浙师大机械控制工程基础实验报告.doc
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1、机械控制工程基础实验报告学 院 工学院职业技术教育学院 班 级 机械设计制造及其自动化 姓 名 XXX 学 号 xxxxxxxx 50 / 50实验项目名称: Matlab语言基础实验 机械控制工程基础实验报告之一一、实验目的和要求1、掌握Matlab软件使用的基本方法 2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句 3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制 4、掌握Matlab软件求拉普拉斯变换及逆变换基本方法二、实验内容Command Window1) MATLAB工作环境平台图1 在英文Windows 平台上的MATLAB6.5 MATLAB工作平台 命令窗口(Command
2、Window)命令窗口是对 MATLAB 进行操作的主要载体,默认的情况下,启动MATLAB 时就会打开命令窗口,显示形式如图 1 所示。一般来说,MATLAB的所有函数和命令都可以在命令窗口中执行。掌握 MALAB 命令行操作是走入 MATLAB 世界的第一步。命令行操作实现了对程序设计而言简单而又重要的人机交互,通过对命令行操作,避免了编程序的麻烦,体现了 MATLAB 所特有的灵活性。在运行MATLAB后,当命令窗口为活动窗口时,将出现一个光标,光标的左侧还出现提示符“”,表示MATLAB正在等待执行命令。注意:每个命令行键入完后,都必须按回车键!当需要处理相当繁琐的计算时,可能在一行之
3、内无法写完表达式,可以换行表示,此时需要使用续行符“”否则 MATLAB 将只计算一行的值,而不理会该行是否已输入完毕。使用续行符之后 MATLAB 会自动将前一行保留而不加以计算,并及下一行衔接,等待完整输入后再计算整个输入的结果。在 MATLAB 命令行操作中,有一些键盘按键可以提供特殊而方便的编辑操作。比如:“”可用于调出前一个命令行,“”可调出后一个命令行,避免了重新输入的麻烦。当然下面即将讲到的历史窗口也具有此功能。 历史窗口(Command History)历史命令窗口是 MATLAB6 新增添的一个用户界面窗口,默认设置下历史命令窗口会保留自安装时起所有命令的历史记录,并标明使用
4、时间,以方便使用者的查询。而且双击某一行命令,即在命令窗口中执行该命令。 当前目录窗口(Current Directory)在当前目录窗口中可显示或改变当前目录,还可以显示当前目录下的文件,包括文件名、文件类型、最后修改时间以及该文件的说明信息等并提供搜索功能。 工作空间管理窗口(Workspace)工作空间管理窗口是 MATLAB 的重要组成部分。在工作空间管理窗口中将显示所有目前保存在内存中的 MATLAB 变量的变量名、数据结构、字节数以及类型,而不同的变量类型分别对应不同的变量名图标。2) MATLAB 的基本规定(1) 数值的表示MATLAB 的数值采用十进制,可以带小数点或负号。以
5、下表示都合法。0, -100, 0.008, 12.752,1.8e-6 ,8.2e52(2) 变量命名规定 变量名、函数名:字母大小写表示不同的变量名。如A 和a 表示不同的变量名;sin 是MATLAB 定义的正弦函数,而Sin,SIN 等都不是。 变量名的第一个字母必须是英文字母,不能是数字,最多可包含31 个字符(英文、数字和下连字符)。如A21 是合法的变量名,而3A21 是不合法的变量名。 变量名中不得包含空格、标点,但可以有下连字符。如变量名A _b21 是合法变量名,而A,21 是不合法的。(3) 基本运算符 表1 MATLAB 表达式的基本运算符数学表达式MATLAB 运算符
6、MATLAB 表达式加a + b+a + b减abab乘ab*a*b除ab/或a/b或ab幂abab点乘两矩阵元素相乘.*a.*b(4) MATLAB 默认的预定义变量在MATLAB 中有一些预定义变量(predefined variable)。每当MATLAB 启动,这些变量就被产生。用户在定义变量时,尽量避开表2 所列预定义变量名,以免产生混淆。表2 MATLAB 的预定义变量预定义变量含义预定义变量含义ans计算结果的缺省变量名NaN或nan未定式,如0/0eps机器零阈值nargin函数输入宗量数目flops浮点运算次数nargout函数输出宗量数目Inf 或inf无穷大,如1/0re
7、almax最大正实数i 或j虚单元i = j =realmin最小正实数pi圆周率3) MATLAB 图形绘制在二维曲线绘制中,最基本的指令是plot( )函数。如果用户将x 和y 两组数据分别在向量x 和y 中存储,且它们的长度相同,调用该函数的格式为:plot(x,y)这时将在一个图形窗口上绘出所需要的二维图形。在MATLAB 命令窗口提示符“”下键入 help plot ,可得到plot( )函数的相关内容,如曲线颜色和线型的改变。(1)绘制余弦曲线y=cos(t),t0,2解: t=0:pi/100:2*pi; y=cos(t) plot(t,y)(2)在同一坐标系中绘制余弦曲线y=c
8、os(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5), t0,2解:t=0:pi/100:2*pi; y1=cos(t-0.25);y2=sin(t-0.5); plot(t,y1,t,y2)4) MATLAB求拉普拉斯变换及逆变换(1)在系统默认自变量和参变量情况下求f= t3e3t-1的Laplace变换。 syms x y z t %定义符号变量 f=t3*exp(3*t-1);%定义符号函数 laplace(f)%求laplace变换 ans = 6*exp(-1)/(s-3)4(2)在系统默认自变量和参变量情况下求函数 (s2+4)/(s3+s2+2s)的laplace逆变换。 s
9、yms x y t s z a b u%定义符号变量 f=(s2+4)/(s3+2*s2+2*s);%定义符号函数 ilaplace(f) %求符号函数的laplace逆变换 ans = -exp(-t)*cos(t)-3*exp(-t)*sin(t)+2三. 实验结果及分析(包括运行结果截图、结果分析等)(1) 利用MATLAB求(学号后2位)t及班级号sin(学号后2位t)的拉普拉斯变换学号 13 ; 班级 2 ; 即求: 1)13t 2) 2sin13t1) 2) (2) 建立P73页2-3(6、8、12、18)的传递函数;并利用MATLAB求其相应的原函数P73.题:使用matlab进
10、行下列函数的拉式反变换(2) (4) (6) (8) (10) (12) (14) (16) (18) diarc 狄拉克函数/单位脉冲函数(3)求P73页2-5(1-2)传递函数的零、极点并绘制零极点图1) clc;clear;close all;Gs=zpk(-1,0 0 -2 -5,5)pzmap(Gs)p,z=pzmap(Gs) p = 0 0 -2 -5 z=-1 2) clc;clear;close all;Gs=tf(1 1 0 0,1 5 8 4)pzmap(Gs)p,z=pzmap(Gs) p = -2.0000 -2.0000 -1.000 z = 0 0 -1四. 总结及
11、其心得体会(记录实验感受、上机过程中遇到的困难及解决办法、遗留的问题、意见和建议等。)这节实验课我们主要了解了拉普拉斯变换及拉普拉斯逆变换的matlab编程方法,以计算机的程序算法解决传递函数的繁杂的变换。也学习啦零点极点的画图程序。主要是掌握程序的编程规则。有时候一个传递函数有多种表示方法,需要了解哪个更适用、更简便。总的来说,初次的实验掌握的基本的程序书写方法是比较重要的。老师上课很幽默舒畅,讲课主次内容分的比较好,课上实验节奏感掌握的很好。实验项目名称: 控制系统建模及模型转换 机械控制工程基础实验报告之二一、实验目的和要求1、掌握建立控制系统模型的函数及方法;2、掌握控制系统模型间的转
12、换方法及相关函数;3、掌握典型系统模型的生成方法;4、掌握环节方框图的化简方法。二、实验内容(1)tf ( )函数若要在MATLAB 环境下得到传递函数的形式,可以调用tf ( )函数。该函数的调用格式为G = tf ( num, den );其中num, den 分别为系统传递函数的分子和分母多项式系数向量。返回的G 为传递函数形式。但如果分子或分母多项式给出的不是完全的展开的形式,而是若干个因式的乘积,则事先需要将其变换为完全展开的形式,两个多项式的乘积在MATLAB下借用卷积求取函数conv( )得出,其调用格式为p=conv(p1,p2)其中p1和p2为两个多项式,调用这个函数就能返回
13、乘积多项式p。如果有3个多项式的乘积,就需要嵌套使用此函数,即p=conv(p1,conv(p2,p3) 或 p=conv(conv(p1,p2),p3)请注意在调用时括号的匹配。MATLAB还支持一种特殊的传递函数的输入格式,在这样的输入方式下,应该先用s=tf(s)定义传递函数算子,然后用数学表达式直接输入系统的传递函数。请自己通过下面两个例子来演示和掌握tf ()和s=tf(s)算子这两种输入方式。例1 设系统传递函数 输入方式一:num = 1, 5, 3, 2; den = 1, 2, 4, 3, 1; %分子多项式和分母多项式 G = tf ( num, den ); %这样就获得
14、系统的数学模型G 了。这些命令可在命令行输入也可编成一个M文件。在MATLB提示符“”下键入G,或省略最后命令中分号,则可显示该数学模型。输入方式二:s=tf(s); G=( s3 + 5* s2 + 3* s + 2)/( s4 + 2*s3 + 4* s2 + 3* s + 1);任务一:设系统传递函数 采用上面两种输入方式,输入其传递函数,并记录命令。 例2 设系统传递函数 此题分子或分母多项式给出的不是完全展开的形式,而是若干个因式的乘积,采用tf () 这一种输入法之前,应先用conv( )函数获得分子和分母多项式给出的完全展开的形式num和den,即输入命令:num=conv(0,
15、5,1,2.4);den=conv(conv(conv(1,1,1,1),1,3,4),1,0,1);G=tf(num,den) %语句没有分号结尾,故将显示系统传递函数Transfer function: 5 s + 12-s6 + 5 s5 + 12 s4 + 16 s3 + 15 s2 + 11 s + 4这种情况用算子方法可以更直观地输入系统模型,输入命令为s=tf(s);G=5*(s+2.4)/(s+1)2*(s2+3*s+4)*(s2+1);任务二:在MATLAB 命令窗口中对例2的这两种输入方法进行验证。(2)tfdata()函数如果有了传递函数G,则提取控制系统的传递函数的分子
16、多项式num和分母多项式den可以由tfdata()函数来实现。如输入命令:s=tf(s);G=5*(s+2.4)/(s+1)2*(s2+3*s+4)*(s2+1)num,den=tfdata(G,v) %其中v表示想获得num和den的数值任务三:在MATLAB 命令窗口中对该例进行验证。(3)zpk ()函数若要得到控制系统零极点传递函数,可以调用zpk ( )函数。该函数的调用格式为G = zpk ( Z, P,K );其中K为系统的增益,Z, P 分别为系统传递函数的零点和极点列向量。返回的G 为传递函数形式。例3 设系统传递函数 输入下面的命令:Z=-1.539; -2.7305+2
17、.8538i;-2.7305-2.8538i; %注意使用列向量,另外注意符号P=-1;-2;-3;-4; G=zpk(Z,P,1);在MATLB提示符“”下键入G,或省略最后命令中分号,则可显示该数学模型。 G %下面是MATLB的显示结果Zero/pole/gain:(s+1.539) (s2 + 5.461s + 15.6)- - (s+1) (s+2) (s+3) (s+4)任务四:应用tf2zp( )函数求出例1和任务五中系统的零极点。(3)环节方框图的化简G1(s)G2(s)1.环节串联连接的化简对于上图的两个环节串联,它们的传递函数分别为:,则两个环节串联连阶的等效传递函数为在M
18、ATLAB中,实现两个环节传递函数串联连接的运算为:sys1=tf(num1,den1)sys2=tf(num2,den2)sys=sys1*sys22.环节并联连接的化简G1(s) +G2(s)实现两个环节传递函数串联连接的运算为:sys=sys1+sys23.反馈环节的化简G1(S)G2(S)实现反馈环节化简的运算为:sys=feedback(sys1,sys2,sign)式中sign为反馈符号,+表示正反馈,-为负反馈。缺省为-。三. 实验结果及分析(包括运行结果截图、结果分析等)任务一:设系统传递函数 采用上面两种输入方式,输入其传递函数,并记录命令。 (1)采用num = ; den
19、 = ; G = tf ( num, den )的形式 (2)采用s=tf(s); G=(函数表达式)的形式 任务二:在MATLAB 命令窗口中对例2的这两种输入方法进行验证。(1)(2)任务三:在MATLAB 命令窗口中对该例进行验证。任务四:应用tf2zp( )函数求出例1和任务五中系统的零极点。例1 任务五没有找到四. 总结及其心得体会(记录实验感受、上机过程中遇到的困难及解决办法、遗留的问题、意见和建议等。)这节实验课的实验内容主要是传递函数相关的一些函数编码格式tf ()函数 conv()函数 num = ; den = ; G = tf ( num, den ); s=tf(s);
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