控制系统仿真实验5答案.docx
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控制系统仿真实验5答案
实验5：
利用MATLAB实现经典控制系统分析
学号：
姓名：
专业年级：
指导老师：
夏文鹤
实验日期：
2015-11-20
成绩：
实验目的：
1.练习并掌握求取多个模块串联、并联、反馈后的总的模型方法；
2.练习复杂模型的连接方法。
实验内容：
1.已知系统的结构图如图1所示，求整个系统的TF模型。
图1串联连接
>>num1=[5,1];den1=[1,6,111];sys1=tf（num1,den1）;
>>num2=[15.6,29.32,1];den2=[12,26,37,102,1];sys2=tf（num2,den2）;
>>Sys_series=series（sys1,sys2）;
>>Sys_series1=sys1*sys2;
>>tf（Sys_series1）
>>tf（Sys_series）
78s^3+162.2s^2+34.32s+1
----------------------------------------------------------------
12s^6+98s^5+1525s^4+3210s^3+4720s^2+11328s+111
2.系统如图2所示，求整个系统的TF模型和ZPK模型。
图2串联连接
>>num1=[3,1];den1=[1,3,15];sys1=tf（num1,den1）;
>>z=[-2-4];p=[0-3-5];k=20;sys2=zpk（z,p,k）;
>>num2=[0.1,1];den2=[2,1];sys3=tf（num2,den2）;
>>sys=sys1*sys2*sys3
>>tf（sys）
Zero/pole/gain:
3（s+0.3333）（s+2）（s+4）（s+10）
--------------------------------------
s（s+3）（s+5）（s+0.5）（s^2+3s+15）
Transferfunction:
3s^4+49s^3+220s^2+308s+80
---------------------------------------------------------
s^6+11.5s^5+59.5s^4+192s^3+307.5s^2+112.5s
3.已知系统的结构图如图3所示，求整个系统的TF模型。
图3并联连接
>>num1=[1,13];den1=[1,0,6,211];sys1=tf（num1,den1）;
>>num2=[16,22,17];den2=[11,27,33,162,8];sys2=tf（num2,den2）;
>>Sys_parallel=parallel（sys1,sys2）
>>S=sys1+sys2
Transferfunction:
27s^5+192s^4+497s^3+4099s^2+6858s+3691
--------------------------------------------------------------------------
11s^7+27s^6+99s^5+2645s^4+5903s^3+7935s^2+34230s+1688
Transferfunction:
27s^5+192s^4+497s^3+4099s^2+6858s+3691
--------------------------------------------------------------------------
11s^7+27s^6+99s^5+2645s^4+5903s^3+7935s^2+34230s+1688
4.系统结构如图4所示，求整个系统的TF模型和ZPK模型。
图4三个模块并联连接
>>num1=[22,1];den1=[1,5,23,15];sys1=tf（num1,den1）;
>>z1=[-6];p1=[0-3-10];k1=0.2;sys2=zpk（z1,p1,k1）;
>>num3=5*conv（[0.61],[1.51]）;%多项式乘法
>>den3=conv（[21],[371]）;
sys3=tf（num3,den3）;
syszpk=sys1-sys2+sys3
systf=tf（syszpk）
Zero/pole/gain:
0.75（s+32.84）（s+10.05）（s+3.02）（s+2.269）（s+0.5509）（s-0.008304）（s^2+0.6734s+0.3865）
---------------------------------------------------------------------------------------------
s（s+3）（s+2.18）（s+0.7582）（s+0.5）（s+10）（s+0.1529）（s^2+4.242s+19.78）
Transferfunction:
0.75s^8+37.05s^7+467.4s^6+2072s^5+3881s^4+3294s^3+1584s^2+347.9s-3
-------------------------------------------------------------------------------------------
s^9+20.83s^8+170.5s^7+825.5s^6+2380s^5+3673s^4+2680s^3+822.5s^2+75s
5.系统结构如图5所示，求整个系统的闭环传递函数模型。
图5反馈连接
>>z1=[];p1=[0,0,-2,-5];k1=10;g1=zpk（z1,p1,k1）
>>z2=[-8];p2=[-13,-15];k2=13.6;g2=zpk（z2,p2,k2）
>>feedback（g1,g2,1）
Zero/pole/gain:
10
---------------
s^2（s+2）（s+5）
Zero/pole/gain:
13.6（s+8）
-------------
（s+13）（s+15）
Zero/pole/gain:
10（s+13）（s+15）
---------------------------------------------------------------
（s+14.98）（s+13.02）（s+5.064）（s-0.613）（s^2+2.542s+1.796）
>>z1=[];p1=[0,0,-2,-5];k1=10;g1=zpk（z1,p1,k1）
>>z2=[-8];p2=[-13,-15];k2=13.6;g2=zpk（z2,p2,k2）
>>feedback（g1,g2,-1）
Zero/pole/gain:
10
---------------
s^2（s+2）（s+5）
Zero/pole/gain:
13.6（s+8）
-------------
（s+13）（s+15）
Zero/pole/gain:
10（s+13）（s+15）
-----------------------------------------------------------------
（s+15.02）（s+12.98）（s+4.928）（s+2.384）（s^2-0.3047s+0.4753）
6.编程求图6所示系统的传递函数。
图6串联-反馈连接
g1=10;
g2=tf（2,[11]）;
g3=tf（1,[132]）;
g4=tf（1,[10]）;
sys1=feedback（g2*g3,g4,-1）;
sys=feedback（10*sys1,1,-1）
20s
------------------------------
s^4+4s^3+5s^2+22s+2
7.已知控制系统结构如图7所示。
其中各环节传递函数分别为：
求系统的传递函数。
（1）用基本连接语句series和feedback；
g1=1;
g2=tf（1.2*[21],[20]）;
g3=tf（[0.80.2],[40]）;
g4=tf（1.2,[41]）;
g5=2.5;
g6=0.5;
g7=tf（0.5,[101]）;
sys1=feedback（g3*g4,g5,-1）;
sys=g1*feedback（g2*sys1*g7,g6,-1）
Transferfunction:
1.152s^2+0.864s+0.144
-----------------------------------------------
320s^4+160s^3+25.38s^2+1.632s+0.072
（3）用符号表达式方法。
s=sym（'s'）;
G1=1;G2=1.2*（2*s+1）/（2*s）;
G3=0.2*（4*s+1）/（4*s）;G4=1.2/（4*s+1）;
G5=1/0.4;G6=0.5;G7=0.5/（10*s+1）;
sys1=G3*G4/（1+G3*G4*G5）;
sys2=[G2*sys1*G7]/[（1+G2*sys1*G7*G6）];
sys=G1*sys2
zpk（sys）
[num,den]=tfdata（sys,'v'）
[z1,p1,k1]=tf2zp（num,den）
sys1zp=zpk（z1,p1,k1）
8.飞机俯仰角控制系统结构图如下，设K=0.25,编程解决以下问题：
（1）求取系统闭环传递函数的多项式模型；
（2）将其转换为ZPK模型；
（3）求取系统的特征根；
0.7
0.5
-1
0.4
K
陀螺
图6飞机俯仰角控制系统结构图
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