计算机控制技术及仿真.docx
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计算机控制技术及仿真
《计算机控制技术及仿真》实验指导
姓名：
班级：
机制二班（电子1班）
攀枝花学院机电工程学院
二○一○年十二月
实验一Matlab环境语法及数学运算
（验证性实验）
一、实验目的
1、掌握Matlab软件使用的基本方法；
2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算方法；
3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制。
二、实验仪器与软件
1.PC机1台
2.MATLAB6.X环境
三、实验原理
MATLAB环境是一种为数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式的环境。
MATLAB有3种窗口，即：
命令窗口（TheCommandWindow）、m-文件编辑窗口（TheEditWindow）和图形窗口（TheFigureWindow），而Simulink另外又有Simulink模型编辑窗口。
1．命令窗口（TheCommandWindow）
当MATLAB启动后，出现的最大的窗口就是命令窗口。
用户可以在提示符“>>”后面输入交互的命令，这些命令就立即被执行。
在MATLAB中，一连串命令可以放置在一个文件中，不必把它们直接在命令窗口内输入。
在命令窗口中输入该文件名，这一连串命令就被执行了。
因为这样的文件都是以“.m”为后缀，所以称为m-文件。
2．m-文件编辑窗口（TheEditWindow）
我们可以用m-文件编辑窗口来产生新的m-文件，或者编辑已经存在的m-文件。
在MATLAB主界面上选择菜单“File/New/M-file”就打开了一个新的m-文件编辑窗口；选择菜单“File/Open”就可以打开一个已经存在的m-文件，并且可以在这个窗口中编辑这个m-文件。
四、实验内容、步骤及结果：
1、帮助命令
使用help命令，查找sqrt（开方）函数的使用方法;
方法：
打开MATLAB窗口，在菜单栏选择“Help”,打开一个“Help”子窗口，在这个子窗口左边“Searchtype”里选择“FunctionName”,再在下面的“Searchfor”
中输入函数“sqrt”，点击“Go”，在右边即显示出sqrt函数的使用方法，即：
sqrtSquareroot.
sqrt（X）isthesquarerootoftheelementsofX.Complex
resultsareproducedifXisnotpositive.
Seealsosqrtm.
Overloadedmethods
helpsym/sqrt.m
实验四控制系统仿真
（一）
（综合性实验）
一、实验目的
1、掌握如何使用Matlab进行系统的时域分析
2、掌握如何使用Matlab进行系统的频域分析
3、掌握如何使用Matlab进行系统的根轨迹分析
二、实验仪器与软件
1.PC机1台
2.MATLAB6.X环境
三、实验原理
根据Matlab控制系统常用函数编写出仿真软件，也可以根据SIMULINK完成实验。
四、实验内容
1、时域分析
（1）根据下面传递函数模型：
绘制其单位阶跃响应曲线并从图上读取最大超调量，绘制系统的单位脉冲响应、零输入响应曲线。
解：
num=[52530];
den=[16108];
t=0:
0.01:
10
y=impulse（num,den,t）;
plot（t,y）
num=[52530];
den=[16108];
t=0:
0.01:
10
y=step（num,den,t）;
plot（t,y）
零输入响应：
num=[52530];
den=[16108];
t=0:
0.01:
10
x0=[10]
ls=tf（num,den）
y=initial（ls,x0）;
plot（t,y）
（2）典型二阶系统传递函数为：
当ζ=0.7,ωn取2、4、6、8、10、12的单位阶跃响应。
解：
clear
w=[2:
2:
12]
kos=0.7
figure
（1）
holdon
forwn=w
num=wn.^2
den=[12*kos*wn.^2wn.^2]
step（num,den,6）
end
title（'stepresponse'）
holdoff
num=[0004]
den=[12.84]
t=0:
0.01:
10
y=step（num,den,t）
plot（t,y）
num=[00016]
den=[15.616]
t=0:
0.01:
10
y=step（num,den,t）
plot（t,y）
num=[00036]
den=[18.436]
t=0:
0.01:
10
y=step（num,den,t）
plot（t,y）
num=[00064]
den=[111.264]
t=0:
0.01:
10
y=step（num,den,t）
plot（t,y）
num=[000100]
den=[114100]
t=0:
0.01:
10
y=step（num,den,t）
plot（t,y）
num=[000144]
den=[116.8144]
t=0:
0.01:
10
y=step（num,den,t）
plot（t,y）
（3）典型二阶系统传递函数为：
当ωn=6,ζ取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0的单位阶跃响应。
解：
clear;
wn=6;
figure
（1）;
holdon
forkosai=[0.2:
0.3:
0.8,1.0,2.0]
num=wn^2;
den=[12*kosai*wnwn^2];
t=0:
0.01:
5;
step（num,den,t）;
end
holdoff
gridon
num=[00036]
den=[12.436]
t=0:
0.01:
10
y=step（num,den,t）
plot（t,y）
num=[00036]
den=[14.836]
t=0:
0.01:
10
y=step（num,den,t）
plot（t,y）
num=[00036]
den=[17.236]
t=0:
0.01:
10
y=step（num,den,t）
plot（t,y）
num=[00036]
den=[19.636]
t=0:
0.01:
10
y=step（num,den,t）
plot（t,y）
num=[00036]
den=[11236]
t=0:
0.01:
10
y=step（num,den,t）
plot（t,y）
num=[00036]
den=[11836]
t=0:
0.01:
10
y=step（num,den,t）
plot（t,y）
num=[00036]
den=[13636]
t=0:
0.01:
10
y=step（num,den,t）
plot（t,y）
2、频域分析
（1）典型二阶系统传递函数为：
当ζ=0.7,ωn取2、4、6、8、10、12的伯德图
解：
clear
kesai=0.7;
forwn=2:
2:
12
num=[wn.^2];
den=[12*kesai*wn.^2wn.^2];
g=tf（num,den）;
bode（g）;
gridon
holdon
end
num=[0004]
den=[12.84]
t=0:
0.01:
10
wt=logspace（-1,1）
bode（num,den）
num=[00016]
den=[15.616]
t=0:
0.01:
10
wt=logspace（-1,1）
bode（num,den）
num=[00036]
den=[18.436]
t=0:
0.01:
10
wt=logspace（-1,1）
bode（num,den）
num=[00064]
den=[111.264]
t=0:
0.01:
10
wt=logspace（-1,1）
bode（num,den）
num=[000100]
den=[114100]
t=0:
0.01:
10
wt=logspace（-1,1）
bode（num,den）
num=[000144]
den=[116.8144]
t=0:
0.01:
10
wt=logspace（-1,1）
bode（num,den）
（2）典型二阶系统传递函数为：
当ωn=6,ζ取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0的伯德图。
解：
clear
wn=6;
kesai=[0.20.61.01.52.02.5];
fori=1:
6
num=[wn.^2];
den=[12*kesai（i）*wn.^2wn.^2];
g=tf（num,den）;
bode（g）;
gridon
holdon
end
num=[00036]
den=[12.436]
t=0:
0.01:
10
wt=logspace（-1,1）
bode（num,den）
num=[00036]
den=[14.836]
t=0:
0.01:
10
wt=logspace（-1,1）
bode（num,den）
num=[00036]
den=[17.236]
t=0:
0.01:
10
wt=logspace（-1,1）
bode（num,den）
num=[00036]
den=[19.636]
t=0:
0.01:
10
wt=logspace（-1,1）
bode（num,den）
num=[00036]
den=[11236]
t=0:
0.01:
10
wt=logspace（-1,1）
bode（num,den）
num=[00036]
den=[11836]
t=0:
0.01:
10
wt=logspace（-1,1）
bode（num,den）
num=[00036]
den=[13636]
t=0:
0.01:
10
wt=logspace（-1,1）
bode（num,den）
3、根轨迹分析
根据下面负反馈系统的开环传递函数，绘制系统根轨迹，并分析系统稳定的K值范围。
num=[000k];
den=conv（[1,0],conv（[1,1],[1,2]））
t=0:
0.01:
10
y=impulse（num,den,t）;
plot（t,y）
解：
clear;
num=[01];
den=conv（[10],conv（[11],[12]））;
rlocus（num,den）;
[kp]=rlocfind（num,den）
ls=find（real（p）>0）;
n=length（ls）;
ifn>0
disp（'该点闭环系统是不稳定的'）;
disp（'不稳定的闭环极点是'）;
disp（p（ls））;
else
disp（'该点闭环系统是稳定的'）;
end
运行结果：
Selectapointinthegraphicswindow
selected_point=
-1.3649+2.0000i
k=
10.3298
p=
-3.3307
0.1653+1.7533i
0.1653-1.7533i
该点闭环系统是不稳定的
不稳定的闭环极点是
0.1653+1.7533i
0.1653-1.7533i
五、实验要求
利用所学知识，完成上述各项实验内容，并将实验用程序和结果写在实验报告上。
如果有图，则将图画在实验报告上。
六、实验思考题
1.二维图形函数有何要求？
答：
2.如果要求实验中所用数据由用户从键盘输入，根据如何编写？
实验十双闭环直流调速系统的MATLAB仿真
（设计性实验）
一、实验目的
1、了解Simulink下数学模型的仿真方法。
2、掌握数学模型的仿真建模方法和仿真参数设置要求
3、进一步掌握双闭环反馈控制系统的基本特性。
二、实验原理
双闭环控制系统的结构原理框图如下所示：
ASR:
速度调节换，
要求：
在实验前需下根据双闭环控制原理计算出各环的PI参数，写出正确的系统控制数学模型。
三、实验内容
1、直流电机双闭环控制系统SIMULINK仿真模块建立。
2、仿真参数的设置。
3、各控制点的波形分析。
4、改变给定,观察输出响应的变化。
5、用传递函数方程仿真。
四、实验步骤
1、按上述结构和参数建立仿真模型。
2、设定输入为单位阶跃信号，用scope观察系统输出响应。
3、将改变给定，其余参数不变，观察系统输出响应。
4、突加负载，观察系统的抗扰性能。
改变开环放大系数，观察系统的稳定性能。
5．用建立的传递函数方程仿真。
五、实验报告
按规定的实验报告要求写出实验报告，报告的内容有实验目的、建模名称，参数设置，实验电路，仿真模型结构图、仿真结果波形，结果分析。
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