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自动控制
课程设计(大作业)报告
课程名称:
自动控制原理
设计题目:
matlab仿真
院系:
自动控制与机械工程
班级:
电气三班
设计者:
刘文
学号:
201004170315
指导教师:
李云娟李祥德
设计时间:
2013年1月
一、目的和意义
《自动控制原理》课程设计是在完成《自动控制原理》的理论教学之后安排的一个实践教学环节。
《自动控制原理》课程设计是学习自动控制原理的重要实践环节。
在自动控制原理基础上,通过本课程设计的学习使学生增进对自动控制系统的感性认识,加深对自动控制原理论方面的理解;使学生了解和掌握自动控制系统应用系统软件的软硬件设计工程、方法及实现,强化自动控制原理应用的设计与分析能力。
提高学生在单片机应用方面的实践技能和科学作风,培养学生综合运用理论知识解决问题的能力。
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、特点及应用;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,奈奎斯特图;观察控制系统的观察开环频率特性,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的仿真方法。
二、实训内容
1、用matlab语言编制程序,实现以下系统
1)
程序为:
%Z为传递函数的零点,P为传递函数的极点
Z=[524018];
P=[14622];
polt=tf(Z,P)
end
结果为:
Transferfunction:
5s^3+24s^2+18
-----------------------------
s^4+4s^3+6s^2+2s+2
2)
程序为
%Z为传函零点,p为传函极点
z1=[12];
z2=[166];
z=conv(4*conv(z1,z2),z2);
p1=[11];
p2=[1325];
p3=[1];
p=conv(conv(p3,p1),conv(p1,conv(p1,p2)));
plot=tf(z,p)
结果为:
Transferfunction:
4s^5+56s^4+288s^3+672s^2+720s+288
-------------------------------------------------
s^6+6s^5+14s^4+21s^3+24s^2+17s+5
2、两环节G
(1)、G
(2)串联,求等效的整体传递函数G(s)
程序为:
num1=[2];
den1=[13];
num2=[7];
den2=[121];
[num,den]=series(num1,den1,num2,den2);
printsys(num,den)
运行结果:
num/den=
14
---------------------
s^3+5s^2+7s+3
3、两环节G1、G2并联,求等效函数的传递函数G(s)
程序为:
num1=[2];
den1=[13];
num2=[7];
den2=[121];
[num,den]=parallel(num1,den1,num2,den2);
printsys(num,den)
运行结果:
num/den=
2s^2+11s+23
---------------------
s^3+5s^2+7s+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
有系统结构图可知G1与G2是反馈关系,可有正反馈和负反馈
程序为:
负反馈连接时,程序如下:
num1=[3100];
den1=[1281];
num2=[2];
den2=[25];
[num,den]=feedback(num1,den1,num2,den2,-1);
printsys(num,den)
运行结果:
num/den=
6s^2+215s+500
---------------------------
2s^3+9s^2+178s+605
正反馈连接时,程序如下:
num1=[3100];
den1=[1281];
num2=[2];
den2=[25];
[num,den]=feedback(num1,den1,num2,den2);
printsys(num,den)运行结果:
num/den=
6s^2+215s+500
---------------------------
2s^3+9s^2+178s+605
5、已知某系统闭环传递函数为
,求其单位阶跃相应曲线,单位脉冲曲线。
程序为;
num=[1025];
den=[0.161.961025];
t=0:
0.1:
10;
y=step(num,den,t)
y1=impulse(num,den,t)
plot(t,y,t,y1);
grid运行结果:
单位阶跃响应曲线,单位脉冲响应曲线
6、典型二阶系统的传递函数为
,
为自然频率,
为阻尼比,试绘出当
=0.5,
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。
程序为;
1);当
=0.5时,
=-2时
z=[(-2)*(-2)];
p=[12*0.5*(-2)(-2)*(-2)];
sys=tf(z,p)
Transferfunction:
4
-------------
s^2-2s+4
t=0:
0.1:
10;
y=step(sys,t);
plot(t,y)
2)当
=0时
z=[0];
p=[100];
sys=tf(z,p)
Transferfunction:
0
t=0:
0.1:
10;
y=step(sys,t);
plot(t,y)
3)当
=2时;
z=[2*2];
p=[12*0.5*22*2];
sys=tf(z,p)
Transferfunction:
4
-------------
s^2+2s+4
t=0:
0.1:
10;
y=step(sys,t);
、4)
=4
z=[4*4];
p=[12*0.5*44*4];
sys=tf(z,p)
Transferfunction:
16
--------------
s^2+4s+16
t=0:
0.1:
10;
y=step(sys,t);
plot(t,y)
5)
=6
z=[6*6];
p=[12*0.5*66*6];
sys=tf(z,p)
Transferfunction:
36
--------------
s^2+6s+36
t=0:
0.1:
10;
y=step(sys,t);
plot(t,y)
6)、
=8
z=[8*8];
p=[12*0.5*88*8];
sys=tf(z,p)
Transferfunction:
64
--------------
s^2+8s+64
t=0:
0.1:
10;
y=step(sys,t);
plot(t,y)
7)、
=10
z=[10*10];
p=[12*0.5*1010*10];
sys=tf(z,p)
Transferfunction:
100
----------------
s^2+10s+100
t=0:
0.1:
5;
y=step(sys,t);
plot(t,y)
稳定性判定:
系统的闭环特征方程为:
,
1)、
=-0.5
f=[12*(-0.5)*88*8];
p=roots(f)
p=4.0000+6.9282i4.0000-6.9282i
系统不稳定
2)、
=-1
f=[12*(-1)*88*8];
p=roots(f)
p=88
系统稳定
7、设有一高阶系统开环传递函数为
,试绘制该系统的零极点图和闭环根轨迹图。
程序为:
z=[0.0160.2181.4369.359];
p=[0.060.2680.6356.271];
sys=tf(z,p)
Transferfunction:
0.016s^3+0.218s^2+1.436s+9.359
---------------------------------------
0.06s^3+0.268s^2+0.635s+6.271
pzmap(z,p)
rlocus(z,p)
8、单位反馈系统前向通道的传递函数为
试绘制该系统的Bode图和Nyquist曲线,说明软件绘制曲线与手动绘制曲线的异同。
程序为:
num=[281282];
den=[15101051];
bode(num,den)
grid
nyquist(num,den)
grid
运行结果:
Bode图:
Nyquist曲线:
软件绘制曲线与手动绘制曲线的异同:
9、已知某控制系统的开环传递函数
,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。
z=[1.5];
p1=[10];
p2=[11];
p3=[12];
p=conv(p1,conv(p2,p3));
sys=tf(z,p)
Transferfunction:
1.5
-----------------
s^3+3s^2+2s
[gm,pm,wcg,wcp]=margin(z,p)%
gm=4.0000
pm=41.5340
wcg=1.4142
wcp=0.6118
bode(sys)
nyquist(sys)
10、在SIMULINK中建立系统,该系统阶跃输入时的连续示意图如下。
K为315,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
和超调量。
z=[315];
p=[19315];
sys=tf(z,p);
t=0:
0.01:
5;
y=step(sys,t);
plot(t,y)
i=501;
%ts调节时间
whiley(i)>0.98&y(i)<1.02
i=i-1;
ts=i
ts=
88
%tr上升时间
whiley(i)<0.1
i=i+1;
end
t1=i;
i=1;
whiley(i)<0.9
i=i+1;
end
t2=i;
tr=t2-t1
tr=
-75
%td延迟时间
i=1;
whiley(i)<0.5
i=i+1;
end
td=i
td=
9
%tp峰值时间
[y,t]=max(y);
tp=t
tp=
三、总结
一周的《自动控制原理》课程设计结束了,在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识,也培养了我如何去把握一件事情,如何去做一件事情,又如何完成一件事情。
在设计过程中,和同学们相互探讨,相互学习,相互监督。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练,随着我们迈向社会,从事职业工作前一个必不少的过程.千里之行始于足下,通过这次课程设计,我深深体会到这句千古名言的真正含义.我今天认真的进行课程设计,学会脚踏实地迈开这一步,就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础.
通过这次《自动控制原理》课程设计,本人在多方面都有所提高。
提高了计算能力,绘图能力,熟悉了规范和标准,同时各科相关的课程都有了全面的复习,独立思考的能力也有了提高。
在此感谢我们的李元娟和李祥德老师.,老师们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;老师们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪;这次课程设计的每个实验细节和每个数据,都离不开老师您的细心指导。
帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
四、参考文献
自动控制原理(第二版)程鹏主编高等教育出版社
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- 关 键 词:
- 自动控制