基于MATLAB的控制系统频域设计.docx

1、基于MATLAB的控制系统频域设计基于MATLAB的控制系统频域设计姓名： 学院：专业： 班级： 学号： 基于MATLAB的控制系统频域设计一 实验目的1. 利用计算机作出开环系统的波特图2. 观察记录控制系统的开环频率特性3. 控制系统的开环频率特性分析二 预习要点1.预习Bode图和Nyquist图的画法；2.Nyquist稳定性判据内容。三 实验方法1、奈奎斯特图（幅相频率特性图） 对于频率特性函数G(jw)，给出w从负无穷到正无穷的一系列数值，分别求出Im(G(jw)和Re(G(jw)。以Re(G(jw) 为横坐标， Im(G(jw) 为纵坐标绘制成为极坐标频率特性图。MATLAB提供

2、了函数nyquist()来绘制系统的极坐标图，其用法如下：nyquist(a,b,c,d)：绘制出系统的一组Nyquist曲线，每条曲线相应于连续状态空间系统a,b,c,d的输入/输出组合对。其中频率范围由函数自动选取，而且在响应快速变化的位置会自动采用更多取样点。nyquist(a,b,c,d,iu)：可得到从系统第iu个输入到所有输出的极坐标图。nyquist(num,den)：可绘制出以连续时间多项式传递函数表示的系统的极坐标图。nyquist(a,b,c,d,iu,w)或nyquist(num,den,w)：可利用指定的角频率矢量绘制出系统的极坐标图。当不带返回参数时，直接在屏幕上绘制

3、出系统的极坐标图（图上用箭头表示w的变化方向，负无穷到正无穷） 。当带输出变量re,im,w引用函数时，可得到系统频率特性函数的实部re和虚部im及角频率点w矢量（为正的部分）。可以用plot(re,im)绘制出对应w从负无穷到零变化的部分。2、对数频率特性图（波特图） 对数频率特性图包括了对数幅频特性图和对数相频特性图。横坐标为频率w，采用对数分度，单位为弧度/秒；纵坐标均匀分度，分别为幅值函数20lgA(w)，以dB表示；相角，以度表示。MATLAB提供了函数bode()来绘制系统的波特图，其用法如下：bode(a,b,c,d,iu)：可得到从系统第iu个输入到所有输出的波特图。bode(

4、a,求取系统对数频率特性图（波特图）：bode()求取系统奈奎斯特图（幅相曲线图或极坐标图）：nyquist() b,c,d)：自动绘制出系统的一组Bode图，它们是针对连续状态空间系统a,b,c,d的每个输入的Bode图。其中频率范围由函数自动选取，而且在响应快速变化的位置会自动采用更多取样点。bode(num,den)：可绘制出以连续时间多项式传递函数表示的系统的波特图。bode(a,b,c,d,iu,w)或bode(num,den,w)：可利用指定的角频率矢量绘制出系统的波特图。当带输出变量mag,pha,w或mag,pha引用函数时，可得到系统波特图相应的幅值mag、相角pha及角频率

5、点w矢量或只是返回幅值与相角。相角以度为单位，幅值可转换为分贝单位：magdb=20log10(mag)四 实验内容下面举例说明用MATLAB对控制系统频域设计1用Matlab作Bode图.画出对应Bode图 , 并加标题.（1） num=25;den=1 4 25;G=tf(num,den);figure(1)margin(G);figure(2)nichols(G);axis(-207 0 -40 40);ngridfigure(3)nyquist(G);axis equal（2）num=conv(0 1,1 0.2 1);den=conv(1 0,1 1.2 9); G=tf(num,d

6、en);figure(1)margin(G);figure(2)nichols(G);axis(-207 0 -40 40);ngridfigure(3)nyquist(G);axis equal2用Matlab作 Nyquist图.画对应Nyquist图,并加网格标题.num=1;den=1 0.8 1; G=tf(num,den);figure(1)margin(G);figure(2)nichols(G);axis(-207 0 -40 40);ngridfigure(3)nyquist(G);axis equal3典型二阶系统，试绘制取不同值时的Bode图。取。当w=6, =0.1时n

7、um=36;den=1 1.2 36; G=tf(num,den);figure(1)margin(G);当w=6, =1.0时num=36;den=1 12 36; G=tf(num,den);figure(1)margin(G);num=50;den=conv(1 5,1 -2); G=tf(num,den);figure(1)margin(G);figure(2)nichols(G);axis(-207 0 -40 40);ngridfigure(3)nyquist(G);axis equalhold onimpulse(G) 4某开环传函为：，试绘制系统的Nyquist 曲线，并判断闭

8、环系统稳定性，最后求出闭环系统的单位脉冲响应。num=50;den=conv(1 5,1 -2); G=tf(num,den);figure(1)margin(G);figure(2)nichols(G);axis(-207 0 -40 40);ngridfigure(3)nyquist(G);axis equal有奈奎斯特图可知它有左半平面的开环极点，也可看出他包围了（-1，j0），所以系统不稳定。5当T=0.1，=2时num=1;den=0.01 0.4 1; G=tf(num,den);figure(1)margin(G);figure(2)nichols(G);axis(-207 0

9、-40 40);ngridfigure(3)nyquist(G);axis equaltitle(波特图)当T=0.1，=1时当T=0.1，=0.5时当T=0.1，=0.1时；num=1;den=0.01 0.02 1; G=tf(num,den);figure(1)margin(G);figure(2)nichols(G);axis(-207 0 -40 40);ngridfigure(3)nyquist(G);axis equaltitle(波特图)6要求：(a)作波特图num=31.6;den=conv(1 0,0.01 1)； den=conv(den,0.1 1);G=tf(num,

10、den);figure(1)margin(G);(b)由稳定裕度命令计算系统的稳定裕度和，并确定系统的稳定性K=1/0.1;G0=zpk(,0 -100 -10,K);lg, c,wx,wc=margin(G0)lg =1.1000e+004c= 89.9370wx = 31.6228wc = 0.0100有奈奎斯特图可知它有左半平面的开环极点，也可看出他包围了（-1，j0），所以系统不稳定。(c)在图上作近似折线特性，与原准确特性相比7已知系统结构图如图所示 ：其中：（1） （2）要求：（a）作波特图，并将曲线保持进行比较当Gc（s）=1时num1=1;den1=1,1,0;bode(num

11、1,den1) margin(num1,den1) 当Gc（s）=1/(s+1)s时num=1;den1=conv(1 0,1 1);den2=conv(den1,1 0);den=conv(den2,1 1); G=tf(num,den);G=feedback(G,1,-1);figure(1)margin(G)num1=1;den1=1,1,0;bode(num1,den1) margin(num1,den1) hold onnum=1;den1=conv(1 0,1 1);den2=conv(den1,1 0);den=conv(den2,1 1); G=tf(num,den);G=feedback(G,1,-1);figure(1)margin(G)（b）分别计算两个系统的稳定裕度值，然后作性能比较当Gc（s）=1/(s+1)s时由上图可知：当Gc（s）=1时，幅值裕度为，相角裕度为-52；当Gc（s）=1/(s+1)s时，幅值裕度为-139；相角裕度为；以上就是基于MATLAB的控制系统频域的简单设计