概述
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1、实验一、MATLAB语言的符号运算1、实验目的(1)学习MATLAB语言的基本符号运算;(2)学习MATLAB语言的矩阵符号运算;2、实验内容(1)基本符号运算1) 符号微分、积分syms tf1=sin (2*t);df1=diff(f1)if1=int (f1)2) 泰勒级数展开tf1=taylor (f1,8)3) 符号代数方程求解syms a b c x;f=a*x2+b*x+c;ef=solve (f)4) 符号微分方程求解f=D2x+2*Dx+10*x=0;g=Dx(0)=1,x(0)=0;dfg=dsolve(f,g)求满足初始条件的二阶常系数齐次微分方程的特解:5) 积分变换s。
2、yms tf1=exp(-2*t)*sin (5*t)F1=laplace(f1)F2=ilaplace(F1)(2) 符号矩阵运算1)创建与修改符号矩阵G1=sym(1/(s+1),s/(s+1)/(s+2);1/(s+1)/(s+2),s/(s+2)G2=subs(G1,G1(2,2),0)G3=G1(1,1)2)常规符号运算syms sd1=1/(s+1);d2=1/(s+2);d=d1*d2ad=sym(s+1 s;0 s+2);G=d*adn1=1 2 3 4 5;n2=1 2 3;p1=poly2sym (n1);p2=poly2sym(n2);p=p1+p2pn=sym2poly。
3、(p)实验二、 控制系统的阶跃响应一、 实验目的(1) 观察学习控制系统的单位阶跃响应;(2) 记录单位阶跃响应曲线(3) 观察时间响应分析的一般方法二、 实验步骤(1) 运行MATLAB在Windows界面上用鼠标双击MATLAB图标,即可打开MATLAB命令窗口(2) 建立系统模型1)传递函数模型(TF)由于用和 可以唯一地确定一个系统,因此在MATLAB中可以用向量;来表示传递函数G(s)的TF模型为;sys=tf(num,den)2)zpk模型由于用m个零点、n个极点及增益k可以唯一地确定一个系统,因此在MATLAB中可用向量;来表示系统G(s)的zpk模型。;3) MATLAB的阶跃。
4、响应函数阶跃响应函数step(sys)step(sys,tf)step(sys,t)step(sys1,sys2,t)y,t=step(sys)y,t,x=step(sys)函数功能:给定系统数学模型sys,求系统的单位阶跃响应。例1MATLAB程序为num=4;den=1 1 4;sys=tf(num,den);step(sys);画出阶跃响应曲线。阻尼特征函数为damp(den)函数功能:给定特征多项式系数向量,计算系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率。三、 实验内容(1) 二阶系统为1)键入程序,观察、记录阶跃响应曲线2)键入num=10;den=1 2 10;sys=tf(num,de。
5、n);damp(den)Eigenvalue Damping Freq. (rad/s) -1.00e+000 + 3.00e+000i 3.16e-001 3.16e+000 -1.00e+000 - 3.00e+000i 3.16e-001 3.16e+000 计算系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率,并作记录。键入step(sys)y,t,x=step(sys); %返回变量输出y与时间t(变量x为状态变量矩阵)y,t %显示输出向量y与时间向量t记录实际测取的峰值大小、峰值时间、过渡时间,填入下表并与理论计算值相比较。表1 阶跃响应数据实际值理论值峰值峰值时间(2) 修改参数,分别实现。
6、的响应曲线,并作记录。程序:n0=10;d0=1 2 10;step(n0,d0) %原系统hold on %保持原曲线n1=n0;d1=1 6.32 10;step(n1,d1) %系统1 n2=n0;d2=1 12.64 10;step(n2,d2) %系统2 修改参数,分别实现、的响应曲线,并作记录。(3)试作出以下系统的阶跃响应,并比较与原系统响应曲线的差别与特点,作出相应的实验分析结果。1) 有系统零点情况:2) 分子、分母多项式阶数相等:n=m=23) 分子多项式零次项系数为零4) 原响应的微分,微分比例为1/10实验三、 控制系统的根轨迹作图一、 实验目的(1) 利用计算机完成控。
7、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) 利用根轨迹进行系统分析二、 实验步骤(1) 在Windows界面上双击Matlab图标,即可打开Matlab命令平台。(2) 练习相关m函数。根轨迹作图函数rlocus(sys)rlocus(sys,k)r=rlocus(sys)r,k=rlocus(sys)函数功能:绘制系统根轨迹图或者计算绘图变量。例1 系统开环传递函数为根轨迹作图程序为k=1; %zpk模型的增益值z= ; %零点p=0,-1,-2; %极点sys=zpk(z,p,k);rlocus(sys)作出根轨迹图。零点极点位置绘图函数pzmap(sys)p,z=p。
8、zmap(sys)函数功能:给定系统数学模型,作出零点极点位置图。例2 系统传递函数为程序为num=2 -2;den=1 4 14 20;sys=tf(num,den);pzmap(num,den)画出零极点图。闭环根查询函数k,poles=rlocfind(sys)k,poles=rlocfind(sys,p)函数功能:用鼠标确定根轨迹上某一点的增益值k和该点对应的n闭环根。例3 系统开环传递函数为num=2 -2;den=1 4 14 20;sys=tf(num,den);rlocus(sys);k,r=rlocfind(sys)在图上选择一个闭环极点,画出图,并返回该点的增益值k和该点对。
9、应的所有闭环根。三、 实验内容给定如下各系统的开环传递函数,做出它们的根轨迹图,并完成给定要求。(1) 要求:1) 准确记录根轨迹的起点、终点与根轨迹条数;2) 确定根轨迹的分离点与相应的根轨迹增益;3) 确定临界稳定时的根轨迹增益(2) 要求:确定根轨迹与虚轴交点并确定系统稳定的根轨迹增益范围。实验四 控制系统的博德图1、实验目的(1) 利用计算机作出开环系统的博德图(2) 观察记录控制系统的开环频域性能(3) 控制系统的开环频率特性分析2、实验步骤(1) 在Windows界面上双击Matlab图标,即可打开Matlab命令平台(2) 练习相关m函数博德图绘图函数bode(sys )bode。
10、(sys,wmin,wmax)bode(sys,w)m,p,w=bode(sys)函数功能:对数频率特性作图函数,即博德图作图稳定裕度函数margin(sys)Gm,Pm,wg,wp=margin(sys)Gm,Pm,wg,wp= margin(m,p,w)函数功能:计算系统的稳定裕度、相位裕度Gm和幅值裕度Pm例1 系统开环传递函数为绘制博德图。作图程序如下:num=10;den=1 2 10;bode(num,den);3、实验内容(1) 要求:由稳定裕度命令计算系统的稳定裕度和,并确定系统的稳定性。+-R(s)C(s)系统结构图(2) 已知系统结构图如下:分别令1)2)要求:作博德图并将。
11、曲线保持(hold on),分别计算2个系统的稳定裕度值,并做时域仿真验证(提示:分别作阶跃响应曲线,分析是否稳定)。4、实验报告要求(1) 记录给定系统与显示的博德图(2) 完成上述各题要求实验五 控制系统的极坐标图一、实验目的(1) 利用计算机作出开环系统的极坐标图;(2) 极坐标图系统分析二、实验步骤(1) 在Windows界面上双击Matlab图标,即可打开Matlab命令平台(2) 练习m函数极坐标绘图函数nyquist(sys)nyquist(sys,w)re,im,w=nyquist(sys)函数功能:奈奎斯特轨线作图命令,即极坐标图。例 系统开环传递函数为绘制极坐标图。作图程序。
12、如下:num=0 0 10;den=1 2 10;sys=tf(num,den);nyquist(sys);如果作图趋势不明显,可用下述方法改进:1)使用命令axis( )改变坐标显示范围。2)给定角频率变量w=0:0.1:100;nyquist(sys,w);绘制极坐标图。三、实验内容(1) 要求:作极坐标图。如展示不清,可改变坐标范围或者设定角频率变量(w=w1:w:w2)。(2) , or 要求:1) 作极坐标图。可改变坐标范围或者设定角频率变量w。2) 比较时与时两图的区别与特点。(3) , or 要求:1)作极坐标图。可改变坐标范围或者设定角频率变量w。2)比较时与时两图的区别与特点。四、实验报告要求(1) 认真做好实验记录;(2) 完成上述各题给定要求。
最后
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