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控制系统仿真实验
第二部分控制系统仿真实验
实验一MATLAB软件操作练习
一、 实验目的
1. 熟悉MATLAB软件的基本操作;
2.学会用MATLAB做基本数学计算
3.学会矩阵的创建。
4.熟悉利用MATLAB计算矩阵。
二、实验内容
1.帮助命令
使用help命令,查找sqrt(开方)函数的使用方法;
2.在命令窗口输入矩阵A=[715;256;315],B=[111;222;333]
3.矩阵运算
(1)矩阵的乘法
已知A=[12;34];B=[55;78];
求A^2*B
(2)矩阵除法
已知A=[123;456;789];
B=[100;020;003];
A\B,A/B
(3)矩阵的转置及共轭转置
已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i];
求A.',A'
(4)使用冒号选出指定元素
已知:
A=[323;246;6810];
求A中第3列前2个元素;A中所有列第2,3行的元素;
三、实验步骤
1.熟悉MATLAB的工作环境,包括各菜单项、工具栏以及指令窗口、工作空间窗口、启动平台窗口、命令历史窗口、图形文件窗口和M文件窗口。
2.在指令窗口中完成实验内容中规定操作并记录相关实验结果,并撰写实验报告。
实验二 M文件编程及图形处理
一、实验目的
1.学会编写MATLAB的M文件;
2.熟悉MATLAB程序设计的基本方法;
3.学会利用MATLAB绘制二维图形。
三、实验内容
1.基本绘图命令
(1)绘制余弦曲线y=cos(t),t∈[0,2π]
(2)在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5),t∈[0,2π]
2.基本绘图控制
绘制[0,4π]区间上的x1=10sint曲线,并要求:
(1)线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号;
(2)给横坐标标注’t’,纵坐标标注‘y(t)‘,
3.M文件程序设计
(1)编写程序,计算1+3+5+7+…+(2n+1)的值(用input语句输入n值);
(2)编写分段函数
的函数文件,存放于文件ff.m中,计算出
,
的值
二、实验要求
1.预习实验内容,按实验要求编写好实验程序;
2.上机调试程序,记录相关实验数据和曲线,并撰写实验报告。
实验三数学模型建立与转换
一、实验目的
1.学会用MATLAB建立控制系统的数学模型。
2.学会用MATLAB对控制系统的不同形式的数学模型之间的转换和连接。
二、实验内容
1.建立控制系统的数学模型
用MATLAB建立下述零极点形式的传递函数类型的数学模型:
2.不同形式及不同类型间的数学模型的相互转换
1)用MATLAB将下列分子、分母多项式形式的传递函数模型转换为零极点形式的传递函数模型:
2)用MATLAB将下列零极点形式的传递函数模型转换为分子、分母多项式形式的传递函数模型:
3.用MATLAB命令求如下图所示控制系统的闭环传递函数
三、实验要求
预习实验内容,按实验要求编写好实验程序,调试程序,记录相关实验数据和曲线,并撰写实验报告。
实验四控制系统响应及性能分析
一、实验目的
⑴掌握控制系统频率特性曲线绘制方法。
⑵学会用MATLAB绘制控制系统的根轨迹。
⑶学习控制系统动态响应曲线的绘制及动态性能指标的测试方法
二、实验内容
1.已知系统的开环传递函数为:
求系统在单位负反馈下的阶跃响应曲线。
2.系统开环传递函数如下:
要求绘制系统根轨迹并进行系统分析。
①在MATLAB环境下输入程序
num=[124];
den=conv([10],conv([14],conv([16],[11.41])));
rlocus(num,den)
绘制出系统的根轨迹图
②输入命令
rlocfind(num,den)
移动鼠标,确定系统变为不稳定时的k值。
3.系统结构图如下所示,试用nyquist频率曲线判断系统的稳定性。
如果系统稳定,求出系统稳定裕度。
并绘制系统的单位冲激响应以验证判断结论。
其中
三、实验要求
1.预习实验内容,按实验要求编写好实验程序,调试程序;
2.根据控制系统的响应曲线,分析系统的性能;
3.记录相关实验数据和曲线,并撰写实验报告。
实验五控制系统综合
一、实验目的
(1).学习校正装置的设计和实现方法。
(2).掌握MATLAB进行控制系统设计的基本方法
二、实验内容
设被控对象的传递函数为:
设计方案,满足下列设计要求:
。
1.串联超前校正
参考程序:
ng=10;
dg=[1,5,0];
G0=tf(ng,dg);
kc=10;
dPm=70+10;
[mag,phase,w]=bode(G0*kc);
Mag=20*log10(mag);
[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G0*kc);
phi=(dPm-Pm)*pi/180;
alpha=(1+sin(phi))/(1-sin(phi));
Mn=-10*log10(alpha);
Wcgn=spline(Mag,w,Mn);
T=1/Wcgn/sqrt(alpha);
Tz=alpha*T;
Gc=tf([Tz1],[T1]);
bode(G0*kc,G0*kc*Gc);
[Gm1,Pm1,Wcg1,Wcp1]=margin(G0*kc*Gc);
2.串联滞后校正
参考程序:
clear
clc
close
num=100;
den=[150];
[gm,pm,wcg,wcp]=margin(num,den);
dpm=-180+70+12;
[mag,phase,w]=bode(num,den);
wc=spline(phase,w,dpm);
magg=20*log10(mag);
mm=spline(w,magg,wc);
beta=10^(-mm/20);
w2=0.2*wc;
t=1/(beta*w2);
num1=[beta*t,1];
den1=[t,1];
gc=tf(num1,den1);
h=tf(num,den);
g=h*gc;
[gm1,pm1,wcg1,wcp1]=margin(g);
bode(g,'y')
holdon
bode(h,'r')
holdoff
pm1
三.实验要求
1.本实验属于设计性实验,根据实验内容选择设计方案,如串联校正,PID控制等;
2.按实验要求编写好实验程序,调试程序,得到校正前和校正后的BODE图;
3.记录相关数据和曲线,并撰写实验报告。
实验六simulink仿真
一、实验目的
1.掌握SIMULINK软件的基本内容及仿真方法。
2.熟悉实际系统动态结构图的建立方法。
二、实验内容
1.利用SIMULINK进行时域系统分析,选择合适的增益k使系统跟踪输入给定信号。
2.建立如图2所示的典型PID控制位置随动系统模型,选择阶跃输入模块.用示波器观察系统的仿真输出。
并对Kp、Ki、Kd参数进行调整,使系统具有较满意的动态性能。
Kp+Ki/s+Kds
2
s(s+8.5)
Θo
图2PID控制系统结构图
①打开各相应函数库,建立如图3所示的PID控制系统的结构图程序文件;
②打开各元件参数设置窗口,输入各参数。
先取Kp=5,Ki=0.5,Kd=1;
③打开simulation菜单,选择Parameter项,设定适当的仿真参数;
④启动仿真,观察响应的动态特性;
⑤调整Kp、Ki、Kd参数,使得系统具有较满意的动态性能。
三.实验要求
1.SIMULINK环境下建立系统的仿真模型,调节实验参数,获得满意的响应曲线;
2.记录相关数据、模型和曲线,并撰写实验报告。
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