控制系统数字仿真程序及结果文档格式.docx

1、根据提示找到出错位置和原因，加以改正，再进行编译如此反复，直到顺利通过编译和连接为止。 （5）运行程序，并分析运行结果是否合理和正确。在运行时要注意当输入不同数据时所得到的结果是否正确，应多运行几次，分别检查在不同情况下程序是否正确。 （6）输出程序清单和运行结果。4.实验后，应整理出实验报告，实验报告应包括: 实验题目；源程序；5.实验内容的安排本实验教材给出4个实验内容，学生应在实验前将教师指定的题目编好程序，然后上机输人和调试。2 关于程序调试 为了帮助大家调试程序和分析程序，下面简单介绍程序出错的种类。（1）语法错误不符合MATLAB语言的语法规定例如将plot写为polt、括弧不匹配

2、、变量命名错误等，这些都会在编译时被发现并指出。这些都属于“致命错误”。不改正是不能通过编译的。对一些在语法上有轻微毛病但不影响程序运行的问题（如定义了变量但始终未使用），编译时会发出“警告”虽然程序能通过编译，但不应当使程序“带病工作”应该将程序中所有导致错误（error）和警告（warning）的因素都排除，再使程序投入运行。（2）逻辑错误程序无语法错误，也能正常运行，但是结果不对。例如求s=l23十十100。有人写出以下语句:s=1;for i=1:100 s=s+i;end;sum=s语法没有错，但求出的结果是l123十100之和，而不是l23十十100之和。这类错误可能是设计算法时的

3、错误，也可能是算法正确而在编写程序时出现疏忽所致。这种错误计算机是无法检查出来的。如果是算法有错，则应先修改算法，再改程序。如果是算法正确而程序写得不对，则直接修改程序（3）运行错误有时程序既无语法错误，又无逻辑错误，但程序不能正常运行或结果不对。多数情况是数据不对，包括数据本身不合适以及数据类型不匹配。3 Matlab 基础练习（不上交）（1）生成矩阵i） 创建如下矩阵 和ii） 创建C：一个33 单位阵，用最方便的方法。（2）基本矩阵运算运用问题1.1中得到的矩阵A和B，i） 对比A* B 和 A.*B 的结果，并解释MATLAB是如何得出相应的结果。ii） A* B=B*A吗？为什么？i

4、ii） A .* B= B .* A 吗? 为什么？iv）创建矩阵D=B，并计算B* D =?v） 比较A/B AB，并解释所得结果？vi） 创建一个新的 33 矩阵 E ，主对角线元素为5，其它元素为0。（3）脚本程序输入并编辑一个脚本文件程序来计算，并输出结果。（4）函数文件运行一个自己编写的函数文件程序来计算，并输出结果。（5）制图,（a noisy version of y），。i） 用plot将两条曲线画在同一个坐标轴上，原函数用实线，加噪音的函数用开圆（或其它标示符）区分，颜色随意。图及横纵坐标轴需要标注名称，图标标识不同曲线。ii） 用hold on 将两条曲线画在同一个坐标轴上

5、，其它要求同i），加上网格。iii） 用subplot将两条曲线画在同一幅图的两个不同的坐标轴上，其它要求同 i）。第2部分 实验内容实验1 PID控制1.1实验目的：编程实现PID控制算法。1.2实验内容： 二阶系统的时域响应。下面是一个单位阶跃响应，已知系统是一阶线性系统，其传递函数为G（s）。系统内嵌在反馈控制回路中，如下图所示，闭环系统也是一阶的。（1）系统G（s）的开环参数（DC 增益和时间常数） 分别为： 5 3.2 （2）稳态输出和稳态输入之间的关系？ 5:1 （3）若要稳态误差不大于2%，比例增益K的应该为多大？ （SSE2%时，比例增益至少为多少？）K=10（4）系统G（s）

6、的闭环参数（DC 增益和时间常数） 分别为多少？以K的函数形式给出。 Gdc=5k/（5k+1） Ts=3.2/（5k+1）（5）建立开环传递函数。用你在上面步骤中得到的数值写成如下形式： G（s） = Gdc/（s + 1） G（s） = 5/（s*3.2 + 1）（6）建立仿真模型，用Matlab得到系统的阶跃响应，观察比例增益K变化时系统响应的变化，并对比分析仿真结果来验证理论分析的结果.1.3实验程序：l. 学习Matlab中和本实验相关的命令。figurefor-endtf、step（num,den）grid、title、hold on、hold off2 保存或复制实验曲线和数据。

7、1.4实验结果：1 给出相应程序代码并记录实验程序的运行结果。2 分析比例增益K对系统响应的影响。程序：clear all;t=0:0.1:20;num=5;den=3.2 1;plant=tf（num,den）;figure（1）step（plant,t）,axis（0 20 0 6）;grid onfigure（2）Kp=10:1:m=0:0.001:1;hold onfor contr=Kp;sys_cl=feedback（contr*plant,1）;%建立单位负反馈的系统的传递函数step（sys_cl,m）;hold off图像：K对系统的影响：K越大，上升时间越短，调整时间也越短

8、。实验2 根轨迹2.1实验目的：绘制根轨迹。2.2实验内容：反馈系统如下图。系统有一个可调的增益放大器，系数为K。被控对象传递函数为：G（s） = （s + 5）/（s + 1）（s + 3）需要你分析一下系统的行为。 画出作为增益的函数的闭环系统的根轨迹。（i） 明确指出极点离开实轴的点或者是进入实轴的点。 1/（d+1）+1/（d+3）=1/（d+5） d1=-2.1716 d2=-7.8284（ii）给出那些点出现时的K值。k = 11.6569 k = 0.34322.3实验程序：1、学习根轨迹、零极点图绘制的相关语句。rlocus（sys）k,p=rlocfind（num,den）g

9、textpzmap（p,z）num,den=feedback（num,den,1）2、运行实验程序，观察试验结果。3、保存或复制实验曲线和数据。2.4实验结果分析1、给出相应程序代码并记录实验程序的运行结果。2、分析放大系数K对根轨迹影响，并分析放大系数K系统稳定性的影响。num=1 5;den=conv（1 1,1 3）;sys=tf（num,den）;pzmap（sys）;p,z=pzmap（sys）;legend（极点,零点）;rlocus（sys）;k,p1=rlocfind（num,den）k,p2=rlocfind（num,den）系统已经稳定，调节K对系统不会有影响实验3 伯德图

10、补偿 3.1实验目的：MATLAB辅助设计控制系统。3.2实验内容：绘制伯德图，并进行补偿分析。下面是一个带可变增益的闭环系统。被控对象G（s） = 2/（0.5s + 1）（s2 + 4s + 1）。画出G（s） 的伯德图。（i）确定系统G（s）的相角裕量和幅值裕量。 Gm=22.3db Pm=102deg（ii）确定相角裕量为40o时的增益K。 k=3.9670（iii）确定相角裕量为40o时阶跃输入的可达SSE，是否令人满意？ SSE=（1-DCGAIN（sys_cl）/1=0.1119 令人满意3.3实验程序：1、学习频率绘制相关语句。bode（num,den）num,den=zp2t

11、f（z,p,k）logspacesubplot、xlabel、margin2、运行实验程序，观察结果。3.3实验结果分析num=0 2;den=conv（0.5 1,1 4 1）;sys=tf（num,den）bode（sys）margin（sys）for k=3:4; k1=k; sys1=k1*sys; Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin（sys1）; if （Pm-40）/40 -0.0001）&（Pm-40）/40 0.0001） k1 Pm figure（3） margin（sys1） grid on break; end end sys_cl=feedback（sys1,1）

12、 figure（4） step（sys_cl） SSE=1-dcgain（sys_cl）2、 观察程序画出的bode图，与手绘图进行比较。3、 在bode图上读出相角裕量和幅值裕量，并判断闭环系统的稳定性。Gm=22.3db Pm=102deg 系统稳定实验4 奈奎斯特图4.1实验目的：4.2实验内容：绘制奈奎斯特图，并进分析。1、请手绘一下系统的奈图，给出高频渐进线、Dc增益点，实虚轴交点及所在的频率，并用nyquist命令自动生成奈图，进一步验证所绘制的奈图的正确性。a.一阶系统 G（s） = 1/（s + 1）b.二阶系统 G（s） = 1/（s + 1）2c.三阶系统 G（s） = 1/（s + 1）32、用nyquist命令直接绘制高阶系统的奈图。3、用nyquist命令直接绘制复极点系统的奈图。4、用nyquist命令直接绘制系统的奈图，并判断闭环系统的稳定性。4.3实验程序：1、学习Matlab语言与本实验相关的语句nyquist（num,den）2、运行实验程序。4.4实验结果：程