控制工程-实验指导书-修订版

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1、《控制工程基础》实验指导书常熟理工学院机械工程学院2009.916目录1.MATLAB时域分析实验………………………………………………………22.MATLAB频域分析实验………………………………………………………43.Matlab校正环节仿真实验…………………………………………………84.附录:Matlab基础知识……………………………………………………1416实验1MATLAB时域分析实验一、实验目的1.利用MATLAB进行时域分析和仿真。要求:(1)计算连续系统的时域响应(单位脉冲输入,单位阶跃输入,任意输入)。2.掌握Matlab系统分析函数impulse、step、lsim、roo

2、ts、pzmap的应用。二、实验内容1.已知某高阶系统的传递函数为,试求该系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位速度响应和单位加速度响应。MATLAB计算程序num=[22050];den=[11584223309240100];t=(0:0.1:20);figure(1);impulse(num,den,t);%ImpulseResponsefigure(2);step(num,den,t);%StepResponsefigure(3);u1=(t);%Ramp.Inputholdon;plot(t,u1);lsim(num,den,u1,t);%Ramp.Responsegtext(‘

3、t’);figure(4);u2=(t.*t/2);%Acce.Inputu2=(0.5*(t.*t))holdon;plot(t,u2);16lsim(num,den,u2,t);%Acce.Responsegtext(‘t*t/2’);1.已知某高阶系统的传递函数为,试求该系统的极点并判断系统的稳定性。MATLAB计算程序den=[123456789];roots(den)3.已知某高阶系统的传递函数为,试求该系统的零极点并判断系统的稳定性。MATLAB计算程序num=[3.12*10^56.25*10^6];den=[11.0*10^28.0*10^34.4*10^56.24*10^

4、6];[p,z]=pzmap(num,den);pzmap(num,den);title(‘Pole-ZeroMap’);holdon;三、实验预习学习Matlab基础知识,了解Matlab的基本功能和软件的基本使用方法,并学习教材中几个Matlab函数的使用方法。四、实验报告内容(1)实验目的、方法;(2)修改系统的传递函数,得到相应的时域响应,将该图保存并打印后粘贴到实验报告上,并进行必要的说明。(3)分析实验的意义和结论。16实验2 MATLAB频域分析实验一、实验目的1、加深理解频率特性的概念,了解一般系统的的Nyquist图和Bode图的特点和绘制。2、学习采用MATLAB绘制和

5、分析系统频率特性图二、实验要求1、分析开环系统的频率特性,并用MATLAB绘制其开环Nyquist图和Bode图,求取剪切频率ωc,将实验结果与理论分析计算结果进行比较,验证理论的正确性。2、用MATLAB作闭环Nyquist图和Bode图,分析单位反馈系统的频率特性。三、实验原理1、对数频率特性:Bode图——对数坐标图,又称Bode图,它由对数幅频特性图和对数相频特性图组成。对数幅频特性图纵坐标标度为20lgG(jw),其中对数以10为底均匀分度,采用单位是分贝(db);横坐标标度为lgw,以对数分度绘制,标以w,采用单位是弧度/秒(rad/s)。对数相频特性图纵坐标为角度,均匀分度,

6、采用单位为度,横坐标与第一张图完全相同。对数相频特性图放在第一张之下,同时使横坐标的上下一一对应,以便对比分析。2、极坐标频率特性曲线(又称尼奎斯特曲线)它是在复平面上用一条曲线表示w由时的频率特性。即用矢量G(jw)的端点轨迹形成的图形,w是参变量。在曲线的上的任意一点可以确定实频、虚频、幅频和相频特性。3、用MATLAB作频率特性曲线1)用MATLAB作开环频率特性设系统的开环传递函数为(2.1)则系统的开环频率特性为(2.2)16据式(2.2)和表2.1中的MATLAB命令可绘制出相应的尼奎斯特图和博德图。2)用MATLAB作闭环频率特性若表示频率特性幅值,表示相角,则闭环频率特性为

7、(2.3)其频率响应可按式(2.3)计算出不同频率处的和(i=1,2,3,…),即可求得闭环系统频率特性并画出相应的曲线。3)单位负反馈系统的频率特性设单位负反馈系统的开环传递函数为,闭环频率特性表示为(2.4)有式(2.2),得(2.5)据式(2.5)和表2.1的MATLAB命令可绘制出闭环频率特性曲线。表1MATLAB绘制频率响应曲线基本命令表调用格式说明nyquist(num,den,w)Nyquist(num,d

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