1、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
2、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
3、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=5 24 0 18;P=1 4 6 2 2;polt=tf(Z,P)end结果为：Transfer function: 5 s3 + 24 s2 + 18-s4 + 4 s3 + 6 s2 + 2 s + 22）程序为 %Z为传函零点，p为传函极点 z1=1 2; z2=1 6 6; z=conv(4*conv(z
4、1,z2),z2); p1=1 1 ; p2=1 3 2 5; p3=1; p=conv(conv(p3,p1),conv(p1,conv(p1,p2); plot=tf(z,p)结果为：Transfer function:4 s5 + 56 s4 + 288 s3 + 672 s2 + 720 s + 288-s6 + 6 s5 + 14 s4 + 21 s3 + 24 s2 + 17 s + 52、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=1 3;num2=7;den2=1 2 1;num,den=series(num1,den1,num2
5、,den2);printsys(num,den)运行结果：num/den = 14 - s3 + 5 s2 + 7 s + 33、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=1 3;num2=7;den2=1 2 1;num,den=parallel(num1,den1,num2,den2);printsys(num,den)运行结果：num/den = 2 s2 + 11 s + 23 - s3 + 5 s2 + 7 s + 34、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
6、为：负反馈连接时，程序如下：num1=3 100;den1=1 2 81;num2=2;den2=2 5;num,den=feedback(num1,den1,num2,den2,-1);printsys(num,den)运行结果：num/den = 6 s2 + 215 s + 500 - 2 s3 + 9 s2 + 178 s + 605正反馈连接时，程序如下：num1=3 100;den1=1 2 81;num2=2;den2=2 5;num,den=feedback(num1,den1,num2,den2);printsys(num,den)运行结果：num/den = 6 s2 +
7、215 s + 500 - 2 s3 + 9 s2 + 178 s + 6055、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=10 25;den=0.16 1.96 10 25;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
8、，=-2时 z=(-2)*(-2);p=1 2*0.5*(-2) (-2)*(-2);sys=tf(z,p) Transfer function: 4-s2 - 2 s + 4 t=0:0.1:10; y=step(sys,t); plot(t,y)2）当=0时 z=0; p=1 0 0; sys=tf(z,p)Transfer function:0 t=0:0.1:10; y=step(sys,t); plot(t,y)3）当=2时；z=2*2; p=1 2*0.5*2 2*2; sys=tf(z,p) Transfer function: 4-s2 + 2 s + 4t=0:0.1:10;
9、 y=step(sys,t);、4）=4 z=4*4; p=1 2*0.5*4 4*4;sys=tf(z,p) Transfer function: 16-s2 + 4 s + 16 t=0:0.1:10;y=step(sys,t);plot(t,y)5）=6 z=6*6; p=1 2*0.5*6 6*6; sys=tf(z,p) Transfer function: 36-s2 + 6 s + 36 t=0:0.1:10; y=step(sys,t); plot(t,y)6）、=8z=8*8;p=1 2*0.5*8 8*8; sys=tf(z,p) Transfer function: 64
10、-s2 + 8 s + 64 t=0:0.1:10; y=step(sys,t); plot(t,y)7）、=10z=10*10;p=1 2*0.5*10 10*10; sys=tf(z,p) Transfer function: 100-s2 + 10 s + 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=1 2*(-0.5)*8 8*8;p=roots(f)p =4.0000 + 6.9282i 4.0000 - 6.9282i系统不稳定2）、=-1 f=1 2*(-1)*8 8*8;p=roots(
11、f)p = 8 8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=0.016 0.218 1.436 9.359; p=0.06 0.268 0.635 6.271;sys=tf(z,p)Transfer function:0.016 s3 + 0.218 s2 + 1.436 s + 9.359-0.06 s3 + 0.268 s2 + 0.635 s + 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=
12、2 8 12 8 2;den=1 5 10 10 5 1;bode(num,den)gridnyquist(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=1 0;p2=1 1; p3=1 2;p=conv(p1,conv(p2,p3);sys=tf(z,p)Transfer function: 1.5-s3 + 3 s2 + 2 s gm,pm,wcg,wcp=margin(z,p)%gm = 4.0000pm =
13、41.5340wcg = 1.4142wcp =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=1 9 315; sys=tf(z,p); t=0:0.01:5; y=step(sys,t); plot(t,y) i=501; %ts调节时间while y(i)0.98&y(i)1.02i=i-1;ts=its =88 %tr上升时间while y(i)0.1i=i+1;end t1=i; i=1; whil
14、e y(i)0.9i=i+1;end t2=i;tr=t2-t1tr = -75%td延迟时间 i=1;while y(i)0.5i=i+1;endtd=itd = 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
