阶跃响应曲线；录系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振 荡频率；记录实际测去的峰值大小、峰值时间、过渡时间，并与理论值比较。试验程序如下：nunri

7、Ol .denp1 2 JC);dispC系殴的if!坏相、阻尼比、无阻尼原名频章P dp (den)：impulse fnuitj den);Ly k 1】=二黑ru!t5年(miR, den).dispC输出向量卡与时通向螃/ fyt门Cax=Ntax (y).T p= sp 1 me ( y? 1 C fcax 1 , 而印C* *f值大小.) Cax= ECnuc 1 dispd时同*) Tp=(Ip1| i=lentth(y)-1 ;while(y (i)=*Q. 05My (i) =-0. 02Aly(i)0=(10;denO= 1 2 1 0;impulse nwnOj dt-n

8、O) hold cn ;| nunl=(2.5;denl=l 1 24 5:impulse (nujul, d*-nl) hold on;nuM2-(iG;den2=1 4 40;impulse (ivub2j de-n2)响应曲线Dm母s&c)作出相3.时作出下列系统的阶跃响应，并比较与原系统响应曲线的差别与特点,应的实验分析结果。(1)试验程序如下: nm0= 2 10;denO= 1 2 10;subplot (2f 1, 1);impulse 1 nuiftOj denO); titlHGS)：nuirils I 0. 5 10;den_仁1 2 10J - subpl ot (2*

9、1, 2);imp ul a e tluitiL , deni);L Gt?),)；(2)响应曲线如下图所示:QTime0123Time值哨6G三、实验结果分析：(1)系统的阻尼比越大，其阶跃响应超调越小，上升时间越长；系统的阻尼比 决定了其振荡特性：当阻尼比在 01时，有振荡，当阻尼比1时，无振荡、无 超调，阶跃响应非周期趋于稳态输出。 系统的无阻尼振荡频率越大，阶跃响应的 反应速度越快。(2)当分子、分母多项式阶数相等时，响应曲线初值为非零初值；当分子多项式阶数低于分母多项式阶数时，响应曲线初值为零。(3)当分子、分母多项式阶数相等时，响应曲线稳态值为0;当分子多项式阶数低于分母多项式阶数

10、时，响应曲线稳态值为 1。7.2.4控制系统的脉冲响应、实验目的：.利用计算机完成控制系统的根轨迹作图;.了解控制系统根轨迹图的一般规律；.利用根轨迹进行系统分析；二、实验内容：给定如下系统的开环传递函数，作出它们的根轨迹图，并完成规定要求G0i(S)=Kg/S(S+1)(S+2)(1)准确记录根轨迹的起点、终点与根轨迹条数;(2)确定根轨迹的分离点与相应的根轨迹增益；(3)确定临界稳定时的根轨迹增益。实验程序如下：I ;de-n=convf 1 0j conv( 1 1 ? (1 2);讲口轨迹图rictus1 nwii? den)disp(T起点矮4 )p, : =p2.ap d4小)di

11、sp方离卓与相应福轨迹篇益)k = rl&cf indfnujkj den)血中“白鼻祖定时棺应根轨涟塔益Qk=rlocfindtniMj 加n)tit It (J IP轨迹图)xlabelt* 5?釉)jrlabel(J )响应曲线如下图所示：实验结果如下:起点终点P 二0-2-1Empty mat rvs; Q-by-1分慝点与相应相轨逐增益Select a point in the graphics window *lected_point =-0.4206 - 0.0155ik -0.3853临界稳定时相应根轨迹增益S*l*et a point in th* graphLes vind

12、owselicted_poui+ =0.0059 + 1.41301k =心 0133G2(S尸Kg(S+1)/S(S-1)(S 2+4 S +16)确定根轨迹与虚轴交点并确定系统稳定的根轨迹增益范围(1)试验程序如下：num= 11 I;dtft=conv(1 Qlfconvf -1, l ； 16);*根轨迹图rlouus fnini? den)axis(1-5 5 -5 5)di sp临界稳定时相应根轨滋增益kl = rlocf ind nun, den1k2 = Elccf ind nun, dn,title(根轨迹图)xlabelCylabelC 虚轴)|(2)响应曲线根轨迹典京轴实

13、验结果如下:临界稳定时相应根轨迹增益Select a point in th舟 giaphics windowselected_poin1:=0.0119 + 2.56211k=35.7768Select a point in th. graphics tfindov目。1白士工岂d_poiirt =0.0119 + 1.53751kZ =22_9243G2(S尸Kg(S+3)/S(S+2)(1)确定系统具有最大超调量时的根轨迹增益，做时域仿真实验；(2)确定系统阶跃响应无超调量时的根轨迹增益取值范围，做时域仿真实验;试验程序三、实验结果分析如果闭环系统无零点，且闭环极点均为实数极点，则相应一

14、定是单调的；如 果闭环极点均为复数极点，则响应一般是振荡的。控制系统的波特图一、实验目的.利用计算机完成开环系统的波特图；.观察记录控制系统的开环频率特性;.控制系统的开环频率特性分析；二、实验内容1.G(S)=1/(T 2S+2CTS+1)T=0.1 C=2 ,1, 0.5 , 0.1 , 0.01(1)实验程序 nun-I;0. 01 0. 4 1 ;0,01。. 2 I; den3=0,01 Q.1 I); dtfn4= 0, 01 0. 02 1; d*n5= 0. 01 . 002 I;, 航皮特图 subplot (3,2,1); fcod nwiij deni); ，rtk皮书图

15、】) subplot (32j 2); bd 1 it即，d 早n? j ; title (*皮特图() subplot (3 2,3); todfed七小3;subplol (33 2M ; b* 叫 dn4： title C3特图4) subplot (3 2 5); bode 1 ntuit den4). 卜”茨特图51(3)响应曲线如下图所示:Frequency (rad/secFrequency Wxg04防特图310wFreqirericy (radsec)Frequency (rVsec皮特图2. G(S)=31.6/S(0.01S+1)(0.1S+1)试验程序num=3L 6;

16、den=cow(I 0t 0,01 1 , (OH 2)j糜特图IbodetnuB den ,aaCj phase, v (nm) den);稣spacvff L 32);Naap31.6/(0.001*j*vl 3+fl. ll(j*v) +2+(j*r)la2Olq; (abs (aaf);seailogK(vf 1);gndNEj Pc, T2 OR Ti T2与Ti t 2)；11 = input C 1 1= ;12= input C 12-r );nuMl-conv0 kJ, t1 1); d*n2=conv(1 0, t2 1);*极坐标图 subplot (2j 171) ,

17、nyQuisi (humL den2) disp (* 辆 t Kt21 ); t 1 = input t 1-)； 12Minput Ct* ) i nim3=Qnv 0 k J, t 1 1); den4=conv(1 0, t2 1); %极坐标图 subplot (2, 1,23； nyqui st nwv3,1实验输入增曲=1输入+1X211=3t2=2Su At lT2 OR T 1 T2与Ti t2* )：t l=iripu+ (十】= i ;12= input (* t 2=* );nuMi=CQnv t 1 1 ) i den2=conv( 1 0 0 t 2 1 T %但坐

18、标图subplot (2, I, 1);nyQuist numl, den2)di sp ( $a a At L 12 1 ); 置根堡悌幽subplot (2 lj 2);nyqui st fnujn3，den4 u实验输入增添k= 1输入七！XEtl=3t2=2输久41t Dldyidini7.3.1线性系统的数学模型一、实验目的.学习系统数学模型的各种表示方法；.学习系统数学模型之间的转换与线性变换；二、实验内容.给定系统为num=1 1.3 2 2.5;den=1 0.3 1.2 1;使用m函数a, b, c, d=tf2ss(num, den) 求系统的状态空间方程;使用m函数z ,

19、 p, k=tf2zp(num, den)求系统的零极点表达式。(1)试验程序niin= (1 1. 3 2 2.5;den= 1 0 3 L 2 1;a7 c, d=tf2ss num. den ;dispC系统状态空间方程)sys=sst c=ct rb 叫 b :dispC可控1主登横矩阵的秩)CTc = t ank He)if disp C系统其全可控, ) e-ls* dhp 系岐完全不可控;*ndTo=obsvdisp C系虢共全可俎)*-lse di sp C,字解五至不可R氐、 ddisp C可控性标准-sr acl j be 1, crao 1)ba 1, wq】da 13=

20、55255( a, c, d, To)(2)实验结果a =-13,0&30-5.34415,；893-E. Sdll T6.2606 -5.35045 7893-5. 3S04-3-1-20751-63020.48891.03470,7269d 二7, 3034可控性变换短隘的糕Te =3系统完全可悖可躯性奏执矩阵的秩Fo =系琉完全可观可腔性标唯一型&匚I =-0.259300。-15. 9497000-20. 7994bel =-Q. 2387-2. 137B0, OG36cc I =-0. 33A2-0, 55241. 1915del =-0- 3034可血性标卷一型ao 1 =-13.

21、0SB0-5.84415.7893-5. 8441-ie.2608-5,35015. 7893-5.3504-7.6497bo 1 =-3. 62252.15174.8907co 1 =0. 16300. 34490.2423dol =-0. 3034.给定系统 num=1 3 2; den=1 6 11 6;使用m函数a, b, c, d=tf2ss(num, den)求系统的状态空间方程；判别系统的能控性和能观性并讨论。(1)试验程序nun=13 2; den= 1 6 11 6;a：* bj Cj d =tf 2ss (nujhj den) te=ct rb (a, b);disp C可

22、控性登摄矩阵舒秩 Jc=r ank f：tc if(Jc=3)dispC系豌完全可他 else dispC率统M全不可悖 endTo=obsv(a.c);disp (“可观性变换矩阵的秩) Io-rank (To)if (To=3dispC系绕月全可ST) else disp U系统完全不可ST ) end(2)实验结果a =- 6T：-另I0Q0I0b =100c =132d -Q可控性变摭矩阵的秩Tc 二3系统完全可控 可叙畦变横拓阵的鞅0 二系统完全不可观word范文word范文.给定系统的开环传递函数为G(S)=10(0.2S+1)/S(0.1S+1)( 0.5S+1)使用 m 函数n

23、umc,denc=cloop(num,den,sign) 作单位负反馈； 使用 m 函a,b,c,d=tf2ss(num,den) 求得单位负反馈的状态空间方程。使用 m函ac2,bc2,cc2,dc2=ss2ss(a,b,c,d,t)做线性变换，将系统变换为能控标准二型。(1)试验程序nwh= 2 0;den=cunv(1 0, conv(0,I i,0,5 11);disp C系统的传递函数)nmCj d*nc=cloop den, -1) disp C系统的状态空向方程)a# b, Cj d=tf 2ss (niwi-Cj dene)T=ctrb(a, bR=rank(T)ifdi*系接

24、亮全可控else disp C系统齐全不可控”) enddispC系狡髯控性分解)Abaz:j EbafjCb9tj Tf k=ct rbf G, b c)(2)实验结果C1.0000-L5000-22.0000&17.6667-6.5005R 二3系统完全可控系统黛控性分解At ar =-2. 2998-0. 0004-0. 3782-L, 405S-19.78342.35%2.2500-C. 28983.743B0,00000. 0440-0. 3943St sr -0.oooo-o. aoooCbsr -L 6g760. 8142-o.ores-28.23320.6839-0, 3751

25、-0.6257r =0. 45540.56990,8896-0.260B-0. 03540. 77922.给定系统A=1.7 -1.6 0.44, 8 -5.5 1.28,0 0 -0.3B=0.6 ,1.5,1C=16.6667 -6.6667 2D=0计算gram(A ,B )或者Wo=obsv(A,C)#用rank()判别系统的能观性，并作能观性子系统分解。(1)试验程序a= L ? 7.6 Q.44;8 5. 5 L 28 ;0 0 *0, 3;b=0t 6; L 5U1;c= 6667 -6i6667 2;d=O;vo=ob sv af c rankwo1if (R=3)dispC系

26、统亮全可觌)else dispC案获克全不可疑)电nddispC系统能到物却AbarBbar, Cba IjkJ=obsvf (a.b, c)(2)实验结果ie.6657-6.66672. 0000-25.003210. 0001-LB00037.5007-15.00042.3401系统完全可观奈统能狈性分解Ab ar =-2.3000-0.2305-9.6SO70.0000-0.3074 Q, 1330-C.OODO Q, 066。-1.4927Bbar =L 155-0. S93&-C. 1107Cbar =C. 00000. 0000 -IS. 0617。340.9285-0, 0000

27、C. 1028-0-0411-0. 9933-0. 922S0.3691-0.1 LOT3.给定系统q 24 + Jword范文(10-40k-2d L L6667 2.6 TOC o 1-5 h z LIfl.7-7.2A= 002.-0.7167 一 k03331.2，=乩5 tt,7 IJ 36,D = O 作能控能观分解，做出系统的最小实现(1)试验程序2-2.6 2,2 7.2 0;L 1 67 -7.2 0;0 0 2 0必门67 -L 0333 L2 -2,3； b=5r4;!;l,S667J;c= 0 5 0.7 1. 3 0阊； d=0;disp(*就控分编*)AbarlBbarlj Cbar 1 f Tl, lci=ctrbf1 ab, c)dispf能现分解)Abar2j Bbar2, CbarS, T2, k2 sebsvf1