计算机控制实验指导书.docx
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计算机控制实验指导书
实验1Matlab的Z变换方法
一、实验目的
学习matlab的Z以及Z反变换方法
二、实验内容
Matlab实现Z变换:
symszn
f=n^4
Fz=ztrans（f）
运行结果：
略
Matlab实现Z反变换:
iztrans
三、实验报告：
写出课本后面习题2.6、2.8、2.9、2.11的Z变换和反变换。
实验2离散系统稳定性分析
一、实验目的
学习matlab的离散系统判稳方法
二、试验内容
1、利用Matlab判稳：
a1=[1-0.1-0.3];b1=[1-0.1-0.56];c1=[1-0.9];%P672.36
f1=roots（conv（a1,conv（b1,c1）））
运行结果-0.7000-0.50000.90000.80000.6000
2、用Matlab画根轨迹。
%P762.43T=10.150.05
num=[1];den=[110];
Ts=input（'Ts='）
[numd,dend]=c2dm（num,den,Ts,'zoh'）
rlocus（numd,dend）;holdon
x=[-1:
0.1:
1];y=sqrt（ones（1,length（x））-x.^2）;
plot（x,y,'r--',x,-y,'r--'）
rlocfind（numd,dend）
三、试验报告
对课本后的习题2.18、2.19、2.20、2.21等判断其稳定性。
实验3离散系统的状态空间分析法
一、实验目的
学习matlab的离散系统状态空间分析法。
二、试验内容
计算机控制系统的离散状态空间表达式。
Ts=1;
num=[1];den=[110];
[numd,dend]=c2dm（num,den,Ts,'zoh'）;
G=tf（numd,dend,Ts）;
ndfb=feedback（G,1）;
[numk,denk]=tfdata（ndfb,'v'）;
[A,B,C,D]=tf2ss（numk,denk）;
nd=ss（A,B,C,D）;
a1=eig（A）
三、实验报告：
完成课后习题3.3、3.6。
实验4离散系统的状态空间分析法
一、实验目的
学习matlab的离散系统状态空间分析法。
二、试验内容
计算机控制系统的离散状态空间判稳。
线性离散系统稳定依赖于系统的Z特征方程的所有特征根，z=pi,|pi|<1（即:
所有特征根在Z平面的单位圆内）。
三、实验报告
用上述方法计算课本P116题3.4和3.5。
实验5最少拍数字控制器设计
一、实验目的
研究有纹波最少拍数字控制器的设计。
二、实验内容
1．系统结构图如P145题4.6，设计题4.6要求的最小拍控制器。
2．用SIMULINK搭建仿真系统，记录系统响应曲线。
三、实验报告
根据设计结果总结最小拍的设计规律。
实验6最少拍数字控制器设计
一、实验目的
研究最少拍无纹波数字控制器的设计。
二、实验内容
1．系统结构图如P145题4.9，题4.10;设计题4.9,题4.10要求的最小拍控制器。
2．用SIMULINK搭建仿真系统，记录系统响应曲线。
三、实验报告
根据设计结果总结最小拍的设计规律。
实验7数字PID控制
一、实验目的
研究PID控制器参数对系统稳定性及其过渡过程的影响。
研究采样周期T对系统特性的影响。
研究1型系统及其2型系统的稳定误差。
二、实验内容
1．系统结构图如下
，
2．用SIMULINK搭建仿真系统，设计数字PID控制器D（z）。
3．调整PID参数到满意的程度，记录此时的参数值，及其相应的动态指标。
4．设计微分先行数字PID,调整PID参数到满意的程度，记录此时的参数值，及其相应的动态指标。
5.设计带死区数字PID,调整PID参数到满意的程度，记录此时的参数值，及其相应的动态指标。
三、实验报告
按实验内容要求，撰写实验报告。
实验8数字PID参数整定
一、实验目的
研究PID参数的整定
二、实验内容
参见实验7实验内容1
用扩充临界比例度法和归一化方法分别整定PID参数
三、实验报告
比较分析两种方法的整定结果。
修改被控对象参数，观察控制效果，写出心得体会。
实验9状态反馈控制器设计
一、实验目的
研究系统的可控与可观性
二、实验内容
根据课本P226,227,计算题7.1,7.2,7.3的可控性和可观性
三、实验报告
编程实现实验内容要求
实验10状态反馈控制器设计
一、实验目的
研究状态反馈控制器的设计
二、实验内容
二阶开环系统为
极点为s1=1s2=2系统是不稳定的。
假设系统的期望极点为p1p2则系统的特征方程为（s-p1）（s-p2）=s2+（p1+p2）s+p1p2=s2+αs+β=0，引入状态反馈u=-Kx=-[k1k2]x则对上述不稳定系统，其闭环状态方程为：
将期望系统特征方程和加入状态反馈系统的特征方程比较有:
k1=α+3k2=β+2
因此，对于二阶系统可以得到任意的闭环极点位置。
主要代码如下：
A=[-0.40-0.01;100;-1.49.8-0.02];
B=[6.3;0;9.8];C=[001];D=0;
w=[0.0110];t=0:
0.05:
10;
P=[-2-1+j-1-j];
[zpgain]=ss2zp（A,B,C,D）
K=place（A,B,P）;
At=A-B*K;Bt=B;Ct=C;Dt=D;
figure;rlocus（A,B,C,0）;
figure;rlocus（At,Bt,Ct,0）;
[zTpTgainT]=ss2zp（At,Bt,Ct,Dt）
dcg=dcgain（At,Bt,Ct,Dt）;
figure;
y=step（A,B,C,D,1,t）;
yc=step（At,Bt,Ct,Dt,1,t）;
yc=yc/dcg;
subplot（211）;plot（t,y）;grid
subplot（212）;plot（t,yc）;grid
三、实验报告
判断系统的可控性，并根据实验内容，配置极点，使得所给系统稳定。
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