自动控制原理实验1-6.docx

实验一MATLAB仿真基础一、实验目的：（1）熟悉MATLAB实验环境，掌握MATLAB命令窗口的基本操作。（2）掌握MATLAB建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。（3）掌握使用MATLAB命令化简模型基本连接的方法。（4）学会使用Simulink模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。二、实验设备和仪器1．计算机；2. MATLAB软件三、实验原理函数tf ( ) 来建立控制系统的传递函数模型，用函数printsys ( ) 来输出控制系统的函数，用函数命令zpk ( ) 来建立系统的零极点增益模型，其函数调用格式为：sys = zpk ( z, p, k )零极点模型转换为多项式模型[num , den] = zp2tf ( z, p, k ) 多项式模型转化为零极点模型 [z , p , k] = tf2zp ( num, den ) 两个环节反馈连接后，其等效传递函数可用feedback ( ) 函数求得。则feedback（）函数调用格式为： sys = feedback（sys1, sys2, sign）其中sign是反馈极性，sign缺省时，默认为负反馈，sign＝-1；正反馈时，sign＝1；单位反馈时，sys2＝1，且不能省略。四、实验内容：1.已知系统传递函数，建立传递函数模型2.已知系统传递函数，建立零极点增益模型3．将多项式模型转化为零极点模型4. 已知系统前向通道的传递函数反馈通道的传递函数求负反馈闭环传递函数5、用系统Simulink模型结构图化简控制系统模型已知系统结构图，求系统闭环传递函数。五、实验过程及结果：1.(1)num=[1 3];den=[1 2 2 1];printsys(num,den) num=5*conv(conv([1 2],[1 2]),[1 6 7]);den=conv(conv(conv([1 0],[1 1]),conv([1 1],[1 1])),[1 0 2 1]);Gs=tf(num,den)2.k=10;z=[-5];p=[-0.5,-2,-3]; Gs=zpk(z,p,k)3. num=[1 ,5,6];den=[1, 2,1,0];[z,p,k]=tf2zp(num,den); Gs=zpk(z,p,k)4.numg=[2,5,1];deng=[1,2,3]; numh=[5,10];denh=[1,10];[num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh);printsys(num,den)5.(1)用梅森公式求G1=1/(S+1); =5/(s+2);phi=factor(((G1+1)*G2/(1+2*G1+G1*G2));(2).用simulink结构图模型求传递函数实验二典型环节动态特性一、实验目的：1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。二、实验设备和仪器1．计算机；2. MATLAB软件三、实验原理典型环节的概念对系统建模、分析和研究很有用，但应强调典型环节的数学模型是对各种物理系统元、部件的机理和特性高度理想化以后的结果，重要的是，在一定条件下，典型模型的确定能在一定程度上忠实地描述那些元、部件物理过程的本质特征。各典型环节的传递函数：①比例环节 G1(S)=1和G2(S)=2 惯性环节 G1(S)=1/(S+1)和G2(S)=1/(0.5S+1) ③积分环节 G1(S)=(1/S)和G2(S)=(1/（0.5S）④微分环节 G1(S)=0.5S和G2(S)=2S ⑤比例微分环节 G1(S)=(2+S)和G2(S)=(1+2S) ⑥比例积分环节（PI）G1(S)=(1+1/S)和G2（S）=2（1+1/2S）四、实验过程启动MATLAB7.0，进入Simulink后新建文档，分别在各文档绘制各典型环节的结构框图。双击各传递函数模块，在出现的对话框内设置相应的参数。然后点击工具栏的按钮或simulation菜单下的start命令进行仿真，双击示波器模块观察仿真结果。在仿真时设置各阶跃输入信号的幅度为1，开始时间为0（微分环节起始设为0.5，以便于观察）传递函数的参数设置为框图的数中值，自己可以修改为其他数值再仿真观察其响应结果。实验也可用程序实现得到响应曲线。1.比例环节G1(S)=1和G2(S)=2num=[1];den=[1]; G=tf(num,den), step(G)2.惯性环节G1(S)=1/(S+1)和G2(S)