个人资料整理仅限学习使用- 0 - / 18 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：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：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 1 - / 18 2）零、极点形式的传递函数课本例 2.24 上机操作过程如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 2 - / 18 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.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(1)(sssG将其转换成Simulink框图，输入为阶跃信号，它的Simulink框图如下所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 3 - / 18 比例环节1)(1sG和2)(1sG的 SIMULINK图形建模操作如下；比例环节1)(1sG的 SIMULINK图形如下图所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 4 - / 18 比例环节2)(1sG的 SIMULINK图形3. 课后练习用 matlab求下列函数的拉氏变换 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 -1.4843 - 2.2470i 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。 figure(1。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 7 - / 18 hold on。 for x=0.2:0.1:1.2 den=1 2 * x * w w2 。sys=tf(num,den。step(sys end grid on 3）开环传递函数1( )(1)(2)KG ss ss绘制其闭环根轨迹。上机输入程序如下： z= 。p=0,-1,-2 。k=1。sys=zpk(z,p,k。rlocus(sys 运行结果：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 8 - / 18 Root LocusReal AxisImagAxis-6-5-4-3-2-101-4-3-2-101234 System: sys Gain: 2.43 Pole: -0.203 - 0.946i Damping: 0.21 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 on for k1=0.1:0.2:3 num=1。 den=1 2 k1 0。 sys=tf(num,den 。 rlocus(sys end 运行结果如下 : 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 9 - / 18 5）习题 4-1 设单位反馈系统的开环传递函数为)10()(ssKsG，试用解读法绘制增益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。num=1。den=conv(1 0,1 10。rlocus(num,den 运行结果如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 10 - / 18 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)11.0)(1)(12(10)()(ssssHsG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 grid 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 11 - / 18 figure(2 nyquist(gh figure(3 nichols(gh Ngrid 执行后的 Bode 图、Nyquist曲线和 Nichols曲线为：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 12 - / 18 2）典型二阶系统2222)(nnnsssG绘制出6n，1.0，0.3，0.5，0.8，2 的 bode 图，记录并分析对系统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,|?=0.1hold bode(num,den2,w。text (2.5,-22,|?=0.3bode(num,den3,w。text (13.5,-150,|?=0.5bode(num,den4,w。text (24,-157,|?=0.8bode(num,den5,w。text (1.4,-45,|?=2.0精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 13 - / 18 -100-80-60-40-20020Magnitude(dB)10-210-1100101102103-180-135-90-450Phase(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。)11 .0()(ssksG，设 k=100。MATLAB 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。wm=40。L=bode(Gp,wm。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 14 - / 18 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(Gc,Gp。bode(G,Gp,- grid h,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)(1(kssssG）（。程序如下：num=1。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 15 - / 18 den=conv(1 0,conv(1 1,1 5。sys=tf(num,den。rlocus(sys num=4.17 den=conv(1 0,conv(1 1,1 5。sys=tf(num,den。sys1=feedback(sys,1。figure step(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01.0iP，于是矫正装置的零点为1 .0/iPiZ，故精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 16 - / 18 滞后校正装置的传递函数为:1100s110s(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 num1=4.17*1 0.01。sys1=tf(num1,den。sys2=feedback(sys1,1。figure step(sys2 执行结果如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 18 页个人资料整理仅限学习使用- 17 - / 18 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 18 页