《机电系统动态仿真》实验指导书版.docVIP

实验一 MATLAB基本操作 一、实验目的： ① 通过上机实验操作，使学生熟悉MATLAB实验环境，练习MATLAB命令、m文件，进行矩阵运算、图形绘制、数据处理。 ② 通过上机操作，使得学生掌握Matlab变量的定义和特殊变量的含义，理解矩阵运算和数组运算的定义和规则。 ③ 通过上机操作，使得学生掌握数据和函数的可视化，以及二维曲线、三维曲线、三维曲面的各种绘图指令。 二、实验原理与说明 Matlab是Matrix 和Laboratory两词的缩写，是美国Mathworks公司推出的用于科学计算和图形处理的可编程软件，经历了基于DOS版和Windows版两个发展阶段。 三、实验设备与仪器： PC电脑，Matlab7.0仿真软件 四、实验内容、方法与步骤： 数组运算与矩阵运算 数组“除、乘方、转置”运算符前的“.”决不能省略，否则将按矩阵运算规则进行运算；执行数组与数组之间的运算时，参与运算的数组必须同维，运算所得的结果也与参与运算的数组同维。 A=[ 1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]; B=[-1 -2 -3； -4 -5 -6； -7 -8 -9]; X=A.*B Y=A*B plot用于二维曲线绘图，若格式为 plot（X，Y，’s’），其中X为列向量，Y是与X等行的矩阵时，以X为横坐标，按Y的列数绘制多条曲线； 若X为矩阵，Y是向量时，以Y为纵坐标按X的列数（或行数）绘制多条曲线。 参考程序如下： t=(0:pi/100:pi) y1=sin(t)*[-1 1]; y2=sin(t).*sin(9*t); plot(t,y1, r:, t, y2, b-.) axis([0 pi, -1, 1]) title(Drawn by Dong-yuan GE) 程序运行界面如下： plot3用于三维曲线绘制，其使用格式与plot十分相似。 参考程序如下： t=0:0.02:2*pi; x=sin(t); y=cos(t); z=cos(2*t); plot3(x,y,z,b-, x,y,z,o) 程序运行界面如下： mesh与surf用于三维空间网线与曲面的绘制。基本指令为 mesh(X,Y,Z)； surf（X,Y,Z）； 参考程序如下： clf [x,y]=meshgrid(-3:0.1:3, -2:0.1:2); z=(x.^2-1.4*x).*exp(-x.^2-y.^2+x.*y); surf(x,y,z), axis([-3,3,-2,2,-0.5,1]) title(shading faceted), shading faceted %mesh(x, y, z) 程序运行界面如下： 实验二 经典控制系统分析 一、实验目的： 对控制系统进行时域、频域分析 二、实验原理与说明 三、实验设备与仪器： PC电脑，Matlab7.0仿真软件。 四、实验内容、方法与步骤： 1、实验内容： 已知系统传递函数为，求最大超调量，调整时间和峰值时间。 控制系统的稳态性能用系统的稳态误差表示，它是系统控制精度的度量。 如图2.1所示，系统的开环传递函数为：，在不考虑干扰的影响时，可得系统的稳态偏差为 ，可得系统的稳态误差为 当系统的输入分别为单位阶跃信号、单位斜坡信号、单位加速度信号时，可得系统的静态位置误差系数Kp、静态速度误差系数Kv、静态加速度误差系数Ka分别为： 则控制系统的稳态偏差分别为： ，，。 若控制系统为单位反馈系统，则稳态误差等于稳态偏差，若不为单位反馈系统，则 。 已知单位负反馈系统的开环传递函数为，求其单位斜坡输入时，系统的稳态误差。 GK=zpk([], [0 -1 -5],10); XI=zpk([], [ 0 0], 1); sys=1/(1+GK); Es=sys*XI ess=dcgain(tf ([ 1 0], [1])*Es) t=0:0.05:10; xi=t; y=lsim(sys*GK, xi,t); plot(t, xi, r-., t, y, t, xi-y,k:) xlabel(t(s)) ylabel(幅值、差值) legend(输入,输出,误差,0) title(Static Error Developed by Dong-yuan GE) 图2.2 系统的稳态误差 2、频域分析：在工程应用中，不仅要考虑系统的稳定性，还要求系统有一定的稳定程度，这就是所谓自动控制系统的相对稳定性问题。 所谓相对稳定性就是指稳定系统的稳定状态距离不稳定(或临界稳定)状态的程度。反映这种稳定程度的指标就是稳定裕度。 对于最小相位的开环系统，稳定裕度就是系统开环极坐标曲线距离实轴上点的远近程度。这个距离越远，稳定裕