结合MATLAB的控制工程实验.doc

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机械控制工程实验
实验指导书
机电技术实验室
学号:2014010049姓名：潘礼延班级:机械1402
日期:2016年10月8日
实验一系统时域响应分析
实验目的
本实验的主要目的是通过试验,能够使学生进一步理解和掌握系统时间响应分析的相关知识,同时也了解频率响应的特点及系统稳定性的充要条件。
实验要求
学习有关MATLAB的相关内容，要求学生用MATLAB软件的相应功能，编程实现一阶、二阶和三阶系统在几种典型输入信号（包括单位脉冲信号、单位阶跃信号、单位斜坡信号和正弦信号)作用下的响应，记录结果并进行分析处理：对一阶和二阶系统，要求用试验结果来分析系统特征参数对系统时间响应的影响；对二阶系统和三阶系统的相同输入信号对应的响应进行比较，得出结论。
1.系统的传递函数及其MATLAB表达
（1)一阶系统
传递函数为:
传递函数的MATLAB表达：num=[k]；den=［T,1]；G(s)=tf（num，den)
（2）二阶系统
传递函数为：
传递函数的MATLAB表达：num=［wn^2］；den=[1，wn，wn^2］；G（s)=tf（num,den)
2.各种时间输入信号响应的表达
（1）单位脉冲信号响应：impulse（sys，t）
（2）单位阶跃信号响应：step(sys,t）
(3）任意输入信号响应：lsim（sys，u,t）
其中sys为建立的模型；t为仿真时间区段（可选)
实验内容
读懂以下代码,编写一阶系统单位阶跃响应曲线。
clearall；
t=0：0。01：7; ％系统时间
nG=1; %传函分子系数
tao=1；dG=[tao1］; ％传函分母系数
G=tf（nG,dG)%建立传递函数
impulse（G，t); %绘制阶跃输入的曲线
xlabel（’时间');ylabel（'幅值');％给XY轴命名
gridon; ％打开网格
title（'一阶系统单位脉冲的响应曲线’);%给所绘图像定义标题
读懂以下代码，编写二阶系统单位阶跃响应曲线。
clearall；
t=［0：0。01：4］;
wn=7;kc=0。2；%定义二阶系统参数
nG=［wn^2］；
dG=[12＊kc＊wnwn^2］;
G=tf(nG,dG)
impulse(G，t）;
xlabel（'时间’）;ylabel('幅值’）；
gridon;
title（’二阶系统单位脉冲响应曲线’)；
读懂以下代码，编写二阶系统加速度信号的响应曲线。
clearall;
t=0:0.01:10；
wn=7；kc=0。7;
u=sin(0。5＊pi＊t);
nG=wn^2;
dG=［12＊kc*wnwn^2]；
G=tf(nG,dG）
lsim（G,u，t)；
xlabel(’时间'）;ylabel（’幅值');
gridon；
title（'二阶系统正弦响应及响应曲线’)；
读懂以下代码,编写二阶系统不同参数阶跃响应曲线（欠阻尼，临界阻尼,过阻尼）.
clearall;
t=［0：0。001：7］;
wn=7；
nG=［wn^2］；
kc=0.2；dG1=[12*kc*wnwn^2］；G1=tf(nG，dG1)
kc=0.5；dG2=[12*kc*wnwn^2］；G2=tf(nG，dG2)
kc=0.8；dG3=[12＊kc*wnwn^2］；G3=tf（nG，dG3）
[y1，T］=step(G1,t）;
［y2,T］=step(G2，t）;
［y3,T]=step（G3,t）；
plot(T，y1，’-—’，T，y2，’-.',T，y3，'-');
legend(’kc=0。2'，'kc=0.5'，’kc=0。8')；
xlabel（’时间'）;ylabel('幅值');gridon；
title('二阶系统单位阶跃响应曲线(不同欠阻尼);
运行一下代码,判断所得各数值的含义。
clearall；
t=0:0。001:4;
yss=1;dta=0。02;
wn=7；
nG=［wn^2];
kc=0。2；dG1=[12＊kc＊wnwn^2］；G1=tf（nG,dG1）；
kc=0.5；dG2=［12＊kc＊wnwn^2］；G2=tf（nG，dG2）;
kc=0.8;dG3=［12＊kc*wnwn^2］;G3=tf(nG，dG3）;
y1=step（G1,t);y2=step(G2，t）；y3=step（G3，t)；
％kc=0。2
％求上升时间tr
r=1；whiley1（r）<yss;r=r+1；end
tr1=(r—1)＊0.001；
％求峰值ymax和峰值时间tp
[ymax,tp］=max（y1)；
tp1=(tp-1)*0.001；
%求超调量mp
mp1=(ymax-yss）/yss；
%求调整时间ts