实验二基于Matlab的离散控制系统仿真.docx
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实验二基于Matlab的离散控制系统仿真
实验二基于Matlab的离散控制系统仿真
一、实验目的
1)学习使用Matlab命令对离散控制系统进行仿真的方法。
2)学习使用Simulink工具箱对离散控制系统进行仿真的方法。
二、实验原理
1.控制系统命令行仿真
一阶系统闭环传递函数为
G(s)=
s+3
请转换为离散系统脉冲传递函数并仿真。
%模型建立
iimn=[3J%传递函数分子
den=[ln3]%传递函数分母
T=0.1%采样周期
gs-tffnumjden)%传递函数模型建立gZ=C2d(gsJ;zoh1)%转化为离散系统脉冲传递函数模型%,zoh'零阶保持器变换
%模型特性
[z?
p?
k]=tf2zpfnum,tlen)%求零极点
pzmap(gs)%零极点图
grid
pzinap(gz)
grid
rlocus(gs)%根轨迹图
grid
riocustgz)
grid
%时间响应
impulse(gs)%单位肘冲响应
itiipulse(gz)%离散单位脉冲响应
step(gs)%单位阶跃响应
step(gz)%离散单位阶跃响应
%频率响应
freqs(niiiii.deti)
freqz(mini,den)
close
bode(gs)%波特圏
bode(gz)
nyquist(gs)%奈奎斯特曲线
nyquist(gz)
nichols(gs)%尼科尔斯曲线
nicliols(gz)
根据要求实验有实验数据和所得图形如下:
»M奠型逢立
传11函埶分子
函数分每
NO.14S#周期
iS^tf(num*tkn)%传漑函數槿型建立
gz=c2dlgsTTP'zoh1化为畐散系绘脉沖传谨函故橈型__=
—
弔-ZOh*零阶保持器竇撰
弔模畢特性0.2592
Zz,p,kZ=tf2zp(ni-uik,den)点
Z-0.7408
num"
3Sampletime:
;Q*1seconds
Discrere-timetransferfunctian.
den=
z■
13
空拒阵:
0X1
0,1000P=
_3
£S=
Coutinuous^tiaetransferfunction
连续零极点图函数:
642rt-246
000.-O.4心
〔«§駅)型xyXJroutlu-
0.93
■-f*.1
0S7
0掉0.M0加0\24
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0.93H,0S7"07S06404^024
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-25
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RealAxis(seconds1)
离散函数零极点图:
Pole-ZeroMap
4202aa-O-sx s6 0a 1打••……注二上…..;…二丄二二…沐.仃"J■■■'m■ -0.4 ^0.6 -os -1 -14).8g4.4-0.200.20.40.60.81 RealAxts 连续函数根轨迹图: .4 o. —I~ 0999 3 o. RootLocus G.9980995090S0.95 ■1 1.... -O--O- (-・训PUQQaJ⑷)⑷一xy巴闵匚一5BE一 4)3 04 刑2十0 离散函数根轨迹图: RootLocus a.7 0.0r/T 0.9T/T ■0: l叭 G左和T Q8ir/T. 0.3.t/T 0.7-/T U/TJ. S—rH-i 1s;T ii\o.9mrr JR、 •亠ra-a./---.\ ■: 04-;.0.2,7/T : 0;5-. ...Mr.■"■.: ■■■« ■■10-'Sr.'■...■"■■■/n1 09■■■■■.: ■<: /: +1 ■0.50 RealAxis 135 0-o o 2024aQ-o.史XVAJEUCTalUJ- 6B1-J-■ <0-O 连续函数单位脉冲响应曲线: 0 impulseResponse 0.5 00.20.40.60.811.21.41.61.8 Time(seconds) 2 山pn三dlu< 离散函数单位脉冲响应曲线: ImpulseResponse 0.5 0.5 25 1 apn皂duj< 11.5 Time(seconds) 连续函数单位阶跃响应: StepResponse 2.53 9O- o 87654 o.ciao.a ajpm一_dul< 1 o. 2 O- 1.5 Time(seconds) 离散函数单位阶跃响应: StepResponse o 6543ooooajpn三dul< 0.9 08 0.7 1 o. 2O- 11.5 Time(seconds) 连续函数波特图: BodeDiagram -10 -20 -30 -40 0 4 GOJP)⑴Lflpuld -90 W1 离散函数波特图: BodeDiagram mp)Fpn-EBBS oo 2 &心p) 8D 2 10°101102Frequency(rad/s) 连续函数艾奎斯特曲线: NyquistDjagram 0.4 s一xyAj民匚一6O1UJ- -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 心呂-06-04-0.2 00.20.40.60.31 RealAxis 离散函数艾奎斯特曲线: NyquistDiagram 0.6 0.4 0.2 -0.2 -0.4 -0.6 -1心8舟6^).200.20.40.60.31 RealAxis 连续函数尼科尔斯曲线: 离散函数尼科尔斯曲线: NicholsChart 2.控制系统simulink仿真 按图建立系统的Simulink模型,对不同的输入信号进行仿真,改变参数,观察不同的仿真结果。 25 s(s+4) 控制系统Simulink仿真图 解答于实验内容第二问 三、实验内容 1)二阶系统传递函数为G(s)二2,请转换为零极点模型,离 s+4s+25 散系统模型(采样时间为1),以及离散零极点模型,并进行基于matlab命令的仿真研究(求连续和离散系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应、零极点分布图、根轨迹、波特图、奈奎斯特曲线、尼科尔斯曲线等)。 s2+4s+25 Continuous-1imetransferfunction. 1.076z-0+02273 z~2+0.03504z+0-01832 Sampletime: 1seconds Discrete-txjh-stransferfunction. 空矩蹲: 0X1 -2.0000+4.58261 -2.0000-4.5S26i 25 连续单位脉冲响应 离散单位脉冲响应 连续单位阶跃响应 StepResponse 1.2- 8642 0-000 CDpn三dlu< 0L 0 0.5 ———一一亠 1.52 Time(seconds) 2.5 离散单位阶跃响应 StepResponse 64a0山p.iQ_lu< 0.2 16 68101214 Time(seconds) 连续零极点分布图 Pole-ZeroMap 5 4).250 -1.4-1.2”1-0,8-0.6 RealAxis(seconds} -T6 2 321012345- ■■■■亠■(spuoo常)«xvajeuct中LU一 离散零极点分布图 0.8 06 Pole-ZeroMap -0.0-06-0.4-0.200.20.40.&D.B RealAxis 1 420246000心-O.-O.-O.s一xyAJroUDEEF 连续根轨迹 20 RootLocus 0.5 )^0950;0650;04O'Q1®7.5 019-...013)09B0.0650.040.Q1875 ■_.,...i__i.idd■,Bb|(|aij|^||fd*L,|■■<■■■■■■■■kii.iiaBHiiiBBif■ri■■■■・■■■ii■ib Y-3.5-3-2.5-2-1.5「 RealAxis(seconds) 5 12. 5 05050 1■1 ■(苗p匚ootDt/))w~x<己中匚一6euJ~LI 5-Qu -5 -20 离散根轨迹 RootLocus O.a? r/T 0.2r/T O.'lir/T □9jt/T o-a^rr 0,3M 07t/T 0.9t/T S6WT°-5^CUrfF 1t/T TjtTF 叱Io珈T°土隹 1-0.3-06-0.4-0.2O0.20.40.&0.81 RealAxis 18 0 420246ao心-0.-0. 站一xy盒u-6ralq BodeDiagram 101 io2 Frequency(rad/s) 连续波特图 oooV心0505212464a3ffprpn-K啰-f 80 离散波特图 BodeDiagram mm⑴PE一匸鈕乏 505493IT-J(MP)2曇d -1S0U™ 10-2 Frequency(rad/s) 连续奈奎斯特曲线 NyquistDiagram 11.5 505o-O.旳x<巴中uCTalUJ- 00.5 RealAxis 离散奈奎斯特曲线 连续尼科尔斯曲线 BO-135-90-450 Ope仃-LoopPhase(deg) 离散尼科尔斯曲线 2)按图1建立系统的Simulink模型,对不同的输入信号进行仿真。 改变模型参数,观察不同的仿真结果。 25 宀4s Ramp输入: 当函数分子分别为1,10,100,500时有: 1.2 1.8 经过实验可以看出分子越大超调越大,调整时间越大 3)将上述系统离散化并基于Simulink仿真,观察仿真结果 根据题意实验有: Step输入: Ramp输入: 分子为1时: Step输入: Ramp输入: 分子为250时: Step输入: Ramp输入: 四、实验报告 1)按照实验报告所要求的统一格式,填写实验报告; 2)记录实验过程、实验结果和图表。 3)根据实验过程和结果进行分析。
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- 关 键 词:
- 实验 基于 Matlab 离散 控制系统 仿真