自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 年 月 日8 概述：MATLAB是Math Works公司的軟件產(chǎn)品，是一個(gè)高級(jí)的數(shù)值分析、處理和計(jì)算的軟件，其強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力和完美的圖形可視化功能，使得它成為國際控制界應(yīng)用最廣泛的首選計(jì)算機(jī)工具。MATLAB具有良好的的可擴(kuò)展性，其函數(shù)大多數(shù)為ASCII文件，可以直接進(jìn)行編輯、修改；其工具箱可以任意增加，任何人可以生成自己的MATLAB工具箱。因此，很多研究成果被直接做成MATLAB工具箱發(fā)表。SIMULINK是基于模型化圖形的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真軟件，是MATLAB的一個(gè)工具箱，它使系統(tǒng)分析進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段，它不需要過多地了解數(shù)值問題，而是側(cè)重于系統(tǒng)的建模、分析和設(shè)計(jì)。其良好的人機(jī)界面及周到的幫助功能使得它廣為科技界和工程界采用。因此，本實(shí)驗(yàn)將盡可能把MATLAB和SIMULINK工具應(yīng)用于控制系統(tǒng)的分析和計(jì)算中。實(shí)驗(yàn)一：用MATLAB進(jìn)行部分分式展開1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?（1）對(duì)MATLAB進(jìn)行初步的了解；（2）掌握應(yīng)用MATLAB對(duì)高階函數(shù)進(jìn)行部分分式的展開。2、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)3、實(shí)驗(yàn)方法：MATLAB有一個(gè)命令用于求B（S）/A（S）的部分分式展開式。設(shè)S的有理分式為 F（S）=B（S）/A(S)=num/den=(b0Sn+b1Sn-1+bn)/(Sn+a1Sn-1+an)式中ai和bi的某些值可能是零。在MATLAB的行向量中，num和den分別表示F(S)分子和分母的系數(shù)，即 num=b0 b1 bn den=1 a1 an 命令 r,p,k=residue(num,den)MATLAB將按下式給出F（S）部分分式展開式中的留數(shù)、極點(diǎn)和余項(xiàng)：有：r(1)、r(2)r(n)是函數(shù)的留數(shù)；p(1)、p（2）、p(n)是函數(shù)的極點(diǎn)；K（s）是函數(shù)的余項(xiàng)。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）試求下列函數(shù)的部分分式的展開式，寫出程序語句和部分分式的結(jié)果程序語句：結(jié)果：（2）試求下列函數(shù)的部分分式的展開式，寫出程序語句和部分分式的結(jié)果程序語句：結(jié)果實(shí)驗(yàn)二：時(shí)域特性的計(jì)算機(jī)輔助分析1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?（1）對(duì)MATLAB進(jìn)行進(jìn)一步的了解；（2）掌握應(yīng)用MATLAB求解高階系統(tǒng)的各種時(shí)域響應(yīng)的求法；（3）掌握系統(tǒng)零極點(diǎn)的求法，從而判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)3、實(shí)驗(yàn)方法： （1）impulse(num,den)，得到傳遞函數(shù)G(S)=num(S)/den(s)表示的脈沖響應(yīng)曲線； （2）impulse(num,den,t)，得到傳遞函數(shù)G(S)=num(S)/den(s)表示的脈沖響應(yīng)曲線，并可指定時(shí)間t（例如t=0:0.01:20）； （3）step(num,den)，得到以得到傳遞函數(shù)G(S)=num(S)/den(s)表示的階躍響應(yīng)曲線；（4）step(num,den,t)，得到以得到傳遞函數(shù)G(S)=num(S)/den(s)表示的階躍響應(yīng)曲線, 并可指定時(shí)間t；(5) lsim(num,den,u,t)計(jì)算連續(xù)系統(tǒng)的任意輸入響應(yīng), 得到以得到傳遞函數(shù)G(S)=num(S)/den(s)表示的u輸入(例如u=1/2*t.2）的響應(yīng)曲線, 并可指定時(shí)間t；（6）roots(den)，得到多項(xiàng)式den的根；（7）pzmap(num,den)，得到傳遞函數(shù)G(S)=num(S)/den(s)表示的系統(tǒng)的零極點(diǎn)圖，“”表示極點(diǎn)，“O”表示零點(diǎn)。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （1）已知某高階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為求該系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)、單位階躍響應(yīng)和單位速度響應(yīng)和單位加速度響應(yīng)。獲得單位脈沖響應(yīng)程序語句及圖形：獲得單位階躍響應(yīng)程序語句及圖形：獲得單位速度響應(yīng)程序語句及圖形：獲得單位加速度響應(yīng)程序語句及圖形：（2）已知某高階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為試求該系統(tǒng)的極點(diǎn)并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。程序及結(jié)果：（3）已知某高階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為試求該系統(tǒng)的零極點(diǎn)并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，繪制系統(tǒng)的零極點(diǎn)圖。程序及結(jié)果：實(shí)驗(yàn)三：頻域特性的計(jì)算機(jī)輔助分析1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?（1）對(duì)MATLAB進(jìn)行加深了解；（2）掌握應(yīng)用MATLAB求解系統(tǒng)的Nyquist圖；（3）掌握應(yīng)用MATLAB求解系統(tǒng)的Bode圖；2、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)3、實(shí)驗(yàn)方法：（1）nyquist(num,den,w)，繪制Nyquist 圖。num和den分別表示傳遞函數(shù)的分子和分母中中包含以S的降冪排列的多項(xiàng)式系數(shù)。命令Nyquist(num,den,w)可以按指定的頻率點(diǎn)w(注：頻率w可以省掉)，繪制系統(tǒng)的Nyquist圖。（2）bode(num,den,w)，繪制Bode圖。num和den分別表示傳遞函數(shù)的分子和分母中中包含以S的降冪排列的多項(xiàng)式系數(shù)。命令bode (num,den,w)可以按指定的頻率點(diǎn)w，繪制系統(tǒng)的bode圖。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）考慮下列系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)試?yán)肕ATLAB畫出Nyquist圖程序及結(jié)果：（2）系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為試?yán)L制系統(tǒng)的Bode圖。程序及結(jié)果：實(shí)驗(yàn)四：利用MATLAB分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?（1）對(duì)MATLAB進(jìn)行加深了解；（2）掌握應(yīng)用MATLAB求解求出系統(tǒng)的幅值裕度，相位裕度，幅值穿越頻率和相位穿越頻率；（3）掌握應(yīng)用MATLAB分析系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。2、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)3、實(shí)驗(yàn)方法：通過上面的實(shí)驗(yàn)求系統(tǒng)的特征根，從特征根的分布情況可以判定系統(tǒng)是否穩(wěn)定，且知道不穩(wěn)定特征根的個(gè)數(shù)。但是，它不能判定一個(gè)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。MATLAB提供的margin函數(shù)可以求出系統(tǒng)的幅值裕度，相位裕度，幅值穿越頻率和相位穿越頻率，因而可以用于系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(num,den) 其中,Gm,Pm分別為系統(tǒng)的幅值裕量和相位裕量，而Wcg,Wcp 分別為幅值裕量和相位裕量處相應(yīng)的頻率值。4