《机电系统动态仿真》实验指导书2010版

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1、实验一MATLAB基本操作一、实验目的：①通过上机实验操作，使学生熟悉MATLAB实验环境，练习MATLAB命令、m文件，进行矩阵运算、图形绘制、数据处理。②通过上机操作，使得学生掌握Matlab变量的定义和特殊变量的含义，理解矩阵运算和数组运算的定义和规则。③通过上机操作，使得学生掌握数据和函数的可视化，以及二维曲线、三维曲线、三维曲面的各种绘图指令。二、实验原理与说明Matlab是Matrix和Laboratory两词的缩写，是美国Mathworks公司推出的用于科学计算和图形处理的可编程软件，经历了基于DOS版和Window

2、s版两个发展阶段。三、实验设备与仪器：PC电脑，Matlab7.0仿真软件四、实验内容、方法与步骤：数组运算与矩阵运算数组“除、乘方、转置”运算符前的“.”决不能省略，否则将按矩阵运算规则进行运算；执行数组与数组之间的运算时，参与运算的数组必须同维，运算所得的结果也与参与运算的数组同维。A=[123;456;789];B=[-1-2-3；-4-5-6；-7-8-9];X=A.*BY=A*Bplot用于二维曲线绘图，若格式为plot（X，Y，’s’），其中X为列向量，Y是与X等行的矩阵时，以X为横坐标，按Y的列数绘制多条曲线；若X为

3、矩阵，Y是向量时，以Y为纵坐标按X的列数（或行数）绘制多条曲线。参考程序如下：t=(0:pi/100:pi)'y1=sin(t)*[-11];y2=sin(t).*sin(9*t);plot(t,y1,'r:',t,y2,'b-.')axis([0pi,-1,1])title('DrawnbyDong-yuanGE')程序运行界面如下：plot3用于三维曲线绘制，其使用格式与plot十分相似。参考程序如下：t=0:0.02:2*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=cos(2*t);plot3(x,y,z,'b-',x,y

4、,z,'o')程序运行界面如下：mesh与surf用于三维空间网线与曲面的绘制。基本指令为mesh(X,Y,Z)；surf（X,Y,Z）；参考程序如下：clf[x,y]=meshgrid(-3:0.1:3,-2:0.1:2);z=(x.^2-1.4*x).*exp(-x.^2-y.^2+x.*y);surf(x,y,z),axis([-3,3,-2,2,-0.5,1])title('shadingfaceted'),shadingfaceted%mesh(x,y,z)程序运行界面如下：实验二经典控制系统分析一、实验目的：对控制系统

5、进行时域、频域分析二、实验原理与说明三、实验设备与仪器：PC电脑，Matlab7.0仿真软件。四、实验内容、方法与步骤：1、实验内容：已知系统传递函数为，求最大超调量，调整时间和峰值时间。控制系统的稳态性能用系统的稳态误差表示，它是系统控制精度的度量。H(s)G(s)C(s)R(s)E(s)B(s)图2.1控制系统方框图如图2.1所示，系统的开环传递函数为：，在不考虑干扰的影响时，可得系统的稳态偏差为，可得系统的稳态误差为当系统的输入分别为单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位加速度信号时，可得系统的静态位置误差系数Kp、静态速度误差系

6、数Kv、静态加速度误差系数Ka分别为：则控制系统的稳态偏差分别为：，，。若控制系统为单位反馈系统，则稳态误差等于稳态偏差，若不为单位反馈系统，则。已知单位负反馈系统的开环传递函数为，求其单位斜坡输入时，系统的稳态误差。GK=zpk([],[0-1-5],10);XI=zpk([],[00],1);sys=1/(1+GK);Es=sys*XIess=dcgain(tf([10],[1])*Es)t=0:0.05:10;xi=t;y=lsim(sys*GK,xi,t);plot(t,xi,'r-.',t,y,t,xi-y','k:')

7、xlabel('t(s)')ylabel('幅值、差值')legend('输入','输出','误差',0)title('StaticErrorDevelopedbyDong-yuanGE')图2.2系统的稳态误差2、频域分析：在工程应用中，不仅要考虑系统的稳定性，还要求系统有一定的稳定程度，这就是所谓自动控制系统的相对稳定性问题。所谓相对稳定性就是指稳定系统的稳定状态距离不稳定(或临界稳定)状态的程度。反映这种稳定程度的指标就是稳定裕度。对于最小相位的开环系统，稳定裕度就是系统开环极坐标曲线距离实轴上点的远近程度。这个距离越远，稳

8、定裕度越大，系统的稳定程度越高。在幅值穿越频率上，使得系统达到临界稳定状态所需要附加的相角滞后量，称为相位裕量。指幅值穿越频率所对应的相移与－1800角的差值，即幅值裕度：在相位穿越频率上，使得所应增大的开环放大倍数，叫做幅值裕度。以表示；可通过下