自动控制实验报告.docx

1、自动控制实验报告实验名称实验一 控制系统数学模型的建立实验时间2014.5.5第12周实验成绩实验目的1、 认识matlab界面，熟悉matlab实验环境。2、 掌握matlab建立控制系统数学模型的命令集模型相互转换的方法。3、 掌握使用matlab命令化简模型基本连接的方法。源程序和实验结果1. 仿照实例实现以下传递函数的有理分式表示6 (s+5)G(s)=-(s2+3s+1)2 (s+6) (s3+6s2+5s+3)程序：num=6*1,5;den=conv(conv(conv(1,3,1,1,3,1),1,6),1,6,5,3);G=tf(num,den)程序截图：结果：Transfe

2、r function:6 s + 30-s8 + 18 s7 + 124 s6 + 417 s5 + 740 s4 + 729 s3 + 437 s2 + 141 s + 182. 仿照实例实现以下传递函数的零极点表示：7 (s+3)G（s）=-(s+2) (s+4) (s+5)程序：z=-3;p=-2,-4,-5;k=7;sys=zpk(z,p,k)结果：Zero/pole/gain:7 (s+3)-(s+2) (s+4) (s+5)3. 已知两环节传递函数G1（s）和G2(s)及反馈环节系数-1，求G1（s）和G2(s)两者串联和并联后的传递函数。并显示单位负反馈时的闭环传递函数。s +

3、1G1(S)=- S+21G2(S)=-500S2串联程序：num1=1,1;den1=1,2;num2=1;den2=500,0 0;num,den=series(num1,den1,num2,den2);G=tf(num,den)结果：Transfer function:s + 1-500 s3 + 1000 s2并联程序：num1=1,1;den1=1,2;num2=1;den2=500,0 0;nump,denp=parallel(num1,den1,num2,den2);G=tf(nump,denp)结果：Transfer function:500 s3 + 500 s2 + s +

4、 2-500 s3 + 1000 s2单位负反馈闭环传递函数程序：num1=1,1;den1=1,2;num2=1;den2=500,0 0;num,den=feedback(num1,den1,num2,den2,-1)G=tf(num,den)结果：num =500 500 0 0den =500 1000 1 1Transfer function:500 s3 + 500 s2-500 s3 + 1000 s2 + s + 14. 创建一个4阶系统的微分方程为：、y(4)+10y(3)+30y(2)+40y(1)+24y=4u(2)+36u(1)+32u求:（1）传递函数多项式（2）创建

5、G（s）为ZPK对象程序：numG=4 36 32denG=1 10 30 40 24G=tf(numG,denG)GG=zpk(G)z,p,k=zpkdata(G,v)z,p,k=zpkdata(GG,v)结果：numG =4 36 32denG =1 10 30 40 24Transfer function:4 s2 + 36 s + 32-s4 + 10 s3 + 30 s2 + 40 s + 24Zero/pole/gain:4 (s+8) (s+1)-(s+6) (s+2) (s2 + 2s + 2)z =-8-1p =-6.0000 -2.0000 -1.0000 + 1.0000

6、i-1.0000 - 1.0000ik =4z =-8-1p =-6.0000 -2.0000 -1.0000 + 1.0000i-1.0000 - 1.0000ik =4小结和心得：通过这次实验，我掌握matlab建立控制系统数学模型的命令集模型相互转换的方法，同时，掌握使用matlab命令化简模型基本连接的方法。实验名称实验二 线性控制系统的时域分析实验时间2013.5.12第13周实验成绩实验目的1、掌握一阶系统和二阶系统的阶跃响应。2、理解二阶系统的无阻尼、欠阻尼、临界阻尼和过阻尼响应。3、掌握二阶系统的两个重要参数、n对阶跃瞬态响应指标的影响3、分析系统的稳定性、瞬态过程和稳态误差。

7、5、理解高阶系统的主导极点对系统特性的影响。6、理解系统的零点对系统动态特性的影响。源程序和实验结果1. 判断系统的传递函数如下，判断其稳定性：S3+7s2+24s+24(1)G(s)=-S4+10s3+35s2+50s+24S3+7s2+24s+24(2)G(s)=-S8+2S7+3S5+S4+10s3+35s2+50s+24（1）源程序：num=1 7 24 24;den=1 10 35 50 24; g=tf(num,den) roots(g.den1)运行结果：Transfer function:s3 + 7 s2 + 24 s + 24-s4 + 10 s3 + 35 s2 + 50

8、 s + 24因为它的极点都在左半平面内，所以系统稳定。（2）源程序：因为它在右半平面有极点，所以系统不稳定。2.单位负反馈系统的开环传递函数为 8G（s）=-S(S+2)求闭环系统的单位阶跃响应，标出系统的ts，tr，tp，并计算最大超调量和稳态误差。源程序：num=8;den=1,2,8;G=tf(num,den);yss=1; t=0:0.1:30;yout,t=step(G);y1,i=max(yout);Mp=(y1-yss)/ysstp=t(i)dta=0.02;j=100;while yout(j)1+dta&yout(j) G=tf(1,15 8 2);nyquist(G)ro

9、ots(15 8 2)ans =-0.2667 + 0.2494i-0.2667 - 0.2494i运行结果：小结和心得通过本次实验，我学习了使用MATLAB绘制Bode图和Nyquist图，掌握使用Bode图和Nyquist图分析系统性能的方法。实验名称实验四 线性控制系统的校正实验时间2013.5.26 第15周实验成绩实验目的1、熟练最佳二阶模型法校正控制系统法。2、熟练最佳频比的典型三阶模型校正控制系统法。源程序和实验结果1.单位反馈伺服系统的开环传递函数为： 200 试按最佳二阶模型整定PIDG(s)=- ,S(0.1s+1)参数，并绘制校正前后系统阶跃响应曲线和Bode图。num=

10、200;den=0.1 1 0;bode(num,den)2.设开环传递函数 10 试按最佳二阶模型整定PID参数，并绘G(s)=-，（s+1）（0.01s+1）制校正前后系统阶跃相应的曲线和Bode图。num=10;den=0.01 1.01 1;bode(num,den)3设单位反馈系统的开环传递函数 40 试按具有最佳频比的 G(s)=-，s(0.2s+1)(0.0625s+1)典型三阶模型定PID参数，并绘制校正前后系统阶跃相应曲线和Bode图。num=40;den=0.0125 0.2625 1 0;bode(num,den)4. 被控制对象传递函数为 400 要求技术指标为：zeta=0.5和wn=13.5G(s)=-，s(s2+30s+200)rad/s。设计一个串联校正装置，并绘制校正前后系统阶跃相应的曲线和Bode图。根据实验，试说明校正前后系统的调节时间和超调量有何变化，相角裕度，增益穿越频率又有什么变化？小结和心得:通过本次实验，我熟练掌握了最佳二阶模型法校正控制系统法和最佳频比的典型三阶模型校正控制系统法。