自动控制原理及系统仿 真课程设计

学 号： 1030620227 姓 名： 李斌 指导老师： 胡开明 学 院：机械与电子工程学院 2013年11月 目录 一、设计要求.............................................................................1 二、设计报告的要求.................................................................1 三、题目及要求.........................................................................1 （一）自动控制仿真训练.................................................1 （二）控制方法训练.......................................................19 （三）控制系统的设计...................................................23 四、心得体会...........................................................................27 五、参考文献...........................................................................28 1

自动控制原理及系统仿真课程设计 一：设计要求： 1、 完成给定题目中，要求完成题目的仿真调试，给出仿真程序和图形。 2、 自觉按规定时间进入实验室，做到不迟到，不早退，因事要请假。严格遵守实验室各项规章制度，实验期间保持实验室安静，不得大声喧哗，不得围坐在一起谈与课程设计无关的空话，若违规，则酌情扣分。 3、 课程设计是考查动手能力的基本平台，要求独立设计操作，指导老师只检查运行结果，原则上不对中途故障进行排查。 4、 加大考查力度，每个时间段均进行考勤，计入考勤分数，按照运行的要求给出操作分数。每个人均要全程参与设计，若有1/3时间不到或没有任何运行结果，视为不合格。 二：设计报告的要求： 1.理论分析与设计 2.题目的仿真调试，包括源程序和仿真图形。 3.设计中的心得体会及建议。 三：题目及要求 一）自动控制仿真训练 1.已知两个传递函数分别为：ssxGsxG22132)(,131)( 2

①在MATLAB中分别用传递函数、零极点、和状态空间法表示； MATLAB代码： num=[1] den=[3 1] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den)

num=[2] den=[3 1 0] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) 仿真结果：

num =2 den =3 1 0 Transfer function: 2 --------- 3 s^2 + s 3

E = Empty matrix: 0-by-1 F = 0.6667 A =-0.3333 0 1.0000 0 B= 1 0 C = 0 0.6667

D = 0 num = 1 den =3 1 Transfer function: 1 ------- 3 s + 1 E =Empty matrix: 0-by-1 F =0.3333 A = -0.3333 B =1 C =0.3333 D =0 ②在MATLAB中分别求出通过反馈、串联、并联后得到的系 4

统模型。 MATLAB代码： num1=[1] den1=[3 1] G1=tf(num1,den1) num2=[2] den2=[3 1 0] G2=tf(num2,den2) G3=G1*G2 G4=G1+G2 仿真结果： num1 =1 den1 =3 1 Transfer function: 1 ------- 3 s + 1 num2 =2 den2 = 3 1 0 Transfer function: 2 --------- 5

3 s^2 + s Transfer function: 2 ----------------- 9 s^3 + 6 s^2 + s Transfer function: 3 s^2 + 7 s + 2 ----------------- 9 s^3 + 6 s^2 + s

2.系统的传递函数模型为2450351024247)(23423ssssssssG，判断系统的稳定性。 MATLAB代码： num=[1 7 24 24] den=[1 10 35 50 24] G=tf(num,den) p=eig(G) p1=pole(G) r=roots(den) 仿真结果： num = 1 7 24 24 den = 1 10 35 50 24 6

Transfer function: s^3 + 7 s^2 + 24 s + 24 --------------------------------- s^4 + 10 s^3 + 35 s^2 + 50 s + 24 p =-4.0000 -3.0000 -2.0000 -1.0000 p1=-4.0000 -3.0000 -2.0000 -1.0000 r =-4.0000 -3.0000 -2.0000 -1.0000

3.单位负反馈系统的开环传递函数为)22)(73.2()(2ssssksG，绘制根轨迹图，并求出与实轴的分离点、与虚轴的交点及对应的增益。 MATLAB代码： num=1 7

den=conv([1 2.73 0],[1 2 2]) rlocus(num,den) axis([-8 8 -8 8]) figure(2) r=rlocus(num,den); plot(r,'-') axis([-8 8 -8 8]) gtext('x') gtext('x') gtext('x') 仿真结果： num =1 den =1.0000 4.7300 7.4600 5.4600 0 8 4.已知系统的开环传递函数为)15.0)(12.0()110(5)(2ssssssG，绘制系统的Bode图和Nyquist,并能够求出系统的幅值裕度和相角裕 9

度。 MATLAB代码： s=tf('s') G=5*(10*s+1)/(s*(s^2+0.2*s+1)*(0.5*s+1)) figure(1) bode(G) grid figure(2) nyquist(G) grid axis([-2 2 -5 5]) 仿真结果： Transfer function:s Transfer function: 50 s + 5 ------------------------------- 0.5 s^4 + 1.1 s^3 + 0.7 s^2 + s 10 5．考虑如图所示的反馈控制系统的模型，各个模块为 4324)(23ssssG，33)(sssGc，101.01)(ssH，用MATLAB语句分别得出开环和闭环系统的阶跃响应曲线。 11

MATLAB代码： num=[4] den=[1 2 3 4] G=tf(num,den) G0=feedback(G,1) step(G0) [y,t]=step(G0) plot(t,y)

num=[1 -3] den=[1 3] G=tf(num,den) G0=feedback(G,1) step(G0) [y,t]=step(G0) plot(t,y)

num=[1] den=[0.01 1] G=tf(num,den) G0=feedback(G,1) step(G0) 12

[y,t]=step(G0) plot(t,y)

num1=[4] den1=[1 2 3 4] G1=tf(num1,den1) num2=[1 -3] den2=[1 3] G2=tf(num2,den2) num3=[1] den3=[0.01 1] G3=tf(num3,den3) G=G1*G2 G0=feedback(G,G3) step(G0) [y,t]=step(G0) plot(t,y) figure(2) step(G) [y,t]=step(G) plot(t,y)