《《控制理论基础》课程实验报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《控制理论基础》课程实验报告（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、控制理论基础课程实验报告 -实验一 matlab 基本操作一实验目的：了解 matalb 基本操作，掌握 MATLAB 软件使用的基本方法，会实用 matlab 建立控制系统的数学模型 二实验内容：1) 用 MATLAB 产生下列系统的传递函数模型： 23413)(52sssG第一题： num=1 3 2 1 1; den=1 4 3 2 3 2; sys=tf(num,den)sys =s4 + 3 s3 + 2 s2 + s + 1-s5 + 4 s4 + 3 s3 + 2 s2 + 3 s + 22）系统结构图如下所示，求有理多项式模型和零极点增益模型第二题：num1=10;den1=1
2、 2 0;sys1=tf(num1,den1);num2=5 7;den2=1 4 2 5;sys2=tf(num2,den2);210s 52473ssu(t) y(t) num,den=series(num1,den1,num2,den2); z,p,k=tf2zp(num,den); sys=zpk(z,p,k)sys =50 (s+1.4)-s (s+3.819) (s+2) (s2 + 0.1809s + 1.309)Continuous-time zero/pole/gain model.3）系统结构图如下所示，求有理多项式模型和零极点增益模型第三题： num1=10;den1=1
3、 2 0;sys1=tf(num1,den1);num2=5 7;den2=1 4 2 5;sys2=tf(num2,den2); sys=parallel(sys1,sys2)sys =15 s3 + 57 s2 + 34 s + 50-s5 + 6 s4 + 10 s3 + 9 s2 + 10 sContinuous-time transfer function. num=15 57 34 50; den=1 6 10 9 10 0; z,p,k=tf2zp(num,den);s21054723ssu(t) y(t) sys=zpk(z,p,k)sys =15 (s+3.422) (s2
4、+ 0.3777s + 0.974)-s (s+3.819) (s+2) (s2 + 0.1809s + 1.309)Continuous-time zero/pole/gain model.4）系统结构图如下所示，求求有理多项式模型和零极点增益模型第四题：num1=10;den1=1,2,0;num2=5,7;den2=1,4,2,5;numc,denc=parallel(num1,den1,num2,den2);sys=tf(numc,denc)r,p,k=residue(numc,denc);z,p,k=tf2zp(numc,denc);sys=zpk(z,p,k)Transfer fu
5、nction:15 s3 + 57 s2 + 34 s + 50-s5 + 6 s4 + 10 s3 + 9 s2 + 10 sZero/pole/gain:15 (s+3.422) (s2 + 0.3777s + 0.974)-s (s+3.819) (s+2) (s2 + 0.1809s + 1.309)心得：学会了 matlab 的简单基本操作和有理多项式模型和零极点增益模型的求法。三实验分析及结论：s1210su(t) y(t)1. 记录程序2. 记录与显示给定系统数学模型3. 完成上述各题4. 简要写出实验心得和问题或建议实验二 一、二阶系统时域特性分析一实验目的：1. 利用 MAT
6、LAB对一、二阶系统进行时域分析。2. 掌握一阶系统的时域特性，理解时间常数 T对系统性能的影响。3. 掌握二阶系统的时域特性，理解二阶系统的两个重要参数 和 n 对系统动态特性的影响。二实验内容：1. 一阶系统 1TsGT 分别为 0.2、0.5、1、5 时单位阶跃响应曲线1） =0.7, n 分别为 2、4、12 时单位阶跃响应曲线3）键入程序，观察并记录单位阶跃响应曲线4）记录各响应曲线实际测取的峰值大小、峰值时间、超调量及过渡过程时间，并填表：以 n=4 =0.7 为例实际值 理论值峰值 Cmax 1.038 1.045峰值时间 tp 1.1587 1.0998超调量 %3.8 4.5
7、51.057 1.071过渡时间 ts 21.356 1.428三实验分析及结论：1. 完成上述各题完成上述各题2. 记录程序，观察记录单位阶跃响应曲线程序：T=0.2 0.5 1 5,num=1,for i=1:4,den=T(i) 1,step(num,den),gtext(T=,num2str(T(i)hold ongrid onend0 5 10 15 20 25 3000.10.20.30.40.50.60.70.80.91T=0.2T=0.5T=1T=5Step ResponseTime (sec)Amplitude程序：T=0.2 0.5 1,num=36,for i=1:3de
8、n=1 12*T(i) 36,step(num,den),gtext(=,num2str(T(i)hold ongrid onend0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.500.20.40.60.811.21.41.6=0.2=0.5=1Step ResponseTime (sec)Amplitude程序：T=2 4 12,for i=1:3num=T(i)den=1 1.4*T(i) T(i)*T(i)step(num,den)gtext(n =,num2str(T(i)hold ongrid onend0 1 2 3 4 5 600.10.20.30.40.50.60.7
9、n=2n=4n=12Step ResponseTime (sec)Amplitude3. 响应曲线及指标进行比较，做出相应的实验分析结果4. 分析系统的动态特性5. 一阶系统时间常数 T对系统性能有何影响？解：T 越小，系统达到稳态所用的时间就越小，系统越稳定。6. 二阶系统的两个重要参数 和 n 对系统性能有何影响？解：n 一定时 越小，系统的超调量越大，越难达到稳态； 一定时 n 越大，系统稳态的幅值就越小，达到稳态的时间越长；实验三 控制系统频域特性分析一实验目的：1. 加深理解频率特性的概念，掌握系统频率特性的测试原理及方法。2. 利用 MATLAB做出开环系统的奈奎斯特图和波特图，对
10、控制系统特性进行分析。二实验内容：1. 用 Matlab作 Nyquist 图. 系统开环传函为 3215sG解： num=1 5 1; den=1 2 3; sys=tf(num,den); nyquist(sys)从中可以看出对应的闭环系统是稳定的2. 用 Matlab作 Bode图. 系统开环传函为 14.02ssG解： num=1; den=1 0.4 1; sys=tf(num,den); margin(sys)由对应得伯德图的判别法可知该系统是稳定的。3. 键入程序，观察并记录各种曲线三实验分析及结论：7. 完成上述各题8. 记录程序，观察记录各种曲线9. 根据开环频率特性图分析闭
11、环系统稳定性及其他性能10. 做出相应的实验分析结果11. 典型环节的频率特性？12. 怎样用奈奎斯特图和波德图对控制系统特性进行分析？答：首先要知道系统的开环传递函数在右半平面的极点数 P。若 P=0，图形不包围（-1，j0） ，则闭环系统稳定，反之则不稳定。若 P 不等于 0，图形逆时针包围该点则系统稳定，若逆时针包围的圈数不到 P 圈或顺时针包围该点，则闭环系统不稳定。实验四 控制系统稳定性仿真一实验目的：1. 加深理解稳定性的概念，掌握判断系统的稳定性的原理及方法。2. 学会运用各种稳定判据来判断系统的稳定性及对控制系统稳定性进行分析。3. 学会运用 MATLAB对系统稳定性进行仿真。
12、二实验内容：1. 系统传函为 ，用以下三种方法试判断其稳定27436525sssG1) 利用 pzmap绘制连续系统的零极点图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解：(1)程序如下：num=3 2 5 4 6;den=1 3 4 2 7 2;pzmap(num,den)title(零、极点图);grid 图像如下从图中可以知道这个系统是不稳定的，因为有右极点。(2)主要的程序num=3 2 5 4 6;den=1 3 4 2 7 2;z,p,k=tf2zp(num,den) 结果是:该函数的零点: z= 0.4019 + 1.1965i,
13、 0.4019 - 1.1965i, -0.7352 + 0.8455i, -0.7352 - 0.8455i;该函数的极点为：p= -1.7680 + 1.2673i, -1.7680 - 1.2673i, 0.4176 + 1.1130i, 0.4176 - 1.1130i, -0.2991;从中可以有p可以看出这个系统是不稳定的，因为有右特征根。(3)一句话即可; p=1 3 4 2 7 2;t=roots(p)可得：t= -1.7680 + 1.2673i, -1.7680 - 1.2673i, 0.4176 + 1.1130i, 0.4176 - 1.1130i, -0.2991;也
14、可以判断出它是不稳定的系统。2. 系统传函为 用以上三种方法试判断其稳定2537)(42ssG解：重复上面的工作即可。(1)程序： num=1 2 2;den=1 7 3 5 2;pzmap(num,den)grid图像如下-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 0.550.820.920.960.9780.9890.9960.9990.550.820.920.960.9780.9890.9960.9991234567Pole-Zero MapReal AxisImaginary Axis从图像可以知道该系统有两个右根，故不稳定。(2) num=1 2 2;den=1 7 3 5 2;z,p,k=tf2zp(num,den)结果是:该函数的零点: z= -1.0000 + 1.0000i, -1.0000 - 1.0000i;该函数的极点为p= -6.6553 , 0
