昆明理工大学-控制系统CAD-上机实验报告word
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控制系统CAD实验报告 实验一 Matlab 使用方法和程序设计一、实验目的 1. 掌握Matlab软件使用的基本方法; 2. 熟悉Matlab的基本运算和程序控制语句; 3. 熟悉Matlab程序设计的基本方法。 2、实验内容1.求多项式的根 4532)( 24 xxxP程序: p=1 2 3 5 4;x=roots(p)结果截图:2已知 ,试使)()()(242424 bacacbcbaf 用符号运算的方法对其因式分解。程序:syms a b c;f=a4*(b2-c2)+b4*(c2-a2)+c4*(a2-b2);factor(f)结果截图:3.编写一个函数,完成求和s=1+2+3+.+i+.+n。(n=1000)程序:functionsum=sum(n);sum=0;for i=1:1000;sum=sum+i;endend 结果截图:4.已知一传递函数 ,试将其452)(2sssF分解为部分分式。程序: num=1 2;den=1 5 4;res,poles,k=residue(num,den)结果截图:实验二一、 实验目的1. 掌握如何使用Matlab进行系统的时域分析。2. 掌握如何使用Matlab进行系统的频域分析。3. 掌握如何使用Matlab进行系统的根轨迹分析。4. 掌握如何使用Matlab进行系统的稳定性分析。二、 实验内容1.时域分析根据下面传递函数模型:绘制其单位阶跃响应曲线并从图上读取最大超调量,绘制系统的单位脉冲响应。 8106)65(3)(2sssG程序:num = 3,15,18;den = 1,6,10,8;G = tf(num,den);step(G);grid;figure(2);impulse(G); grid;结果截图:单位阶跃响应曲线:单位脉冲响应曲线:结果分析:由图中可直接读出:峰值=2.41系统最大超调量 MP=7.28%2.频域分析典型二阶系统传递函数为: 222)( nnwssG当 =0.7, n 取6时的 Bode Nichols Nyquist图的单位阶跃响应。(1)Bode 图程序:syms a b;a = 0.7; b = 6;num = b*b;den = 1,2*a*b,b*b;G = tf(num,den);bode(G);grid;结果截图:结果分析:闭环系统是稳定的。(2)Nichols图程序:syms a b;a = 0.7; b = 6;num = b*b;den = 1,2*a*b,b*b;G = tf(num,den);nichols(G);结果截图:结果分析:相角裕度大于0,幅值裕度大于0,闭环系统是稳定的。(3)Nyquist图程序:syms a b;a = 0.7; b = 6;num = b*b;den = 1,2*a*b,b*b;G = tf(num,den);nyquist(G);结果截图:结果分析:当频率从负无穷变到正无穷时,Nyquist曲线不包含(-1,j0),所以闭环系统是稳定的。3.根轨迹分析绘制下面负反馈系统系统的根轨迹,并分析系统稳定的K值范围。前向通道: ssKsG53)(2反馈通道: 10)(H程序:gsys = tf(1,3,5,0);hsys = tf(1,1,100);rlocus(gsys*hsys);sgrid;k = ljiewding(gsys,hsys)ljiewding函数:function K=ljiewding(gsys,hsys) k=0.0001:1:1000;nn=length(k); for i =1:1:800p=chdihshu(gsys,hsys,k(i); ii=find(real(p)=0);n=length(ii); if(n0),break,end end if n=0 disp(系统稳定 K的取值范围为 K0);else if k(i)=0.0001 disp(系统在 K0取值范围不稳定);else if k(i)=1.0001k=0.0001:0.001:k(i);nn=length(k); for i=1:nnp=chdihshu(gsys,hsys,k(i); ii=find(real(p)=0);n=length(ii);if(n0),disp(系统稳定临界值 );k(i);break end;endelsek=k(i)-1:0.001:k(i)+1;nn=length(k); for i=1:nnp=chdihshu(gsys,hsys,k(i); ii=find(real(p)=0);n=length(ii); if(n0),disp(系统稳定临界值 );k(i);break end,end end;end;end K=k(i);Chdihshu函数:function p=chdihshu(gsys,hsys,K) sys=feedback(K*gsys,hsys);num,den=tfdata(sys,v);p=roots(den);结果截图:结果分析:系统稳定的K值范围是:0odB的频段内,二阶系统对数相频特性不穿越-180。 线,所以闭环系统是稳定的。实验三一、 实验目的掌握使用Bode 图法进行控制系统设计的方法;熟悉Ziegler-Nichols 的第二种整定方法的步骤。二、 实验内容1. 设一单位负反馈控制系统,如果控制对象的开环传递函数为:试设计一个串联超前校正装置。)80)(4)(sKsGp要求:校正后系统的相角裕度 45 ;当系统的输入信号是单位斜坡信号时,稳态误差ess0.04; 绘制出校正后系统和未校正系统的Bode 图及其闭环系统的单位阶跃响应曲线,并进行对比。程序:未校正前:num = 8000;den = conv(1,0,conv(1,4,1,80);G = tf(num,den);margin(G)校正:num = 8000;den = conv(1,0,conv(1,4,1,80);G = tf(num,den);sys1 = feedback(G,1);step(sys1);Gm,Pm,Wcg,Wcp = margin(G);w = 0.1:0.1:10000;mag,phase = bode(G,w);magdb=20*log10(mag);phim1 = 45; deta = 10;phim = phim1-Pm+deta;bita = (1-sin(phim*pi/180)/(1+sin(phim*pi/180);n = find(magdb+10*log10(1/bita)=0.001);n = length(pr0);if n=1breakend;endstep(GcG,0:0.001:3);Km运算结果:可确认Km=421.0;Tm=2.15-0.75=1.4故确定PID 控制器的Kp,Ti,Td 的值,并求设计出的系统的单位阶跃响应曲线,给出系统的性能指标程序如下:num = 1;den = conv(1,0,conv(1,1,1,20);Km = 421.0;Tm = 1.40;Kp = 0.6*Km;Ti = 0.5*Tm;Td = 0.125*Tm;Kp,Ti,Td,s = tf(s);Gc = Kp*(1+1/(Ti*s)+Td*s);GcG = feedback(Gc*G,1);step(GcG)wn,z,p = damp(GcG);a = wn,z,pk = dcgain(GcG)结果截图:PID 控制器的Kp,Ti,Td 的值:系统的单位阶跃响应曲线:系统的性能指标:a = wn,z,p k为终值结果分析:PID控制器的参数为:KP=252.6,Ti=0.7,Td=0.175。终值K=1- 配套讲稿:
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