1、控制工程MATLAB实验报告浙江科技学院机电系统开放性实验设计题目： MATLAB控制机电系统实分析 专 业： 机 械 设 计 制 造及 其 自 动 化 班 级： 机 制 122 学生姓名： 王朝旭 指导老师： 高 俊 2014年05月30日实验一 MATLAB语言基本命令1 实验目的1. 掌握科学计算的有关方法，熟悉MATLAB语言及其在科学计算中的运用；2. 掌握MATLAB的命令运行方式和M文件运行方式；3. 掌握矩阵在MATLAB中的运用。2 实验器材计算机WinXP、Matlab7.0软件3 实验内容(1). 输入 A=7 1 5;2 5 6;3 1 5，B=1 1 1; 2 2 2
2、;3 3 3，在命令窗口中执行下列表达式，掌握其含义： A(2, 3) A(:,2) A(3,:) A(:,1:2:3) A(:,3).*B(:,2) A(:,3)*B(2,:) A*B A.*BA2 A.2 B/A B./A (2).输入 C=1:2:20，则 C（i）表示什么？其中 i=1,2,3,10； (3).查找已创建变量的信息，删除无用的变量； (4). 试用 help命令理解下面程序各指令的含义： clear t =0:0.001:2*pi; subplot(2,2,1); polar(t, 1+cos(t) subplot(2,2,2); plot(cos(t).3,sin(t
3、).3) subplot(2,2,3); polar(t,abs(sin(t).*cos(t) subplot(2,2,4); polar(t,(cos(2*t).0.5)4 实验步骤： 打开MATLAB程序，将实验内容中的题目依次输入MATLAB中，运行得到并记录结果，最后再对所得结果进行验证。5 实验报告内容（1） A=7 1 5;2 5 6;3 1 5A = 7 1 5 2 5 6 3 1 5 B=1 1 1; 2 2 2;3 3 3B = 1 1 1 2 2 2 3 3 3 A(2, 3) “ 取矩阵A中第二行第三列的元素”ans = 6 A(:,2) “ 取矩阵A中第二列的元素”an
4、s = 1 5 1 A(3,:) “ 取矩阵A中第三行的元素”ans = 3 1 5 A(:,1:2:3) “使矩阵的第一列到第二列，第二例到第三列，构成新的2*3的矩阵”ans = 7 5 2 6 3 5 A(:,3).*B(:,2) “取矩阵A的三列和B的第二列，对应元素一次相乘”ans = 5 12 15 A(:,3)*B(2,:) “取矩阵A的三列和B的第二行，对应元素进行叉乘”ans = 10 10 10 12 12 12 10 10 10 A*B “矩阵进行叉乘”ans = 24 24 24 30 30 30 20 20 20 A.*B “两矩阵对应元素相乘”ans = 7 1 5
5、 4 10 12 9 3 15 A2 “矩阵A叉乘上矩阵A”ans = 66 17 66 42 33 70 38 13 46 A.2 “举证A中的元素翻倍”ans = 49 1 25 4 25 36 9 1 25 B/A “矩阵B除以矩阵A”ans = 0.1842 0.2105 -0.2368 0.3684 0.4211 -0.4737 0.5526 0.6316 -0.7105 B./A “两矩阵对应元素相除”ans = 0.1429 1.0000 0.2000 1.0000 0.4000 0.33331.0000 3.0000 0.6000（2） C=1:2:20C = 1 3 5 7
6、9 11 13 15 17 19C（i）表示奇数 2*i-1(3)查找已创建变量的信息，删除无用的变量clear “清除”t =0:0.001:2*pi; “定义时间向量”subplot(2,2,1); “定义多块图画的绘图位置”polar(t, 1+cos(t) “绘制函数图像”subplot(2,2,2); plot(cos(t).3,sin(t).3) subplot(2,2,3); polar(t,abs(sin(t).*cos(t) subplot(2,2,4); (4)polar(t,(cos(2*t).0.5)实验二 MATLAB控制系统工具箱使用1 实验目的（1）了解Matla
7、b控制系统工具箱中常用函数.（2）掌握模型转换方法以及奈氏图、伯德图的绘制。（3）掌握系统脉冲、阶跃等响应的仿真方法2 实验器材计算机Win7、Matlab7.0软件3 实验内容（1）利用residue函数求取传递函数的部分分式展开式（2）利用tf函数构建系统传递函数（3）利用impulse、step、lsim等函数仿真系统的单位脉冲、阶跃、速度响应。（4）画出单位负反馈的开环传递函数的在频率0.01-100rad/s间的伯德图（5）画出系统的乃奎斯特图4 实验步骤及内容(1) 写出传递函数的部分展开式a. 列些分子num、分母den的系数 b. 利用residue(num,den) 求出零极
8、点和余项实验运行结果：r = 1.0000 2.5000 -3.0000 0.5000 p =-4.000 -3.0000 -2.000 -1.0000 k=1（2）对于系统A.首先利用conv函数展开分母，获得各阶系数，此时num=14 21; den=conv(conv(conv(1 0 0, 3 1),conv(1 2,1 2), 5 0 3 8)b.再利用tf函数构建传递函数运行结果:G(S)=（3）a. 用tf(num,den)函数构建高阶系统传递函数b.构建时间向量t c 用函数impulse及step仿真系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应d. 用lism函数仿真系统速度响应e. 程
9、序调试成功后实验结果：A impulse 单位脉冲信号实验结果 B step 单位阶跃信号仿真结果C lism函数仿真系统速度响应（4）绘制单位负反馈的开环传递函数的伯德图。a. 写出num，denb. 用logspace函数设定频率范围c 利用bode函数输入幅值增益、相位d. 把增益值转换为分贝值e. 添加网格线，并生成二行一列的图表f. 用semilogx在两个图标中分别生成幅值频率和相频特性曲线。g. 用margin函数获取开环的幅值裕量和相位裕量。h. 程序调试后写入实验报告margin函数获取开环的幅值裕量和相位裕量。Gm = InfPm =126.0768wcg =NaNwcp
10、= 7.2725实验三 MATLAB数字控制器设计初步1 实验目的（1）掌握离散信号z变换和z逆变换的matlab方法（2）掌握离散系统的系统函数零极点分布与系统频率特性的matlab实现方法（3）掌握matlab计算差分方程的方法。2 实验器材计算机Win7、Matlab7.0软件3 实验内容（1）找到matlab的符号运算工具箱提供的z变换函数ztrans与反变换函数iztrans，通过help理解其用法，并掌握符号表达式的构建和应用。F=ztrans(f) %求符号函数f的z变换，返回函数的自变量为z；F=ztrans(f,w) %求符号函数f的z变换，返回函数的自变量为w；F=ztra
11、ns(f,k,w) %对自变量为k的符号函数f求z变换，返回函数的自变量为w。f=iztrans(F) %对自变量为z的符号函数F求逆z变换，返回函数的自变量为n；f=iztrans(F,k) %对自变量为z的符号函数F求逆z变换，返回函数的自变量为k；f=iztrans(F,w,k) %对自变量为w的符号函数F求逆z变换，返回函数的自变量为k。4 实验步骤及实验内容（1）.已知序列，求其z变换。解：在命令窗口中输入如下命令，即可完成f(k)的z变换 syms k f=sym(2(-k);%定义序列 F=ztrans(f)%求z变换F =z/(z - 1/2)（2）已知一离散系统的系统函数，求
12、其冲激响应h(k)。解：运行如下M文件，syms k zH=sym(z/(z2+3*z+2);h=iztrans(H,k)%求逆z变换h = (-1)k - (-2)k (3) MATLAB的zplane函数用于系统函数的零极点图的绘制,调用方式为：zplane(b,a) 其中， b、a分别为系统函数分子、分母多项式的系数向量例.已知一离散系统的系统函数，试绘制其零极点图。解：在MATLAB的命令窗口中输入如下命令，即可得到其零极点图（图7-1）。 a=1 3 2; b=1 -0.7 0.1; zplane(b,a)%绘制其零极点图(4) 若描述离散系统的差分方程为，已知激励，初始状态y(-1
13、)=1,y(-2)=0，求系统的零输入响应，零状态响应。【解】将差分方程两边取z变化的，进整理，得，前一部分为零输入响应，后一部分为零状态响应。将y(-1)=1,y(-2)=0代入第一部分，则零输入响应的表达式为，因此经过z的逆变化得，同理，则零状态激励响应响应的表达式为，如果直接利用iztrans函数进行编程求解如下clcsyms zy=0.5*(1/z-1)/(1+1/2*z-1/2*z2)y=iztrans(y)结果：1/2*charfcn1(n)-3/4*charfcn0(n)+1/12*2n+2/3*(-1)n（5）已知，通过部分分式展开法求F(z) 。F=sym(s+2)/(s*(
14、s+1)2*(s+3);%传递函数F(s)进行符号定义numF,denF=numden(F) ;%提取分子分母pnumF=sym2poly(numF) ;%将分子转化为一般多项式pdenF=sym2poly(denF) ;%将分母转化为一般多项式R,P,K=residue(pnumF,pdenF)%部分分式展开对应部分分式分解结果为：实验四控制系统数学模型的MATLAB实现（用MATLAB展开及合并部分分式）1 实验目的（1）掌握matlab展开部分分式的方法2 实验器材计算机Win7、Matlab7.0软件3 实验步骤及实验内容(1)用matlab展开部分分式 用num和den分别表示G(s
15、)的分子和分母多项式，即MATLAB提供函数reside用于实现部分分式展开，其句法为r, p, k=reside(num,den)其中，r, p分别为展开后的留数及极点构成的列向量；k 为余项多项式行向量。若无重极点，MATLAB展开后的一般形式为：若存在q个重极点p（j），则展开式将包括下列各式：4 实验步骤及实验内容（1）求下式的部分分式展开解： num=1 11 39 52 26; den=1 10 35 50 24; r,p,k=residue(num,den)r = 1.0000 2.5000 -3.0000 0.5000p = -4.0000 -3.0000 -2.0000 -1
16、.0000k = 1所以展开式为：函数residue也可用于将部分分式合并，其句法为num,den=residue(r,p,k) r=1 2 3 4;p=-1 -2 -3 -4;k=0k = 0 num,den=residue(r,p,k)num = 10 70 150 96den = 1 10 35 50 24所以合并式为：实验报告总结： 通过本次实验，培养了一定的动手能力以及一定的交流能力和团队精神，具备了对本专业、本行业等方面的大系统的理解、掌控能力。初步掌握机械设计制造、计算机与电子科学、电气与自动控制、网络与信息检索、传感与检测等基础知识和技术，具有机械工程产品与系统的设计和应用能力。通过本开放实验，初步掌握MATLAB仿真应用软件的建模，仿真方法与过程。同时也通过本次实验，了解了自身的不足，还需要多多学习。 精品文档word文档可以编辑！谢谢下载！
