《機電系統(tǒng)動態(tài)仿真》實驗指導書2010版

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1、實驗一MATLAB基本操作一、實驗目的：①通過上機實驗操作，使學生熟悉MATLAB實驗環(huán)境，練習MATLAB命令、m文件，進行矩陣運算、圖形繪制、數(shù)據(jù)處理。②通過上機操作，使得學生掌握Matlab變量的定義和特殊變量的含義，理解矩陣運算和數(shù)組運算的定義和規(guī)則。③通過上機操作，使得學生掌握數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化，以及二維曲線、三維曲線、三維曲面的各種繪圖指令。二、實驗原理與說明Matlab是Matrix和Laboratory兩詞的縮寫，是美國Mathworks公司推出的用于科學計算和圖形處理的可編程軟件，經(jīng)歷了基于DOS版和Window

2、s版兩個發(fā)展階段。三、實驗設(shè)備與儀器：PC電腦，Matlab7.0仿真軟件四、實驗內(nèi)容、方法與步驟：數(shù)組運算與矩陣運算數(shù)組“除、乘方、轉(zhuǎn)置”運算符前的“.”決不能省略，否則將按矩陣運算規(guī)則進行運算；執(zhí)行數(shù)組與數(shù)組之間的運算時，參與運算的數(shù)組必須同維，運算所得的結(jié)果也與參與運算的數(shù)組同維。A=[123;456;789];B=[-1-2-3；-4-5-6；-7-8-9];X=A.*BY=A*Bplot用于二維曲線繪圖，若格式為plot（X，Y，’s’），其中X為列向量，Y是與X等行的矩陣時，以X為橫坐標，按Y的列數(shù)繪制多條曲線；若X為

3、矩陣，Y是向量時，以Y為縱坐標按X的列數(shù)（或行數(shù)）繪制多條曲線。參考程序如下：t=(0:pi/100:pi)'y1=sin(t)*[-11];y2=sin(t).*sin(9*t);plot(t,y1,'r:',t,y2,'b-.')axis([0pi,-1,1])title('DrawnbyDong-yuanGE')程序運行界面如下：plot3用于三維曲線繪制，其使用格式與plot十分相似。參考程序如下：t=0:0.02:2*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=cos(2*t);plot3(x,y,z,'b-',x,y

4、,z,'o')程序運行界面如下：mesh與surf用于三維空間網(wǎng)線與曲面的繪制?；局噶顬閙esh(X,Y,Z)；surf（X,Y,Z）；參考程序如下：clf[x,y]=meshgrid(-3:0.1:3,-2:0.1:2);z=(x.^2-1.4*x).*exp(-x.^2-y.^2+x.*y);surf(x,y,z),axis([-3,3,-2,2,-0.5,1])title('shadingfaceted'),shadingfaceted%mesh(x,y,z)程序運行界面如下：實驗二經(jīng)典控制系統(tǒng)分析一、實驗目的：對控制系統(tǒng)

5、進行時域、頻域分析二、實驗原理與說明三、實驗設(shè)備與儀器：PC電腦，Matlab7.0仿真軟件。四、實驗內(nèi)容、方法與步驟：1、實驗內(nèi)容：已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為，求最大超調(diào)量，調(diào)整時間和峰值時間?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能用系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差表示，它是系統(tǒng)控制精度的度量。H(s)G(s)C(s)R(s)E(s)B(s)圖2.1控制系統(tǒng)方框圖如圖2.1所示，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：，在不考慮干擾的影響時，可得系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差為，可得系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為當系統(tǒng)的輸入分別為單位階躍信號、單位斜坡信號、單位加速度信號時，可得系統(tǒng)的靜態(tài)位置誤差系數(shù)Kp、靜態(tài)速度誤差系

6、數(shù)Kv、靜態(tài)加速度誤差系數(shù)Ka分別為：則控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差分別為：，，。若控制系統(tǒng)為單位反饋系統(tǒng)，則穩(wěn)態(tài)誤差等于穩(wěn)態(tài)偏差，若不為單位反饋系統(tǒng)，則。已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，求其單位斜坡輸入時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。GK=zpk([],[0-1-5],10);XI=zpk([],[00],1);sys=1/(1+GK);Es=sys*XIess=dcgain(tf([10],[1])*Es)t=0:0.05:10;xi=t;y=lsim(sys*GK,xi,t);plot(t,xi,'r-.',t,y,t,xi-y','k:')

7、xlabel('t(s)')ylabel('幅值、差值')legend('輸入','輸出','誤差',0)title('StaticErrorDevelopedbyDong-yuanGE')圖2.2系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差2、頻域分析：在工程應用中，不僅要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還要求系統(tǒng)有一定的穩(wěn)定程度，這就是所謂自動控制系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性問題。所謂相對穩(wěn)定性就是指穩(wěn)定系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)距離不穩(wěn)定(或臨界穩(wěn)定)狀態(tài)的程度。反映這種穩(wěn)定程度的指標就是穩(wěn)定裕度。對于最小相位的開環(huán)系統(tǒng)，穩(wěn)定裕度就是系統(tǒng)開環(huán)極坐標曲線距離實軸上點的遠近程度。這個距離越遠，穩(wěn)

8、定裕度越大，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度越高。在幅值穿越頻率上，使得系統(tǒng)達到臨界穩(wěn)定狀態(tài)所需要附加的相角滯后量，稱為相位裕量。指幅值穿越頻率所對應的相移與－1800角的差值，即幅值裕度：在相位穿越頻率上，使得所應增大的開環(huán)放大倍數(shù)，叫做幅值裕度。以表示；可通過下