自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)

1、自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn),電氣與新能源學(xué)院自動(dòng)化系實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：電氣科學(xué)樓E2-209,課程簡(jiǎn)介,課時(shí)安排：4學(xué)時(shí)（1+1+2）成績(jī)?cè)u(píng)定：實(shí)驗(yàn)過程10分+實(shí)驗(yàn)報(bào)告（三份）5分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：一、控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析（1學(xué)時(shí)）（對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)四） 二、控制系統(tǒng)的根軌跡分析（1學(xué)時(shí)）（對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)六） 三、控制系統(tǒng)的頻域分析（2學(xué)時(shí)）（對(duì)

2、應(yīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)七）使用教材：自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,實(shí)驗(yàn)要求,要求人手一本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（或電子版）；實(shí)驗(yàn)過程要求嚴(yán)格遵守紀(jì)律，有吵鬧、手機(jī)上網(wǎng)、干與實(shí)驗(yàn)無關(guān)的事情等情況的將扣除相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)過程分；希望提前完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的同學(xué)能夠充分利用實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，自主學(xué)習(xí)指導(dǎo)書上的思考與練習(xí)；實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容主要包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)原始記錄、實(shí)驗(yàn)分析與結(jié)論。實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須寫明網(wǎng)選班號(hào)和個(gè)人序號(hào)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告分成三份，圖表按順序分開排好。同一個(gè)實(shí)驗(yàn)的

3、圖表盡量壓縮在一張紙上；按時(shí)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告（實(shí)驗(yàn)后二周內(nèi)），報(bào)告不允許抄襲。,MATLAB簡(jiǎn)介,,目前，MATLAB已經(jīng)成為國際最流行的科學(xué)與工程計(jì)算軟件之一。它以模塊化的計(jì)算方法、可視化與智能化的人機(jī)交互功能、豐富的矩陣運(yùn)算、圖形繪制和數(shù)據(jù)處理函數(shù)，以及模塊化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具，成為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真領(lǐng)域最受歡迎的軟件系統(tǒng)。 在歐、美大學(xué)的應(yīng)用代數(shù)、數(shù)量統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)控制、數(shù)字信號(hào)處理、模擬與數(shù)字通信、時(shí)間序列分析

4、、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書中，都把MATLAB作為其中的內(nèi)容。,MATLAB簡(jiǎn)介,1、有高性能數(shù)值計(jì)算的高級(jí)算法，特別適合矩陣代數(shù)領(lǐng)域；,2、有大量事先定義的數(shù)學(xué)函數(shù)，并且有很強(qiáng)的用戶自定義函數(shù)的能力；,3、有強(qiáng)大的繪圖功能；,4、有完整的幫助功能；,5、適合個(gè)人應(yīng)用的強(qiáng)有力的面向矩陣（向量）的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言；,6、具有與其它語言編寫的程序結(jié)合和輸入輸出格式化數(shù)據(jù)的能力；,7、有在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域解決難題的工具箱。,MATLAB簡(jiǎn)介,,

5、在命令窗口中，可以直接輸入命令行來實(shí)現(xiàn)計(jì)算或作圖功能。,MATLAB簡(jiǎn)介,,程序編輯器中編寫腳本文件（類似于批處理文件）和函數(shù)文件。,打開編輯器,編譯和運(yùn)行,MATLAB簡(jiǎn)介,,help命令,Help選項(xiàng),MATLAB簡(jiǎn)介,,單步執(zhí)行,變量輸入,命令執(zhí)行,MATLAB簡(jiǎn)介,,錯(cuò)誤說明,沒有分號(hào),有分號(hào),實(shí)驗(yàn)過程注意,1、注意()與[]的區(qū)別；,2、注意空格、逗號(hào)和分號(hào)的區(qū)別；,3、注意單引號(hào)的字符區(qū)別（單引號(hào)中可以輸入中文）；,4、注意

6、保存圖表要用“另存為”，要改文件名；,5、注意及時(shí)保存圖表，電腦重啟后數(shù)據(jù)丟失。,實(shí)驗(yàn)一：控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析,,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握用MATLAB進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)分析計(jì)算的方法；2、掌握用MATLAB求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的方法；3、掌握用MATLAB求系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)的方法；4、掌握用MATLAB求系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)的方法；5、掌握用MATLAB求系統(tǒng)對(duì)任意信號(hào)的響應(yīng)的方法。,實(shí)驗(yàn)要求：1、實(shí)驗(yàn)圖表的標(biāo)題上必須注明姓名（中文

7、）和學(xué)號(hào)；2、按照實(shí)驗(yàn)步驟獨(dú)立完成針對(duì)以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析。包括實(shí)驗(yàn)步驟1、2、3、4、5中的傳遞函數(shù)部分，狀態(tài)空間部分不做要求。,實(shí)驗(yàn)一：控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析,1、系統(tǒng)表示：以s的降冪排列,2、系統(tǒng)獲?。?系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述,實(shí)驗(yàn)一：控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析,3、單位階躍響應(yīng)：,4、單位脈沖響應(yīng)：,計(jì)算系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng),時(shí)間間隔取值,計(jì)算系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng),實(shí)驗(yàn)一：控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析,5、圖形繪制：,6、任意

8、輸入信號(hào)的響應(yīng)：,計(jì)算系統(tǒng)在任意輸入和初始條件下的時(shí)間響應(yīng),在圖形上加網(wǎng)格線,繪制線性坐標(biāo)圖形,r和t表示輸入信號(hào),在當(dāng)前圖形中添加標(biāo)題,在圖形上添加坐標(biāo)說明,在圖形上添加文字說明,實(shí)驗(yàn)一：控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析,生成的圖表和數(shù)據(jù)：,1、步驟2中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線圖；,2、步驟3中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)曲線圖；,3、步驟4中，傳遞函數(shù)

9、 系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)曲線圖；,4、步驟5中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)曲線圖（包括輸入信號(hào)曲線）；,5、實(shí)驗(yàn)步驟中要求的其它數(shù)據(jù)和分析。,實(shí)驗(yàn)二：控制系統(tǒng)的根軌跡分析,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握用MATLAB進(jìn)行根軌跡分析的方法。,實(shí)驗(yàn)要求：1、實(shí)驗(yàn)圖表的標(biāo)題上必須注明姓名和學(xué)號(hào)；2、按照實(shí)驗(yàn)步驟獨(dú)立完成針對(duì)以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)的根軌跡分析。包括實(shí)驗(yàn)步驟1、2、3、5。,1、系統(tǒng)表示：以s的降

10、冪排列,2、s多項(xiàng)式乘積：,a、b兩個(gè)s多項(xiàng)式的乘積,實(shí)驗(yàn)二：控制系統(tǒng)的根軌跡分析,特征方程,等效開環(huán)傳遞函數(shù),3、畫根軌跡：,4、確定增益：,計(jì)算根軌跡,由根軌跡的一組根確定相應(yīng)的增益,實(shí)驗(yàn)二：控制系統(tǒng)的根軌跡分析,在rlocus命令之后使用，把可移動(dòng)的x-y坐標(biāo)覆蓋到屏幕上，利用鼠標(biāo)把x-y坐標(biāo)的原點(diǎn)配置到根軌跡希望的點(diǎn)上，并且點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵。在屏幕上會(huì)顯示該點(diǎn)的坐標(biāo)、增益值、以及相當(dāng)于該增益值的閉環(huán)極點(diǎn)。,打開根軌跡上阻尼比=0.5

11、的網(wǎng)格線（書上有錯(cuò)誤）,5、圖形繪制：,繪制線性坐標(biāo)圖形,將繪圖區(qū)域設(shè)置成平方縱橫比,設(shè)定坐標(biāo)軸范圍,實(shí)驗(yàn)二：控制系統(tǒng)的根軌跡分析,生成的圖表：,1、步驟2中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的根軌跡圖；,2、步驟3中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的根軌跡圖；,3、步驟5中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的根軌跡圖。,實(shí)驗(yàn)二：控制系統(tǒng)的根軌跡

12、分析,5、實(shí)驗(yàn)步驟中要求的其它數(shù)據(jù)和分析。,4、步驟5中要求的阻尼比=0.5的閉環(huán)極點(diǎn)、對(duì)應(yīng)增益值、對(duì)應(yīng)所有極點(diǎn)的坐標(biāo)等數(shù)據(jù)和分析；,實(shí)驗(yàn)三：控制系統(tǒng)的頻域分析,,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握用MATLAB作Bode圖的方法；2、掌握用MATLAB作Nyquist圖的方法；3、掌握用MATLAB求系統(tǒng)的增益裕度、相位裕度、相位交接頻率、增益交接頻率的方法；4、掌握用MATLAB求閉環(huán)系統(tǒng)的諧振峰值、諧振頻率和帶寬的方法。,實(shí)驗(yàn)要求：1、

13、實(shí)驗(yàn)圖表的標(biāo)題上必須注明姓名和學(xué)號(hào)；2、按照實(shí)驗(yàn)步驟獨(dú)立完成針對(duì)以傳遞函數(shù)表示的控制系統(tǒng)的頻域分析。包括實(shí)驗(yàn)步驟1、2、4。,1、畫伯德圖：,2、畫奈奎斯特圖：,生成伯德圖,系統(tǒng)頻率響應(yīng)的實(shí)部和虛部,頻率響應(yīng)的幅值和相角,實(shí)驗(yàn)三：控制系統(tǒng)的頻域分析,指定頻率向量,生成奈奎斯特圖,3、開環(huán)系統(tǒng)特性：,4、閉環(huán)系統(tǒng)特性：,生成裕度和頻率,諧振峰值（分貝）,增益裕度、相位裕度、相位交接頻率、增益交接頻率,實(shí)驗(yàn)三：控制系統(tǒng)的頻域分析,諧振頻率

14、,帶寬,4、其它命令：,實(shí)驗(yàn)三：控制系統(tǒng)的頻域分析,生成的圖表：,1、步驟1中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的伯德圖；,2、步驟2中，傳遞函數(shù) 的開環(huán)系統(tǒng)伯德圖、幅值曲線半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖、相角曲線半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖、閉環(huán)系統(tǒng)伯德圖；,3、步驟4中，傳遞函數(shù) 系統(tǒng)的奈奎斯特圖；,實(shí)驗(yàn)三：控制系統(tǒng)的頻域分析,5、實(shí)驗(yàn)步驟中要求的其它數(shù)據(jù)和分析。,4、步驟2中要求的