自动控制原理MATLAB仿真实验报告

实验一典型环节的MATLAB仿真一、实验目的1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验内容①比例环节和；Simulink图形实现：示波器显示结果：②惯性环节和Simulink图形实现：示波器显示结果：③积分环节Simulink图形实现：示波器显示结果：④微分环节Simulink图形实现：波器显示结果：⑤比例+微分环节（PD）和1）、G1（s）=s+2Simulink图形实现：示波器显示结果：2）、G2（s）=s+1Simulink图形实现：示波器显示结果：⑥比例+积分环节（PI）和1）、G1（1）=1+1/sSimulink图形实现：示波器显示结果：2）G2（s）=1+1/2sSimulink图形实现：示波器显示结果：心得体会通过这次实验我学到了很多，对课本内容加深了理解，熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法，加深对各典型环节响应曲线的理解，这为对课程的学习打下了一定基础。实验二线性系统时域响应分析一、实验目的1．熟练掌握step()函数和impulse()函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。2．通过响应曲线观测特征参量和对二阶系统性能的影响。3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。二、实验内容1．观察函数step()的调用格式，假设系统的传递函数模型为绘制出系统的阶跃响应曲线？2．对典型二阶系统1）分别绘出，分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数对系统的影响，并计算=0.25时的时域性能指标。2）绘制出当=0.25,分别取1,2,4,6时单位阶跃响应曲线，分析参数对系统的影响。3．系统的特征方程式为，试判别该系统的稳定性。1）num=[137];den=[14641];step(num,den)gridxlabel('t/s'),ylabel('c(t)')title('unit-steprespinseofg(s)=(s^2+3s+7)/(s^4+4s^3+6s^2+4s+1)')num=[137];>>den=[146410];>>impulse(num,den)>>grid>>title('unit-impulseresponseofG(s)=(s^2+3s+7)/(s^5+4s^4+6s^3+4s^2+s)')2）1.num=[004];den1=[104];den2=[114];den3=[124];den4=[144];den5=[184];t=0:0.1:10;step(num,den1,t)grid>>text(1.2,1.7,'Zeta=0');>>holdCurrentplotheld>>step(num,den2,t)>>text(1.4,1.4,'0.25')>>step(num,den3,t)>>text(1.5,1.1,'0.5')>>step(num,den4,t)>>text(1.7,0.8,'1')>>step(num,den5,t)>>text(1.8,0.6,'2.0')>>title('Step-ResponseCurvesforG(s)=4/[s^2+4(zeta)s+4]')=0.25时由图可知。当时，分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应，超调量减小，上升时间变长。2.num1=[001];den1=[10.51];t=0:0.1:10;step(num1,den1,t);grid;holdontext(3.1,1.4,'Wn=1')num2=[004];den2=[114];step(num2,den2,t);holdontext(1.7,1.4,'Wn=2')num3=[0016];den3=[1216];step(num3,den3,t);holdontext(0.5,1.4,'Wn=4')num4=[0036];den4=[1336];step(num4,den4,t);holdontext(0.2,1.3,'Wn=6')由图可知，当=0.25，分别取1,2,4,6时单位阶跃响应，超调量无太大变化，调节时间变短，上升时间变短。3、方式一roots([2,1,3,5,10])ans=0.7555+1.4444i0.7555-1.4444i-1.0055+0.9331i-1.0055-0.9331i方式二pathtool>>den=[2,1,1,5,10];>>[r,info]=routh(den)r=2.00001.000010.00001.00005.00000-9.000010.000006.11110010.000000info=所判定系统有2个不稳定根!心得体会本次实验我们初步熟悉并掌握step()函数和impulse()函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。函数step()和impulse()的调用格式绘制系统的传递函数模型，利用MATLAB分析参数响应曲线观测特征参量和对二阶系统性能的影响，用Matlab直接求根判稳roots()或劳斯稳定判据routh（）判断系统的稳定性。实验三线性系统的根轨迹一、实验目的1.熟悉MATLAB用于控制系统中的一些基本编程语句和格式。2.利用MATLAB语句绘制系统的根轨迹。3.掌握用根轨迹分析系统性能的图解方法。4.掌握系统参数变化对特征根位置的影响。二、实验内容1-1.>>G=tf(1,[conv([1,2,2],[1,6,13]),0]);rlocus(G);gridtitle('RootLocusPlotofG(s)=K/[s(s+2s+2)(s^2+6s+13)]')[K,P]=rlocfind(G)Selectapointinthegraphicswindow结果显示：selected_point=0.0498+1.0248iK=33.7970P=-2.8003+2.2016i-2.8003-2.2016i-2.48020.0404+1.0355i0.0404-1.0355i所以K的取值范围是：0<K<33.79701-2.>>s=tf('s');G=(s+12)/((s+1)*(s^2+12*s+100)*(s+10));rlocus(G)gridtitle('G(s)=K(s+12)/[(s+10)(s^2+12*s+100)(s+10)]的根轨迹曲线')[K,P]=rlocfind(G)Selectapointinthegraphicswindowselected_point=-0.1777+10.4037iK=1.1529e+003P=0.1038+10.1743i0.1038-10.1743i-11.6038+2.9398i-11.6038-2.9398i所以K值的取值范围是：0<K<1.1529e+0031-3.>>s=tf('s');G=(0.05+1)/(s*(0.0714*s+1)*(0.012*s^2+0.1*s+1));rlocus(G)gridtitle('G(s)=K(0.05+1)/[s(0.0714s+1)(0.012s^2+0.1s+1)]的根轨迹曲线')[K,P]=rlocfind(G)Selectapointinthegraphicswindowselected_point=0.0592+7.3602iK=6.5706P=-11.2717+4.9455i-11.2717-4.9455i0.1022+7.2895i0.1022-7.2895i所以K值的取值范围是：0<K<6.5706>>s=tf('s');G=(s^2+2*s+4)/(s*(s+4)*(s+6)*(s^2+4*s+1));G1=feedback(G,1);rlocus(G1);gridtitle('RootLocusPlotofG(s)=K(s^2+2*s+4)/(s*(s+4)*(s+6)*(s^2+4s+1))')[K,P]=rlocfind(G1)Selectapointinthegraphicswindowselected_point=0.0533+6.2888iK=500.7618P=-12.27150.0236+6.3054i0.0236-6.3054i-0.8878+1.8236i-0.8878-1.8236i心得体会通过本次实验我学到了很多，首先熟悉MATLAB用于控制系统中的一些基本编程语句和格式。学会了利用MATLAB语句绘制系统的根轨迹。掌握了用根轨迹分析系统性能的图解方法和系统参数变化对特征根位置的影响。为课程的学习打下了基础实验四线性系统的频域分析一、实验目的1．掌握用MATLAB语句绘制各种频域曲线。2．掌握控制系统的频域分析方法。二、实验内容1．用Matlab作Bode图.要求:画出对应Bode图,并加标题.（1）>>num=[25];den=[1,4,25];bode(num,den)gridtitle('BodeDiagramofG(s)=25/(s^2+4*s+25)')显示伯德图如下所示：（2）>>num=9*[1,0.2,1];den=conv([1,0],[1,1.2,9]);bode(num,den)gridtitle('BodeDiagramofG(s)=9*(s^2+0.2*s+1)/(s*(s^2+1.2*s+9)')显示伯德图如下所示：2.某开环传函为：，试绘制系统的Nyquist曲线，并判断闭环系统稳定性，最后求出闭环系统的单位脉冲响应。（1）系统的Nyquist曲线>>num=[50];den=conv([1,5],[1,-2]);nyquist(num,den)gridtitle('NyquistPlotofG(s)=50/[(s+5)*s-2]')显示奈氏图如下所示：2）判断闭环系统稳定性及单位脉冲响应>>num=[50];den=conv([15],[1-2]);G=tf(num,den);G1=feedback(G,1);figure;nyquist(num,den)%v=[-2,2,-2,2];%axis(v)gridtitle('′NyquistPlotofG(s)=50/(s+5)*(s-2)')figure;impulse(G1)显示结果：3.已知系统结构图如图所示：其中：（1）（2）要求：（a）作波特图，并将曲线保持进行比较>>Gc1=tf([1],[1]);Gc2=tf([1],[110]);G=tf([1],[110]);G11=series(Gc1,G);G22=series(Gc2,G);sys1=feedback(G11,1,-1);sys2=feedback(G22,1,-1);bode(sys1,sys2);gridon;title('波特图')（b）分别计算两个系统的稳定裕度值，然后作性能比较（1）>>G1=tf([1],[1]);G3=tf([1],[110]);Ga=series(G1,G3);sys1=feedback(Ga,1,-1);bode(sys1);margin(sys1);[Gm,Pm,Wcq,Wcp]=margin(sys1)gridtitle('lige')Gm=InfPm=90Wcq=InfWcp=1.0000（2）>>num=[1];den=conv([10],[11]);G2=tf(num,den);G3=tf([1],[110]);Gb=series(G2,G3);sys2=feedback(Gb,1,-1);bode(sys2);margin(sys2);[Gm,Pm,Wcq,Wcp]=margin(sys2)gridtitle('lige')gridonWarning:Theclosed-loopsystemisunstable.InctrlMsgUtils.warning(line25)InDynamicSystem/margin(line65)Gm=In