控制系统仿真与CAD实验报告.docx
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控制系统仿真与CAD实验报告
《控制系统仿真与CAD》
实验课程报告
一、实验教学目标与基本要求
上机实验是本课程重要的实践教学环节。
实验的目的不仅仅是验证理论知识，更重要的是通过上机加强学生的实验手段与实践技能，掌握应用MATLAB/Simulink求解控制问题的方法，培养学生分析问题、解决问题、应用知识的能力和创新精神，全面提高学生的综合素质。
通过对MATLAB/Simulink进行求解，基本掌握常见控制问题的求解方法与命令调用，更深入地认识和了解MATLAB语言的强大的计算功能与其在控制领域的应用优势。
上机实验最终以书面报告的形式提交，作为期末成绩的考核内容。
二、题目及解答
第一部分：
MATLAB必备基础知识、控制系统模型与转换、线性控制系统的计算机辅助分析
1.
>>f=inline（'[-x
（2）-x（3）;x
（1）+a*x
（2）;b+（x
（1）-c）*x（3）]','t','x','flag','a','b','c'）;[t,x]=ode45（f,[0,100],[0;0;0],[],0.2,0.2,5.7）;plot3（x（:
1）,x（:
2）,x（:
3））,grid,figure,plot（x（:
1）,x（:
2））,grid
2.
>>y=@（x）x
（1）^2-2*x
（1）+x
（2）;ff=optimset;ff.LargeScale='off';ff.TolFun=1e-30;ff.TolX=1e-15;ff.TolCon=1e-20;x0=[1;1;1];xm=[0;0;0];xM=[];A=[];B=[];Aeq=[];Beq=[];[x,f,c,d]=fmincon（y,x0,A,B,Aeq,Beq,xm,xM,@wzhfc1,ff）
Warning:
OptionsLargeScale='off'andAlgorithm=
'trust-region-reflective'conflict.
IgnoringAlgorithmandrunningactive-setalgorithm.Torun
trust-region-reflective,set
LargeScale='on'.Torunactive-setwithoutthiswarning,use
Algorithm='active-set'.
>Infminconat456
Localminimumpossible.Constraintssatisfied.
fminconstoppedbecausethesizeofthecurrentsearchdirectionislessthan
twicetheselectedvalueofthestepsizetoleranceandconstraintsare
satisfiedtowithintheselectedvalueoftheconstrainttolerance.
Activeinequalities（towithinoptions.TolCon=1e-20）:
lowerupperineqlinineqnonlin
2
x=
1.0000
0
1.0000
f=
-1.0000
c=
4
d=
iterations:
5
funcCount:
20
lssteplength:
1
stepsize:
3.9638e-26
algorithm:
'medium-scale:
SQP,Quasi-Newton,line-search'
firstorderopt:
7.4506e-09
constrviolation:
0
message:
[1x766char]
3.
（a）>>s=tf（'s'）;G=（s^3+4*s+2）/（s^3*（s^2+2）*（（s^2+1）^3+2*s+5））
G=
s^3+4s+2
------------------------------------------------------
s^11+5s^9+9s^7+2s^6+12s^5+4s^4+12s^3
Continuous-timetransferfunction.
（b）
>>z=tf（'z',0.1）;H=（z^2+0.568）/（（z-1）*（z^2-0.2*z+0.99））
H=
z^2+0.568
-----------------------------
z^3-1.2z^2+1.19z-0.99
Sampletime:
0.1seconds
Discrete-timetransferfunction.
4.
>>A=[010;001;-15-4-13];B=[002]';C=[100];D=0;G=ss（A,B,C,D）,Gs=tf（G）,Gz=zpk（G）
G=
a=
x1x2x3
x1010
x2001
x3-15-4-13
b=
u1
x10
x20
x32
c=
x1x2x3
y1100
d=
u1
y10
Continuous-timestate-spacemodel.
Gs=
2
-----------------------
s^3+13s^2+4s+15
Continuous-timetransferfunction.
Gz=
2
---------------------------------
（s+12.78）（s^2+0.2212s+1.174）
Continuous-timezero/pole/gainmodel.
5.
设采样周期为0.01s
>>z=tf（'z',0.01）;H=（z+2）/（z^2+z+0.16）
H=
z+2
--------------
z^2+z+0.16
Sampletime:
0.01seconds
Discrete-timetransferfunction.
6.
>>symsJKpKis;G=（s+1）/（J*s^2+2*s+5）;Gc=（Kp*s+Ki）/s;GG=feedback（G*Gc,1）
GG=
（（Ki+Kp*s）*（s+1））/（J*s^3+（Kp+2）*s^2+（Ki+Kp+5）*s+Ki）
7.
（a）>>s=tf（'s'）;G=（211.87*s+317.64）/（（s+20）*（s+94.34）*（s+0.1684））;Gc=（169.6*s+400）/（s*（s+4））;H=1/（0.01*s+1）;GG=feedback（G*Gc,H）,Gd=ss（GG）,Gz=zpk（GG）
GG=
359.3s^3+3.732e04s^2+1.399e05s+127056
----------------------------------------------------------------
0.01s^6+2.185s^5+142.1s^4+2444s^3+4.389e04s^2+1.399e05s+127056
Continuous-timetransferfunction.
Gd=
a=
x1x2x3x4x5x6
x1-218.5-111.1-29.83-16.74-6.671-3.029
x212800000
x30640000
x40032000
x5000800
x6000020
b=
u1
x14
x20
x30
x40
x50
x60
c=
x1x2x3x4x5x6
y1001.0973.5591.6680.7573
d=
u1
y10
Continuous-timestate-spacemodel.
Gz=
35933.152（s+100）（s+2.358）（s+1.499）
----------------------------------------------------------------------
（s^2+3.667s+3.501）（s^2+11.73s+339.1）（s^2+203.1s+1.07e04）
Continuous-timezero/pole/gainmodel.
（b）设采样周期为0.1s
>>z=tf（'z',0.1）;G=（35786.7*z^2+108444*z^3）/（（1+4*z）*（1+20*z）*（1+74.04*z））;Gc=z/（1-z）;H=z/（0.5-z）;GG=feedback（G*Gc,H）,Gd=ss（GG）,Gz=zpk（GG）
GG=
-108444z^5+1.844e04z^4+1.789e04z^3
----------------------------------------------------------------
1.144e05z^5+2.876e04z^4+274.2z^3+782.4z^2+47.52z+0.5
Sampletime:
0.1seconds
Discrete-timetransferfunction.
Gd=
a=
x1x2x3x4x5
x1-0.2515-0.00959-0.1095-0.05318-0.01791
x20.250000
x300.25000
x4000.12500
x50000.031250
b=
u1
x11
x20
x30
x40
x50
c=
x1x2x3x4x5
y10.39960.63490.10380.050430.01698
d=
u1
y1-0.9482
Sampletime:
0.1seconds
Discrete-timestate-spacemodel.
Gz=
-0.94821z^3（z-0.5）（z+0.33）
----------------------------------------------------------
（z+0.3035）（z+0.04438）（z+0.01355）（z^2-0.11z+0.02396）
Sampletime:
0.1seconds
Di
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