matlab自控仿真实验报告.doc

matlab自控仿真实验报告目录实验一MATLAB及仿真实验（控制系统的时域分析）…………1实验二MATLAB及仿真实验（控制系统的根轨迹分析）…………4实验三MATLAB及仿真实验（控制系统的频域分析）…………7实验一MATLAB及仿真实验（控制系统的时域分析）学习利用MATLAB进行以下实验，要求熟练掌握实验内容中所用到的指令，并按内容要求完成实验一、实验目的学习利用MATLAB进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性；二、预习要点1、系统的典型响应有哪些？2、判断系统稳定性？3、系统的动态性能指标有哪些？三、实验方法（一）四种典型响应1、阶跃响应：阶跃响应常用格式：1、；其中可以为连续系统，也可为离散系统2、；表示时间范围0---Tn3、；表示时间范围向量T指定4、；可详细了解某段时间的输入、输出情况2、脉冲响应：脉冲函数在数学上的精确定义：其拉氏变换为：所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换脉冲响应函数常用格式：①；②③（二）分析系统稳定性有以下三种方法：1、利用pzmap绘制连续系统的零极点图；2、利用tf2zp求出系统零极点；3、利用roots求分母多项式的根来确定系统的极点（三）系统的动态特性分析Matlab提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step、单位脉冲响应函数impulse、零输入响应函数initial以及任意输入下的仿真函数lsim.四、实验内容(一)稳定性1．系统传函为，试判断其稳定性den=[134272];p=roots(den)输出结果是：p=-1.7680+1.2673i-1.7680-1.2673i0.4176+1.1130i0.4176-1.1130i-0.2991有实部为正根，所以系统不稳定。

2．用Matlab求出的极点den=[17352];p=roots(den)输出结果：p=-6.65530.0327+0.8555i0.0327-0.8555i-0.4100（二）阶跃响应1.二阶系统1）键入程序，观察并记录单位阶跃响应曲线num=10;den=[1210];t=10;sys=tf(num,den);step(sys,t)2）计算系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率，并记录P1=-1.0000+3.0000i;P2=-1.0000-3.0000i;ξ=10/√10；w=√103）记录实际测取的峰值大小、峰值时间及过渡过程时间，并填表：实际值理论值峰值Cmax1.35峰值时间tp1.03过渡时间ts4）修改参数，分别实现和的响应曲线，并记录5）修改参数，分别写出程序实现和的响应曲线，并记录2.作出以下系统的阶跃响应，并与原系统响应曲线进行比较，作出相应的实验分析结果（1），有系统零点的情况num=[210];den=[1210];t=10;sys=tf(num,den);step(sys,t)（2），分子、分母多项式阶数相等num=[10.510];den=[1210];t=10;sys=tf(num,den);step(sys,t)（3），分子多项式零次项为零num=[10.50];den=[1210];t=10;sys=tf(num,den);step(sys,t)（4），原响应的微分，微分系数为1/103.单位阶跃响应：求该系统单位阶跃响应曲线,并在所得图形上加网格线和标题（三）系统动态特性分析用Matlab求二阶系统和的峰值时间上升时间调整时间超调量。

num1=[120];den1=[112120];sys1=tf(num1,den1);num2=[0.01];den2=[10.0020.01];sys2=tf(num2,den2);t=0:0.01:10;figure(1)step(sys1,t);gridfigure(2)step(sys2,t);grid由图知第一个的峰值时间=0.34，上升时间=0.159，调整时间=0.532，超调量=12.8由图知第二个的调整时间=10，超调量=0五．实验报告要求：a)完成上述各题b)分析阻尼比、无阻尼振荡频率对系统阶跃响应和脉冲响应的影响c)分析零初值、非零初值与系统模型的关系d)分析响应曲线的稳态值与系统模型的关系e)分析零极点对系统性能的影响实验二MATLAB及仿真实验（控制系统的根轨迹分析）一实验目的1．利用计算机完成控制系统的根轨迹作图2．了解控制系统根轨迹图的一般规律3．利用根轨迹图进行系统分析二预习要点1.预习什么是系统根轨迹？2.闭环系统根轨迹绘制规则三实验方法（一）方法：当系统中的开环增益k从0到变化时，闭环特征方程的根在复平面上的一组曲线为根轨迹设系统的开环传函为：，则系统的闭环特征方程为：根轨迹即是描述上面方程的根，随k变化在复平面的分布。

二）MATLAB画根轨迹的函数常用格式：利用Matlab绘制控制系统的根轨迹主要用pzmap，rlocus，rlocfind，sgrid函数1、零极点图绘制q[p,z]=pzmap(a,b,c,d)：返回状态空间描述系统的极点矢量和零点矢量，而不在屏幕上绘制出零极点图q[p,z]=pzmap(num,den)：返回传递函数描述系统的极点矢量和零点矢量，而不在屏幕上绘制出零极点图qpzmap(a,b,c,d)或pzmap(num,den)：不带输出参数项，则直接在s复平面上绘制出系统对应的零极点位置，极点用表示，零点用o表示qpzmap(p,z)：根据系统已知的零极点列向量或行向量直接在s复平面上绘制出对应的零极点位置，极点用表示，零点用o表示2、根轨迹图绘制qrlocus(a,b,c,d)或者rlocus(num,den)：根据SISO开环系统的状态空间描述模型和传递函数模型，直接在屏幕上绘制出系统的根轨迹图开环增益的值从零到无穷大变化qrlocus(a,b,c,d,k)或rlocus(num,den,k)：通过指定开环增益k的变化范围来绘制系统的根轨迹图qr=rlocus(num,den,k)或者[r,k]=rlocus(num,den)：不在屏幕上直接绘出系统的根轨迹图，而根据开环增益变化矢量k，返回闭环系统特征方程1＋k*num(s)/den(s)=0的根r，它有length(k)行，length(den)-1列，每行对应某个k值时的所有闭环极点。

或者同时返回k与rq若给出传递函数描述系统的分子项num为负，则利用rlocus函数绘制的是系统的零度根轨迹正反馈系统或非最小相位系统）3、rlocfind()函数q[k,p]=rlocfind(a,b,c,d)或者[k,p]=rlocfind(num,den)它要求在屏幕上先已经绘制好有关的根轨迹图然后，此命令将产生一个光标以用来选择希望的闭环极点命令执行结果：k为对应选择点处根轨迹开环增益；p为此点处的系统闭环特征根q不带输出参数项[k,p]时，同样可以执行，只是此时只将k的值返回到缺省变量ans中4、sgrid()函数qsgrid：在现存的屏幕根轨迹或零极点图上绘制出自然振荡频率wn、阻尼比矢量z对应的格线qsgrid(‘new’)：是先清屏，再画格线qsgrid(z,wn)：则绘制由用户指定的阻尼比矢量z、自然振荡频率wn的格线四实验内容1．要求：（a）记录根轨迹的起点、终点与根轨迹的条数；num=[0001];den=conv([10],[11]);den=conv([den],[12]);rlocus(num,den);v=[-82-44];axis(v);den=conv([10],[11]);den=conv([den],[12]);rlocus(num,den);v=[-82-44];axis(v);（b）确定根轨迹的分离点与相应的根轨迹增益；num=[0001];den=conv([10],[11]);den=conv(den,[12]);rlocus(num,den)v=[-82-44];axis(v);[k,poles]=rlocfind(num,den)Selectapointinthegraphicswindowselected_point=0.8507-0.0870ik=4.5187poles=-2.8540-0.0730+1.2562i-0.0730-1.2562i(c)确定临界稳定时的根轨迹增益2．要求：确定系统具有最大超调量时的根轨迹增益；3．绘制下列各系统根轨迹图。

num=[124];den1=conv([10],[14]);den2=conv([16],[141]);den=[den1,den2];G=tf(num,den);sys=feedback(G,1,-1);rlocus(sys)4．绘制下列各系统根轨迹图开环传递函数:；num=[10.2];den=conv([100],[13.6]);sys=tf(num,den);rlocus(sys)（2）num=[0001];den1=conv([10],[10.5]);den=conv(den1,[10.610])sys=tf(num,den);rlocus(sys)输出结果：den=1.00001.100010.30005.000005．试绘制下面系统根轨迹图—R（s）C（s）num=[11];den1=conv([10],[1-1]);den=conv(den1,[1416])G=tf(num,den);sys=feedback(G,1,-1);rlocus(sys)输出结果：den=1312-160五实验报告要求（a）记录与显示给定系统根轨迹图（b）完成上述各题实验三MATLAB及仿真实验（控制系统的频域分析）学习利用MATLAB进行以下实验，要求熟练掌握实验内容中所用到的指令，并按内容要求完成实验。

一实验目的1.利用计算机作出开环系统的波特图2.观察记录控制系统的开环频率特性3.控制系统的开环频率特性分析二预习要点1.预习Bode图和Nyquist图的画法；2.映射定理的内容；3.Nyquist稳定性判据内容三实验方法1、奈奎斯特图（幅相频率特性图）q对于频率特性函数G(jw)，给出w从负无穷到正。