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1、自动控制原理实验报告学 院： 机电工程学院 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： - 1 -实验一：在 MATLAB 中创建系统模型一、实验目的： 1熟悉 MATLAB桌面和命令窗口，初步了解 SIMULINK功能模块的使用方法。2通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。二、实验过程：1.传递函数模型的建立1）多项式形式的传递函数课本例 2.23上机操作过程如下：课本 P62，习题 2-3上机操作过程如下：- 2 -2）零、极点形式的传递函数课本例 2.24上机操作过程如下：3）分子、分母为因式乘积形式的传递函数课本例 2.25上机操作过程如下：-
2、3 -2.Simulink 建模课本例题上机操作如下：设单位反馈系统的开环传递函数为：)1()sG将其转换成 Simulink框图，输入为阶跃信号，它的 Simulink框图如下所示： 比例环节 和 的 SIMULINK图形建模操作如下；1)(sG2)(s比例环节 的 SIMULINK图形如下图所示：)(1- 4 -比例环节 的 SIMULINK图形2)(1sG- 5 -3.课后练习用 matlab 求下列函数的拉氏变换（习题 2-1） ，上机操作过程如图所示：- 6 -实验二：在 MATLAB 中算特征根及绘制根轨迹图一、实验目的： 1掌握 MATLAB下的根轨迹绘制方法；2学会利用根轨迹进
3、行系统分析。二、实验过程：1）例 3-21 试利用 MATLAB 函数求例 3.1 中 k=2.k=20 时系统的特征根，并分别判定稳定性。上机操作过程如下： num=2;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.25 1);g=tf(num,den);sys=feedback(g,1); pzmap(sys)p=pole(sys)p =-11.0314 -1.4843 + 2.2470i- 7 -1.4843 - 2.2470i- 8 -2）例 3-22 二阶系统如图 3.13 所示，设 Wn=1,试研究系统的单位阶跃响应与参数 的关系。上机操作过程如下： w=1; num=w2;
4、 figure(1); hold on; for x=0.2:0.1:1.2den=1 2 * x * w w2;sys=tf(num,den);step(sys)endgrid on3）开环传递函数 绘制其闭环根轨迹。1()(2KGss上机输入程序如下： z=;p=0,-1,-2;k=1;sys=zpk(z,p,k);rlocus(sys)- 9 -运行结果：Root LocusReal AxisImag Axis-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1-4-3-2-101234System: sys Gain: 2.43 Pole: -0.203 - 0.946i Damping: 0.
5、21 Overshoot (%): 50.9 Frequency (rad/sec): 0.968 4）例 4-20 利用 MATLAB 程序绘制例 4-11 的广义根轨迹上机输入程序如下:num=1;den=1 2 0;g=tf(num,den);rlocus(g);hold onfor k1=0.1:0.2:3num=1;den=1 2 k1 0;sys=tf(num,den);rlocus(sys)end运行结果如下:- 10 -5）习题 4-1 设单位反馈系统的开环传递函数为，)10()sKG试用解析法绘制增益 K 从 0 变化时的闭环根轨迹，用 MATLAB 绘制出。上机输入程序如下
6、;num=1;den=conv(1 0,1 10);rlocus(num,den)运行结果如下： - 11 -实验三：控制系统的频域分析法一、实验目的： 1掌握用 MATLAB 语句绘制各种频域曲线。2掌握控制系统的频域分析方法。二、实验过程：1）例题1.系统的开环传递函数为 )1.0()12()( ssHsG绘制Bode图、Nyquist曲线和Nichols曲线的MATLAB程序如下：num=10;den=conv(2 1,conv(1 1,0.1 1);gh=tf(num,den);figure(1)bode(gh)gridfigure(2)- 12 -nyquist(gh)figure(
7、3)nichols(gh)Ngrid执行后的Bode图、Nyquist曲线和Nichols曲线为：- 13 -2）典型二阶系统 22)(nssG绘制出 ， ，0.3，0.5，0.8，2 的 bode 图，记录并分析 对系统6n1.0 bode 图的影响。num =0 0 36; den1=1 1.2 36; den2=1 3.6 36;den3=1 6.0 36; den4=1 9.6 36; den5=1 24 36;w=logspace(-2,3,100);bode(num,den1,w);gridtext (4.2,-15,=0.1)hold bode(num,den2,w);text
8、(2.5,-22,=0.3)bode(num,den3,w); text (13.5,-150,=0.5)bode(num,den4,w); text (24,-157,=0.8)bode(num,den5,w); - 14 -text (1.4,-45,=2.0)-100-80-60-40-20020Magnitude (dB)10-2 10-1 100 101 102 103-180-135-90-450Phase (deg)=0.1=0.3=0.5=0.8=2.0Bode DiagramFrequency (rad/sec)实验四：控制系统的设计一、实验目的： 1掌握用 MATLAB 语
9、句绘制各种频域曲线。2掌握控制系统的校正设计方法。二、实验过程：1）试利用 MATLAB 命令完成例 6.9 的控制系统设计。，设 k=100。)1.0()skGMATLAB 的程序如下：k=100;num=k;den=conv(1 0,0.1 1);Gp=tf(num,den);h0,r0,wg0,wc0=margin(Gp);- 15 -wm=40;L=bode(Gp,wm);Lwc=20*log10(L);a=10(-0.1*Lwc);T=1/(wm*sqrt(a);phi=asin(a-1)/(a+1);Gc=(1/a)*tf(a*T 1,T 1);Gc=a*Gc;G=series(G
10、c,Gp);bode(G,Gp,-)gridh,r,wg,wc=margin(G)执行的结果如下：第一次校正得到的 Bode 图2）试用 MATLAB 命令完成例 6.1 的控制系统设计。设单位反馈系统的开环传递函数为 。)5(1kssG）（程序如下：num=1;den=conv(1 0,conv(1 1,1 5);sys=tf(num,den);rlocus(sys)- 16 -num=4.17den=conv(1 0,conv(1 1,1 5);sys=tf(num,den);sys1=feedback(sys,1);figurestep(sys1)执行结果如下：校正前系统的根轨迹校正前系统的阶跃响应1.选取校正装置的极点 ，于是矫正装置的零点为 ，故01.iP 1.0/iPZ滞后校正装置的传递函数为: s()cG程序如下：num=0.1*1 0.1;den=conv(conv(1 0,1 0.01),conv(1 1,1 5);sys=tf(num,den);rlocus(sys)- 17 -num1=4.17*1 0.01;sys1=tf(num1,den);sys2=feedback(sys1,1);figurestep(sys2)执行结果如下：
