控制工程试验.doc

控制工程试验0820151-06杨菁一、实验项目设计内容及要求1、实验目的本实验的内容对应于教材的第4、5章重点知识点要求学生在熟练掌握课程相关内容的基础上，完成本实验，以加强学生对频率特性分析、几何判据及相对稳定性的学习效果2、实验内容1>、要求学生能够运用Matlab软件的相应功能，编程实现典型环节以及指定高阶系统的Nyquist图、Bode图的计算机自动绘制；2>、完成系统频域特征量和特征根的求取；3>、分析系统的相对稳定性等内容；4>、记录实验结果，并对实验结果进行相应的分析3、实验要求系统频域特性分析实验要求学生运用Matlab软件的相关功能，编程实现几种典型环节（要求改变环节的特征参数）的乃奎斯特图和伯德图的绘制并与教材所示图形进行比较；用Bode函数求取系统的频域特征量；用Matlab求取一高阶系统的特征根并由此来判断系统的稳定性和相对稳定性4、实验条件利用机械工程系数字化实验室的计算机，根据MATLAB软件的功能进行简单的编程来进行试验二、具体要求及试验过程(一)、绘制比例环节、积分环节、微分环节、惯性环节、导前环节和振荡环节六种典型环节的奈奎斯特图曲线和波德曲线1、比例环节 Nyquisit图num1=[2];num2=[3];num3=[7];den=[0 1];nyquist(num1,den)hold on;nyquist(num2,den)hold on;nyquist(num3,den)gridBode图num1=[2];num2=[3];num3=[7];den=[0 1];bode(num1,den)hold on;bode(num2,den)hold on;bode(num3,den)grid2、积分环节Nyquist图num=[1];den1=[3 0];den2=[5 0];den3=[8 0];nyquist(num,den1)hold on;nyquist(num,den2)hold on;nyquist(num,den3)gridBode图num=[1];den1=[3 0];den2=[5 0];den3=[8 0];bode(num,den1)hold on;bode(num,den2)hold on;bode(num,den3)grid3、微分环节Nyquist图num1=[2 0];num2= [4 0];num3= [7 0];den=[1];nyquist(num1,den)hold on;nyquist(num2,den)hold on;nyquist(num3,den)gridBode图num1=[2 0];num2= [4 0];num3= [7 0];den=[1];bode(num1,den)hold on;bode(num2,den)hold on;bode(num3,den)grid4、惯性环节Nyquist图num=[1];den1=[2 1];den2=[5 1];den3=[8 1];nyquist(num,den1)hold on;nyquist(num,den2)hold on;nyquist(num,den3);gridBode图num=[1];den1=[2 1];den2=[5 1];den3=[8 1];bode(num,den1)hold on;bode(num,den2)hold on;bode(num,den3);grid5、导前环节Nyquist图num1=[4 1];num2=[6 1];num3=[9 1];den=[1];nyquist(num1,den)hold on;nyquist(num2,den)hold on;nyquist(num3,den)gridBode图num1=[4 1];num2=[6 1];num3=[9 1];den=[1];bode(num1,den)hold on;bode(num2,den)hold on;bode(num3,den)grid6、振荡环节Nyquist图num=[25];den1=[1 3 25];den2=[1 5 25];den3=[1 7 25];nyquist(num,den1)hold on;nyquist(num,den2)hold on;nyquist(num,den3)gridBode图num=[9];den1=[1 3 25];den2=[1 5 25];den3=[1 7 25];bode(num,den1)hold on;bode(num,den2)hold on;bode(num,den3)grid（二）、绘制教材第4章和第5章对应的例题的奈奎斯特图或波德曲线例4-1Nyquist图num=[112];den =[-0.02 1];nyquist(num,den);gridBode图num=[112];den =[-0.02 1];bode(num,den);grid例4-2Nyquist图num=[1];den=[0.04 0.08 1];nyquist(num,den);gridBode图num=[1];den=[0.04 0.08 1];bode(num,den);grid例4-13Nyquist图num=[1];den=[1 0.6 1];nyquist(num,den);gridBode图num=[1];den=[1 0.6 1];bode(num,den);grid例4-14num=[30];den=[1 6 30 0];bode(num,den);grid例4-15num=[1 1];den=[1 2.5 9 0 0];margin(num,den);grid例4-16num=[100];den0=conv([1 2 16],[1 3 0]);den=conv(den0,[1 2.5 9]);sys=tf(num,den);margin(sys);grid例4-17ka=65;kv=0.0018;wv=120;bv=0.5;wh=65;bh=0.15;kh=95;k=ka*kv*kh*wv*wv*wh*wh;num=[k];den=conv([1 2*bv*wv wv*wv 0],[1 2*bh*wh wh*wh]);sys=tf(num,den);margin(sys);grid例5-6校正前k=45;wr=15;wd=98;bd=0.4;num=[k];den=conv([1/wr 1 0],[1/wd^2 2*bd/wd 1]);sys=tf(num,den);margin(sys);grid校正后k=45;wr=15;wd=98;bd=0.4;kc=0.9;num=[k*kc];den=[1/wd^2 2*bd/wd 1 0];sys=tf(num,den);margin(sys);grid例5-7校正前k=10;num=[k];den=conv([1 1 0],[0.35 1]);sys=tf(num,den);margin(sys);grid校正后k=10;num=conv([1/0.169*k k],[1/0.5 1]);den1=conv([1 1 0],[0.35 1]);den2=conv([1/0.169 1],[1/5 1]);den=conv(den1,den2);sys=tf(num,den);margin(sys);grid（三）、求取控制系统的开环传递函数为：G(s)H(s)=的系统的幅值裕量和相位裕量（其中K=10,100,40,50,60,80）。

Nyquist图num1=[10];num2=[100];num3=[40];num4=[50];num5=[60];num6=[80];den=[1 6 5 0];nyquist(num1,den)hold on;nyquist(num2,den)hold on;nyquist(num3,den)hold on;nyquist(num4,den)hold on;nyquist(num5,den)hold on;nyquist(num6,den)gridBode图num1=[10];num2=[100];num3=[40];num4=[50];num5=[60];num6=[80];den=[1 6 5 0];bode(num1,den)hold on;bode (num2,den)hold on;bode (num3,den)hold on;bode (num4,den)hold on;bode (num5,den)hold on;bode (num6,den)grid三、实验分析内容1、分析环节的特征参数对奈奎斯特图和波德曲线的影响答：环节的特征参数会使奈奎斯特曲线和波德曲线的位置和形状发生改变（由于转折频率的变化），不过大致形状还是相似的。

2、分析环节的特征参数对系统的幅值裕度和相位裕度的影响答：随着环节的特征参数的增大，幅值裕量和相位裕量都随之增大3、综合分析系统的稳定性与系统的特征值的关系答：特征值的变化可改变系统开环特征方程的右根数q以及正负穿越的次数，根据正负穿越的次数之差是否与是否相等，可以判断系统是否稳定。