控制工程基础实验报告(共15页).doc
精选优质文档-倾情为你奉上控制工程基础实验报告姓名： 朱泽强班级： 学号： 322013年11月16日实验一 系统时域响应分析1. 实验目的本实验的主要目的是：通过实验使学生进一步理解系统参数对时域响应的影响，理解系统参数与时域性能指标之间的关系，同时了解系统稳定性的充要条件。2. 实验内容完成一阶、二阶系统在典型输入信号作用下的响应，求取二阶系统的性能指标，记录试验结果并对此进行分析。3. 实验的具体内容及步骤（1）一阶系统（选用不同的时间常数）在典型输入信号（单位脉冲、单位阶跃、正弦信号）作用下的响应。单位阶跃for T=1:1:5t=0:0.01:10;num=1;den=T 1;G=tf(num,den)y1,tt=step(G,t);plot(tt,y1,'-')legend('不同时间参数T下的单位阶跃响应')xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');grid on;hold onend单位脉冲for T=1:1:5t=0:0.01:10;num=1;den=T 1;G=tf(num,den);y1,tt=impulse(G,t);result(T,:)=y1;plot(tt,y1,'-')legend('不同时间参数T下的单位脉冲响应')xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');grid on;hold onEnd通过图形，得出结论：1） 分析T对输出响应的影响 系统达到稳态所需时间和T值有关，T值越大达到稳态所需时间越长。 2）分析不同时间点处输出的大小 单位阶跃： 单位阶跃t=6st=7st=8st=9st=10sT=60.63210.68860.73640.77690.8111T=70.57560.63210.68110.72350.7603T=80.52760.58310.63210.67530.7135T=90.48660.54060.58890.63210.6708T=100.45120.50340.55070.59340.6321单位脉冲t=5st=6st=7st=8st=9st=10sT=50.0.0.0.0.033060.T=60.0.0.0.0.0.T=70.0.0.0.0.0.T=80.0.0.0.0.0.T=90.063750.0.0.0.0.T=100.0.0.0.0.0. （2） 二阶系统（选择不同的阻尼比和无阻尼振荡频率，阻尼比要有欠阻、临界阻尼和过阻尼三种情况）在典型输入信号（单位脉冲、单位阶跃）作用下作用下的响应t=0:0.01:5;i=1for wn=1:2:7;num=wn2;znb=0; den=1 2*znb*wn wn2; G1=tf(num,den);znb=0.2; den=1 2*znb*wn wn2; G2=tf(num,den);znb=0.5; den=1 2*znb*wn wn2; G3=tf(num,den);znb=1; den=1 2*znb*wn wn2; G4=tf(num,den);znb=1.5; den=1 2*znb*wn wn2; G5=tf(num,den);%5种不同阻尼比系统y1,T=impulse(G1,t);y1a,T=step(G1,t);y2,T=impulse(G2,t);y2a,T=step(G2,t);y3,T=impulse(G3,t);y3a,T=step(G3,t);y4,T=impulse(G4,t);y4a,T=step(G4,t);y5,T=impulse(G5,t);y5a,T=step(G5,t);figure(i)plot(T,y1,'-',T,y2,'-.',T,y3,'-',T,y4,'*' ,T,y5,'o')legend('不同阻尼比下的二阶系统单位脉冲响应')xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');grid on;figure(i+1)plot(T,y1a,'-',T,y2a,'-.',T,y3a,'-',T,y4a,'*' ,T,y5a,'o')legend('不同阻尼比下的二阶系统单位阶跃响应')grid on;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); i=i+2end 不同无阻尼振荡频率t=0:0.01:3;i=1for znb=0,0.2,0.5,1,1.5;num=wn2;wn=1; den=1 2*znb*wn wn2; G1=tf(num,den);wn=3; den=1 2*znb*wn wn2; G2=tf(num,den);wn=5; den=1 2*znb*wn wn2; G3=tf(num,den);wn=7; den=1 2*znb*wn wn2; G4=tf(num,den); %4种不同wn系统 y1,T=impulse(G1,t);y1a,T=step(G1,t);y2,T=impulse(G2,t);y2a,T=step(G2,t);y3,T=impulse(G3,t);y3a,T=step(G3,t);y4,T=impulse(G4,t);y4a,T=step(G4,t);figure(i)plot(T,y1,'-',T,y2,'-.',T,y3,'-',T,y4,'*')legend('不同wn下的二阶系统单位脉冲响应')xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');grid on;figure(i+1)plot(T,y1a,'-',T,y2a,'-.',T,y3a,'-',T,y4a,'*')legend('不同wn下的二阶系统单位阶跃响应')grid on;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); i=i+2end （3）完成欠阻尼二阶系统性能指标的求取t=0:0.001:50;yss=1; %稳态输出值1dta=0.02; %误差范围为2%wn=30;s=0.1:0.05:0.95;num=wn2;for i=1:18den=1 2*s(i)*wn wn2;G=tf(num,den);y=step(G,t);r=1;while y(r)<yssr=r+1;endtr(i)=(r-1)*0.001;ymax,p=max(y);tp(i)=(p-1)*0.001;mp(i)=(ymax-yss)/yss;m=50001;while y(m)>1-dta & y(m)<1+dtam=m-1;endts(i)=(m-1)*0.001;end plot(s,tr)legend('阻尼比与上升时间的关系曲线')xlabel('阻尼比'),ylabel('上升时间');grid on;figure(2)plot(s,tp)legend('阻尼比与峰值时间的关系曲线')xlabel('阻尼比'),ylabel('峰值时间');grid on;figure(3)plot(s,mp)legend('阻尼比与超调量的关系曲线')xlabel('阻尼比'),ylabel('超调量');grid on;figure(4)plot(s,ts)legend('阻尼比与调整时间的关系曲线')xlabel('阻尼比'),ylabel('调整时间');grid on; 4.实验分析内容（1）分析时间常数对一阶系统时间响应的影响；时间常数T越大，一阶系统输出响应达到稳定所需要的时间越长.（2）分析系统稳定性与系统特征值的关系； T值越大，则wn越大，sigma也越大，系统的响应和相对稳定性好。 （3）分析参数对二阶系统的时间响应的性能指标的影响； 上升时间tr：固定时，wn越大，tr越小； 峰值时间tp：固定时，wn越大，tp越小；wn固定时，越大，tp越大。超调量Mp:越大，Mp越小。调整时间ts：当阻尼比一定时wn越大调整时间ts越短。 实验二 系统频率特性分析1. 实验目的本实验针对教材第四章、第五章中频率特性分析和系统稳定性分析的相关内容，通过实验过程及对实验结果的分析，加强对频率特性分析、稳定判据及相对稳定性分析的学习效果。2. 实验内容应用用Matlab相应功能，实现几种典型环节（要求改变环节的特征参数）及指定系统的奈氏图和伯德图的绘制；用Bode函数求取系统的频域特征量；在Matlab下求取高阶系统的特征根，由此来判断系统的稳定性，并分析系统的相对稳定性。3. 实验过程一、绘制给定系统的奈氏图和伯德图k=1;num=k;den=conv(1 1 0, 0 2 1);G=tf(num,den)%w= 0.4,5;%设定分析频段re,im=nyquist(G);%记录曲线上各点的实部与虚部nyquist(G)二、 给定系统的稳定性分析1） 利用pzmap绘制系统的零极点图专心-专注-专业num=3,2,5,4,6;den=1,3,4,2,7,2;pzmap(num,den)title('Pole-Zero Map')2） 利用tf2zp求出系统零极点 3） 利用roots求分母多项式的根来确定系统的极点 4)绘制乃氏图判断闭环系统稳定性 num=3,2,5,4,6;den=1,3,4,2,7,2;G=tf(num,den)%w= 0.4,5;设定分析频段re,im=nyquist(G);%记录曲线上各点的实部与虚部nyquist(G,w)3、 求取给定系统的幅值裕度和相位裕度
