控制系统CAD实验报告.doc

《控制系统CAD》实验指导书 编者：刘辉 实验一 Matlab 使用方法和程序设计 一、实验目的 1. 掌握Matlab软件使用的基本方法； 2. 熟悉Matlab的基本运算和程序控制语句； 3. 熟悉Matlab程序设计的基本方法。 程序：p=[1 2 3 5 4] ; x=roots(p) 结果截图： 2已知,试使用符号运算的方法对其因式分解。 程序： Syms a b c; f=a^4*(b^2-c^2)+b^4*(c^2-a^2)+c^4*(a^2-b^2); R1=factor(f) 结果截图： 结果： 编写一个函数，完成求和s=1+2+3+...+i+...+n。 程序：求1000个数相加的和 sum=0; for i=1:1000 sum=sum+i; end sum 结果截图： 4.已知一传递函数，试将其分解为部分分式。 程序： num=[1 2]; den=[1 5 4]； [r,p,k]=residue(num,den) 结果截图： 结果： 实验二 一、 实验目的 1. 掌握如何使用Matlab进行系统的时域分析。 2. 掌握如何使用Matlab进行系统的频域分析。 3. 掌握如何使用Matlab进行系统的根轨迹分析。 4. 掌握如何使用Matlab进行系统的稳定性分析。 二、 实验内容 1.时域分析 根据下面传递函数模型：绘制其单位阶跃响应曲线并从图上读取最大 超调量，绘制系统的单位脉冲响应。 程序： num=[3 15 18]; den=[1 6 10 8]; G=tf(num,den); Grid;impulse(G) time=[0:0.1:20]; step(G,time) 结果截图： 结果分析： 超调量2.41 计算 2.频域分析 典型二阶系统传递函数为： 当 ζ=0.7, ωn 取6时的 Bode Nichols Nyquist图的单位阶跃响应。 （1）Bode 图程序： num=36; den=[1 8.4 36]; g=tf(num,den); bode(g,{0.001,100}); grid; 结果截图： 结果分析： （2）Nichols图程序： num=36; den=[1 8.4 36]; g=tf(num,den); nichols(g) 结果截图： 结果分析： （3）Nyquist图 num=36; den=[1 8.4 36]; g=tf(num,den); nyquist(g) 结果截图： 结果分析： 3.根轨迹分析 绘制下面负反馈系统系统的根轨迹，并分析系统稳定的K值范围。 前向通道： 反馈通道： 程序： num=[1]; den=[3 305 500 1]; g=tf(num,den); rlocus(g) 结果截图： 结果分析： 4.稳定性分析 （1）根轨迹法判断系统稳定性： 已知系统的开环传递函数为： 试对系统闭环判别其稳定性。 程序： 结果截图： 结果分析： （2）Bode图法判断系统稳定性： 程序： 结果截图： 结果分析： 实验三 一、 实验目的 掌握使用Bode 图法进行控制系统设计的方法； 熟悉Ziegler-Nichols 的第二种整定方法的步骤。 二、 实验内容 1. 设一单位负反馈控制系统，如果控制对象的开环传递函数为： 试设计一个串联超前校正装置。 要求：校正后系统的相角裕度γ ≥ 45° ；当系统的输入信号是单位斜坡信号时，稳态误差ess≤0.04; 绘制出校正后系统和未校正系统的Bode 图及其闭环系统的单位阶跃响应曲线，并进行对比。 程序： 结果截图： 结果分析： 2. 设一单位负反馈控制系统，其开环传递函数为： 试设计一个串联滞后校正装置。 要求：校正后系统的相角裕度γ ≥ 40°；幅值裕度大于等于 12dB，静态速度误差系数K ≥ 4。要求绘制校正后系统和未校正系统的Bode 图及其闭环系统的单位阶跃响应曲线，并进行对比。 程序： 结果截图： 结果分析： 3. 设一单位负反馈系统的开环传递函数为： 请采用Ziegler-Nichols 第二整定法设计一个PID 控制器，确定PID