自动控制原理课程设计(DOC).docx

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1、自动控制原理课程设计(DOC) 自动控制原理课程设计报告 课程名称：自动控制原理 设计题目：自动控制原理MATLAB仿真 院系：自机学院 班级：电气(1)班 设计者：* 学号：*004170219 指导教师：* 设计时间：2022年1月 一实验目的和意义： 1.了解matlab 软件的基本特点和功能，熟悉其界面，菜单和工具条；掌握 线性系统模型的计算机表示方法，变换以及模型间的相互转换。了解控 制系统工具箱的组成，特点及使用；掌握求线性定常连续系统输出响应 的方法，运用连续系统时域响应函数（impulse,step,lsim）,得到系统的时 域响应曲线。 2.掌握使用MATLAB软件作出系统根

2、轨迹；利用根轨迹图对控制系统进 行分析；掌握使用MATLAB软件作出开环系统的波特图，奈奎斯图； 观察控制系统的开环频率特性，对控制系统的开环频率特性进行分析。 3.掌握MATLAB软件中simulink工具箱的使用；熟悉simulink中的功能 模块，学会使用simulink对系统进行建模；掌握simulink的方真方法。二实训内容 1.用matlab语言编制程序，实现以下系统： 1） G(s)= 2 26418 24523423+s s s s s s 程序: num=5 24 0 18; den=1 4 6 2 2;h=tf(num,den) h=tf(num,den) Transfer

3、 function: 5 s3 + 24 s2 + 18 - s4 + 4 s3 + 6 s2 + 2 s + 2 2) G(s)=) 523()1()66)(242332 2+s s s s s s s s （ 输入以下程序 n1=4*1 2; n2=1 6 6; n3=1 6 6; num=conv(n1,conv(n2,n3); d1=1 1; d2=1 1; d3=1 1; d4=1 3 2 5; den1=conv(d1,d2); den2=conv(d3,d4); den=den1 den2 0; h=tf(num,den) Transfer function: 4 s 5 + 5

4、 6 s4 + 288 s3 + 672 s2 + 720 s + 288 - s8 + 2 s7 + s6 + s5 + 4 s4 + 5 s3 + 7 s2 + 5 s 2. 两环节G1，G2串联，求等效的整体传递函数G(s) G1(s)=32+s G2(s)=1 227 +s s 程序： n1=2;d1=1 3;sys1=tf(n1,d1); n2=7;d2=1 2 1;sys2=tf(n2,d2); sys12=sys1*sys2 Transfer function: 14 - s3 + 5 s2 + 7 s + 3 3.两环节G1，,G2并联，求等效的整体传递函数G(s) G1(s)

5、= 32+s G2(s)=1 227+s s 输入以下指令： num1=2;den1=1 3;sys1=tf(num1,den1); num2=7;den2=1 2 1;sys2=tf(num2,den2); sys12=sys1+sys2 Transfer function: 2 s2 + 11 s + 2 3 - s3 + 5 s2 + 7 s + 3 4已知系统结构如图，求闭环传递函数。其中的两环节G1,G2分别为 G1(s)=812100 s 32+s s G2(s)=522+s 输入以下指令： n1=3 100;d1=1 2 81; n2=2;d2=2 5; s1=tf(n1,d1)

6、;s2=tf(n2,d2); sys=feedback(s1,s2) Transfer function: 6 s2 + 215 s + 500 - 2 s 3 + 9 s2 + 178 s + 605 5. 已知某闭环系统的传递函数为G(s)=25 10296.1316.025 10+s s s s ,求其单位阶 跃响应曲线，单位脉冲响应曲线。 1）单位阶跃响应 输入如下指令： num=10 25; den=0.16 1.96 10 25; y=step(num,den,t);plot(t,y); grid;（绘制单位阶跃响应图） title;（单位阶跃响应曲线图） 图5.1.1系统的阶跃响

7、应曲线 2)单位脉冲响应 输入如下指令： num=10 25; den=0.16 1.96 10 25; t=0:0.01:3; y=impulse(num,den,t); plot(t,y);grid; 图5.1.2系统的脉冲响应曲线 6.典型二阶系统的传递函数为G(s)=2 22 2n n n w s w s w +,n w 为自然频率，为阻尼比，试绘制出当=0.5，n w 分别取-2 ,0 ,2 ,4 ,6 ,8 ,10时该系统的单位阶跃响应曲线；分析阻尼比分别为-0.5，-1时系统的稳定性。 输入如下指令： （1）.当=0.5，n 分别取-2、0、2、4、6、8、10时 w=0:2:1

8、0; kosai=0.5; figure(1) hold on for Wn=w num=Wn2; den=1,2*kosai*Wn,Wn2; step(num,den); end hold off grid on; title(单位阶跃响应) xlabel(时间) ylabel(振幅) 图6.1.1=0.5，n分别取-2、0、2、4、6、8、10时的曲线图（2）.当=-0.5 w=0:2:10; kosai=-0.5; figure(1) hold on for Wn=w num=Wn2; den=1,2*kosai*Wn,Wn2; step(num,den); end hold off g

9、rid on; title(单位阶跃响应) xlabel(时间) ylabel(振幅) 图6.1.2=-0.5时，系统的单位阶跃响应曲线图（3.当=-1 w=0:2:10; kosai=-1; figure(1) hold on for Wn=w num=Wn2; den=1,2*kosai*Wn,Wn2; step(num,den); end hold off grid on; title(单位阶跃响应) xlabel(时间) ylabel(振幅) 图6.1.3=-1时单位阶跃响应曲线图 分析：由以上结果可以知道当n 确定，取-0.5和-1时，其单位阶跃响应曲线是发散的，所以系统不稳定。阻尼

10、比越大，振荡越弱，平稳性越好，反之，阻尼比越小，振荡越强，平稳性越差。 7.设有一高阶系统开环传递函数为G(s)=271 .6635.0268.006.0359 .9436.1218.0016.02323+s s s s s s ,试绘制 该系统的零极点图和闭环根轨迹图。 1）系统的零极点 输入如下指令： num=0.016 0.218 1.436 9.359; den=0.06 0.268 0.635 6.271; z,p,k=tf2zp(num,den) 运行结果： z = -10.4027 -1.6111 + 7.3235i -1.6111 - 7.3235i p = -5.7710 0

11、.6522 + 4.2054i 0.6522 - 4.2054i k = 0.2667 图7.1.1 系统的零极点图 2）系统的闭环根轨迹 输入如下指令： num=0.016 0.218 1.436 9.359; den=0.06 0.268 0.635 6.271; rlocus(num,den) 图7.1.2 系统的闭环根轨迹图 8.单位反馈系统前向通道的传递函数为：G(s)=s s s s s s s s s s +234562345101052 81282,试绘 制该系统的Bode 图和Nyquist 曲线，说明软件绘制曲线和手动绘制曲线的异同。 1）绘制该系统的Bode 图： 输入如

12、下指令： num=0 0 2 8 12 8 2; den=1 5 10 10 5 1 0; margin(num,den) 图8.1.1 系统的Bode 图 2)系统的Nyquist 图 输入如下指令： num=0 0 2 8 12 8 2; den=1 5 10 10 5 1 0; nyquist(num,den) 图8.1.2 系统Nyquist 曲线 9.已知某控制系统的开环传递函数G(s)= ) 2)(1(+s s s K ,K =1.5,试绘制系统的开环 频率特性曲线，并求出系统的幅值和相位裕量。 输入如下指令: d1=1 1; d2=1 2 den1=conv(d1,d2); de

13、n=den1 0; num=10; bode(num,den) 程序运行结果如图所示 图9.1.1 系统的开环频率特性曲线 gm,pm,wcg,wcp=margin(num,den) 运行结果如下： Gm=0.6000 %幅值裕量 pm = -12.9919 %相角裕量 wcg =1.4142 %Nyquist 曲线和负实轴交点处频率 wcp =1.8020 %截止频率 10.在SIMULINK中建立系统，该系统阶跃输入时的连接示意图如下。K为学生学号后三位。绘制其单位阶跃响应曲线，分析其峰值时间，延迟时间，上升时间，调节时间及超调量。 输入如下程序： num=219; den=1 9 219; step(num,den); grid; 图10.1.1 单位阶跃响应曲线 分析其峰值时间p t ，延迟时间d t ，上升时间r t ，调节时间s t 及超调量 num=219; den=1 9 219; y,x,t=step(num,den); peak,k=max(y); overshoot=(peak-1)*100 tp=t(k) n=1; while y(n)0.98)&(y(m)1.02) m=m-1; 运行结果： overshoot = 36.6697 tp = 0.2209 tr = 1.0132 m =