实验-系统的频率特性概要.ppt

* 实验2 控制系统频域特性 课程名称： 控制工程基础 开课院系：机械工程学院 主讲人： 杨光 实验内容 ☆ 理论知识回顾； ☆ MATLAB相关知识； ☆ 实验内容； ☆ 知识拓展； 课堂内容回顾 1、频率特性的概念及表达； 3、Nyquist和Bode图的画法； S→ωj (2) 即： 求A(0)、?(0)；A(?)、?(?) 系统校正 (1) (3) 2、研究目的 (1)以ω为变量研究系统的特性； (2)为后续章节——判断系统是否稳定做铺垫 Nyquist图 (1) 将开环传递函数表示为典型环节的串联： (2) 确定各环节的转折频率： 并由小到大标示在对数频率轴上。 (3)计算20lgK，在?＝1 rad/s 处找到纵坐标等于 20lgK 的点，过该点作斜率等于 -20v dB/dec的直线，向左延长此线至所有环节的转折频率之左，得到最低频段的渐近线。 (4)向右延长最低频段渐近线，每遇到一个转折 频率改变一次渐近线斜率。 (5)对渐近线进行修正以获得准确的幅频特性。 (6)相频特性曲线由各环节的相频特性相加获得。 Bode图 4、MATLAB基础知识 传递函数模型 在MATLAB中，传递函数的描述方法是通过传递函数分子和分母关于s的将序排列的多项式系数来表示的，并用向量num和den来表示。 num=[b0 b1 b2…. bm]，den=[a0 a1 a2…. an]，在MATLAB中，用函数命令tf()建立控制系统的传递函数模型，即sys=tf(num,den) 一、实验目的 1．在《控制工程基础》课程中，系统的频率特性是教学中的重点内容之一，本实验的主要目的是为了使同学理解频率特性的Nyquist图和Bode图的组成原理。 2．熟悉典型环节的Nyquist图和Bode图的特点及其绘制。 3．掌握一般系统的Nyquist图和Bode图的特点和绘制。 二、实验内容及基本原理 （一）实验内容 1．加深理解频率特性的概念，理解频率特性的Nyquist图和Bode图的组成原理。 2．熟悉典型环节的Nyquist图和Bode 图的特点及其绘制，分析单位反馈系统的频率特性，并绘制其Nyquist 图和Bode 图。 3．掌握一般系统的Nyquist图和Bode图的特点和绘制，理解系统频率特性的特征量的求法。 4．将实验图形曲线打印出来，写出实验报告。 （二）实验原理 三、实验用仪器与设备 1．电脑，1台/人 2．MATLAB软件 四、实验方法与步骤 (1)已知控制系统的开环传递函数为 ，试用MATLAB绘制出当K=10，T=0.1时系统的Nyquist图。 参考程序如下： num=[0 0 10]; den=[0.1 1 0] nyquist(num,den) (2)已知系统的开环传递函数为 ，试用MATLAB绘制出当K=10，T=0.087时系统的Bode图。 程序如下： num=[0 0 10] den=[0.087 1 0] bode(num,den) [mag,phase,w]=bode(num,den,2) grid on (3)考虑一个单位负反馈系统，其开环传递函数为 ，试绘制系统的频率特性曲线。 参考程序如下： 其闭环系统的频率特性为：程序如下 G=tf([1],[1 1]); GC=feedback(G, 1); bode(GC); grid on; title(闭环系统的伯德图：) 五、实验准备及预习要求 1．由于本实验需要使用MATLAB软件中的相关命令，所以需要提前学习MATALAB中的一些简