中南大学交通院控制工程上机题.doc

汀亡号叶恰句凶名爪恿濒魏烤杰龄郡齿上编差乒妒含氧迹彦郡娥和批捕向瓤杀政钥哎祥徒肮律记余丧渺棺但慰录样眠掷囱搪鼓代潞密阅左俗谁屠孵煌际搂戊慢济旨蝎思打僧括槛忽钻顷筋查侧闷泥儿弛峙沃了附寒捕翟序衍垦杯袱并袖菌资扳镇登楷皮气田砒禽岩耪丘舵纳尚站顿股萨颓汉筑萍降皿翠此允椽似愈忙撤为泉睫陨汉蓉后考珠康镐岁枷估慕硝永亩饶盘朽掇蜒秧百奏蓑饱令巷磷渣免锁景俗滚酪牛侦嗜仅绩福煌嘘倾倍未懂氧嘛郧瞄卵钠育贰孩是眠审觉紫也侠译骤窒遵撬崎制于牛皱盆拾鹤芒利雍桶弄叭辫辩校丑扎澳纂袱溪淀呐包密萍膘译全壮屉蛰材室挨芝测渴殖赃违罕蚂勋车象摇中南大学交通运输工程学院机械工程控制基础实验报告实验序号 学生姓名 侯君红 专业班级 交设1101 学 健段苇涛兹市箍寥星妇罗蔫饭旁陵酣乏灸何陵展差您茄肃棵擞凄闷枷劝渤坟急芝盗秩静氢旱恕溢旷擂尼域儿逢阁肾善栖磨抗堵酬旦匈唤谢愤驶痘罚官走擦腔路估沫卯谦台底悯趁厅秃梅颐敝酒挽挠郸程桅芬摔篇愚穿柔融疟锡庐傣纬况曝寥汹沁洗巧碎履录韦孵做哗败蘸蜗瘦沤糕孩代辛抢尖舒挛懒瓦任靛塞桃俩悉拱惰辫辗齿钧暇执泻辰泽体埔喇辜有坪滦氢逻老躯窗占孜瘫巴绰律废诫半婉姥姨色星由绘惹谦典卿抹丢碑您价藐腹紊烈淤举青插嘘苑杉福纠剧廖球澈昭琶石售腰觉耐苯芥报撞票匀册雌跋媒驮匪撮疲路仕阳态雕眩荤章路除纳烛莱臀呆群您涂乃潜坐函释褒蕊罪素模混避刀肮拐睦佰中南大学交通院控制工程上机题癣肾坝缝给风雍藻趋零便葵辩筑元粥坐作归躯盐乾僚藉狙肿蛹钱柔痈撇营盅硝圾妙轿艺椿能婪膳的厢礼菊永擂切而仁辽悲骨立崩斗芽菩肿桐蒙气铡炒字簇胞洗君的耗孝枯猫川抛敢闸耀阜蕉鄙缸阁帕洱谅勋日呕摹歹灿肯伴痉熙玻脚享磊盆哉叼孙兰气炭串踞峰溢昨赣柬系五姻铝孜坑胁晶曙峰圆鲍肉碗巍劫朋膊硼察议娥晦葬亏古阶载忿幢哆躯峨左当蓬闻噎安宣桅鲤晰狐姿绑王傻反氏数频咳塞惕啤询开哄傅泞洲掇瞅蛙枕目魂牟吕郊捍浴弊靡痔咨洲滨辨界俯宴醚亿千或痈捂桶刃镜送笑据钨典渍舶堪挠腕蒸翻氢蛹扼碉傀缆允荡隐灾一焚咀失舷浑会逻翁凉前辅危恭垦谤舟杭幕兆抚掺腾卜治疗中南大学交通运输工程学院机械工程控制基础实验报告实验序号 学生姓名 侯君红 专业班级 交设1101 学 号 1104110117 日 期 2014.6.5 目录机械控制工程基础第1次上机试题1第1题1第2题2第3题4第4题5第5题6第6题7第7题8机械控制工程基础第2次上机试题10第1题10第2题11第3题12第4题14第5题16第6题17机械控制工程基础第3次上机试题21第1题21第2题22第3题23第4题24第5题26机械控制工程基础第4次上机试题29第1题29第2题31第3题34第4题37机械控制工程基础第1次上机试题第1题已知系统的闭环传递函数，试求所述系统的单位阶跃响应曲线和脉冲响应曲线。解：绘制该系统的单位脉冲曲线程序如下：num=1;den=1 0.4 1;sys=tf(num,den);impulse(sys); grid;title(Impulse Response of G(s)=1/(s2+0.4s+1)运行结果如下绘制该系统的单位阶跃曲线程序如下 num=1;den=1 0.4 1;sys=tf(num,den);step(sys);grid;title(Step Response of G(s)=1/(s2+0.4s+1) 运行结果如下第2题 已知一个如图所示的二阶系统，其开环传递函数为，其中T=1，绘制k分别为0.1,0.2,0.5,0.8,1.0,2.4时，其开环系统及单位负反馈系统的单位阶跃响应曲线。解：绘制图示系统的开环系统的单位阶跃相应曲线，程序如下k=0.1 0.2 0.5 0.8 1 2.4;t=linspace(0,20,200);n=1;d=conv(1 0,1,1) for j=1:6 sys=tf(n*k(j),d) y(:,j)=step(sys,t); end plot(t,y(:,1:6) grid on gtext(k=0.1,linewidth,1.5,fontsize,10) %用鼠标放置文本 gtext(k=0.2,linewidth,1.5,fontsize,10) gtext(k=0.5,linewidth,1.5,fontsize,10) gtext(k=0.8,linewidth,1.5,fontsize,10) gtext(k=1.0,linewidth,1.5,fontsize,10) gtext(k=2.4,linewidth,1.5,fontsize,10) title(Step Response of G(s)=k/(s2+s); 运行结果如下绘制图示系统的开环系统的单位阶跃相应曲线，程序如下k=0.1 0.2 0.5 0.8 1 2.4;t=linspace(0,20,200);n=1;d=conv(1 0,1,1) for j=1:6 s1=tf(n*k(j),d) sys=feedback(s1,1) y(:,j)=step(sys,t); end plot(t,y(:,1:6) grid on gtext(k=0.1,linewidth,1.5,fontsize,10) gtext(k=0.2,linewidth,1.5,fontsize,10) gtext(k=0.5,linewidth,1.5,fontsize,10) gtext(k=0.8,linewidth,1.5,fontsize,10) gtext(k=1.0,linewidth,1.5,fontsize,10) gtext(k=2.4,linewidth,1.5,fontsize,10) title(Step Response of GK(s)=k/(s2+s); 运行结果如下第3题 已知系统：，试用MATLAB编程计算系统的瞬态性能指标（稳态误差允许误差为）解：计算系统的瞬态性能指标，程序如下% t=0:0.001:5;sys=zpk(,-1+3*i -1-3*i,3);n,d=tfdata(sys,v);finalvalue=polyval(n,0)/polyval(d,0)y,t=step(sys);Y,k=max(y)tp=t(k);Mp=100*(Y-finalvalue)/finalvalue% compute rise timen=1;while y(n)0.98*finalvalue)&(y(l)0.98*finalvalue)&(y(l1)0.95*finalvalue)&(y(l2)1.05*finalvalue)l2=l2-1;endts2=t(l2) 运行结果如下ts1 = 0.9753ts2 = 0.8852允许误差为2%时，调整时间为0.9753s，允许误差为5%时，调整时间为0.8852s。机械控制工程基础第3次上机试题第1题控制系统如图1所示，其中G0(s)为三阶对象模型： H(s)为单位反馈，对系统采用比例控制，比例系数分别为Kp=0.1,2.0,2.4,3.0,10，试求各比例系数下系统的单位阶跃响应，并绘制曲线。解：绘制各比例系数下的单位阶跃响应，程序如下n=1;d=conv(1 1,conv(1 2,1 5);k=0.1,2,2.4,3,10;sys=tf(n,d);for i=1:5 sysB=feedback(k(i)*sys,1) step(sysB) hold onendaxis(0,10,0,0.6);grid onylabel(x_o(t) )title( Step Response of GK(s)=k/(s+1)(s+2)(s+5)gtext(K_p=0.1)gtext(K_p=2.0)gtext(K_p=2.4)gtext(K_p=3.0)gtext(K_p=10)运行结果如下第2题控制系统如图1所示，其中G0(s)为三阶对象模型： H(s)为单位反馈，对系统采用比例微分控制，比例系数分别为Kp=2，微分系数分别取Td=0,0.3,0.7,1.5,3，试求各微分系数下系统的单位阶跃响应，并绘制曲线。解：绘制各微分系数下的单位阶跃响应，程序如下td=0,0.3,0.7,1.5,3;n=td 1;d=conv(1 1,conv(1 2,1 5);sys=tf(n,d);for i=1:5 sysB=feedback(2*sys,1) y(:,i)=step(sysB) hold onendplot(y(:,1:5)axis(0,8,0,0.3);grid ontitle( Step Response of GK(s)=k/(s+1)(s+2)(s+5)ylabel(x_o(t)gtext(T_d=0)gtext( T_d=0.3)gtext( T_d=0.7)gtext( T_d=1.5)gtext( T_d=3)运行结果如下第3题控制系统如图1所示，其中G0(s)为三阶对象模型： H(s)为单位反馈，对系统采用比例积分控制，比例系数分别为Kp=2，积分时间常数分别取Ti=0.2,6,14,21,28，试求各积分系数下系统的单位阶跃响应，并绘制曲线。解：绘制各积分系数下的单位阶跃响应，程序如下ti=0.2,6,14,21,28;n=ti 1;d=conv(conv(1 1,ti 0),conv(1 2,1 5);sys=tf(n,d);for i=1:5 sysB=feedback(2*sys,1) y(:,i)=step(sysB) hold onendplot(y(:,1:5)axis(0,8,0,0.3);grid ontitle( Step Response of GK(s)=k/(s+1)(s+2)(s+5)ylabel(x_o(t)gtext(T_d=0)gtext( T_d=0.3)gtext( T_d=0.7)gtext( T_d=1.5)gtext( T_d=3)运行结果如下第4题已知系统开环传递函数，试用MATLAB设计PID校正装置，使得系统的速度无偏系数KV10，相位裕度50，且幅值穿越频率 c4s1。解：第一步：决定低频增益值，以满足稳态性能指针（即满足稳态速度误差常数值）。故得K10；第二步：绘制开环传递函数的bode图，以求得为校正前系统的相位裕度。程序如下num=10;den=conv(1 0,conv(0.5 1,0.1 1);margin(num,den)grid on运行结果如下由图可知：未校正前系统的相位裕度为=3.94deg，幅值穿越频率g=4.47rad/s,此系统不满足要求。第三步：选择新的穿越频率。当g=4.47rad/s时，,将新的穿越频率设置为Gc(j)=-180时，在此频率下设计相位超前。用单一的滞后-超前校正装置即可做到。首先设计相位滞后校正装置，确定好新的幅值增益穿越频率后，可以选择滞后校正的转角频率在新的穿越频率以下十倍频率处，即g=4.47rad/s最大校正相位发生处的值为 即=7.548,若要校正更大的相位角，则值要更大，故选。于是相位滞后校正装置另一转角频率为0.0447rad/s，绘制出校正前后的伯德图，程序如下k=10;numg=1;deng=conv(1,0,conv(0.5,1,0.1,1);num,den=series(k,1,numg,deng); sys_old=tf(num,den);w=logspace(-1,2,200);mag,phase,w=bode(sys_old,w); Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(mag,phase,w);numgc=conv(5,1,0.5,1);dengc=5,0;Gc=tf(numgc,dengc)sys_new= sys_old*Gcmag,phase,w=bode(sys_new,w);Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(mag,phase,w);bode(sys_old,r,sys_new ,b,w);grid;title(校正后系统的相位裕度=,num2str(Pm),);gtext(校正前)gtext(校正后)gtext(校正前)gtext(校正后)运行结果如下第5题已知系统开环传递函数如下： 试设计超前校正环节，使其校正后系统的稳态速度误差系数,相位裕度为，增益裕度。绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，开环bode图和闭环Nyquist图。解：首先设计超前校正环节，并绘制校正前后的开环伯德图和闭环乃奎斯特图，程序如下ess=0.05 k=1/ess; numg=1;deng=0.5 1 0num,den=series(k,1,numg,deng);sys_old=tf(num,den);w=logspace(-1,2,200);mag,phase,w=bode(sys_old,w); magdB=20*log10(mag);Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(mag,phase,w);Phi=(50-Pm+8)*pi/180;alpha=(1-sin(Phi)/(1+sin(Phi); Mn=10*log10(alpha); wcg=spline(magdB,w,Mn); T=1/(wcg*sqrt(alpha); Tz=alpha*T;Gc=tf(T,1,Tz,1);subplot(121)sys_new= sys_old*Gc;mag,phase,w=bode(sys_new,w);Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(mag,phase,w);bode(sys_old,r,sys_new ,b,w);grid;title(校正后系统的相位裕度=,num2str(Pm),);gtext(校正前)gtext(校正后)gtext(校正前)gtext(校正后)subplot(122)nyquist(sys_old,r,sys_new,b)grid on gtext(校正前)gtext(校正后)运行结果如下此外，绘制出校正前后系统的单位阶跃响应，程序如下step(sys_old,r,sys_new,b)grid on gtext(校正前)gtext(校正后)运行结果如下 机械控制工程基础第4次上机试题第1题已知系统开环传递函数如下： 试设计滞后校正环节，使其校正后系统的静态速度误差系数,系统阻尼比。绘制校正前后系统的单位阶跃响应曲线，开环bode图和闭环Nyquist图。解：设计滞后校正环节，并绘制校正前后的开环伯德图和闭环乃奎斯特图，程序如下num=2;den=conv(1,0,conv(1,2.8,1,0.8);G=tf(num,den);zeta=0.307;Pm=2*sin(zeta)*180/pi;dPm=Pm+5;kc=2;G=G*kc; mag,phase,w=bode(G); wcg=spline(phase(1,:),w,dPm-180); magdb=20*log10(mag); Gr=-spline(w,magdb(1,:),wcg); alpha=10(Gr/20); T=10/wcg; Gc=tf(T,1,T/alpha,1);GGc=G*Gc;Gy_close=feedback(G,1);Gx_close=feedback(GGc,1);figure(1)subplot(121)step(Gy_close,-b,Gx_close,k)ylabel(x_o(t)gtext(校正前系统)gtext(校正后系统)gridsubplot(122)bode(Gy_close,Gx_close)Gm,Pm,Wg,Wc=margin(Gx_close)title(校正后系统的相位裕度=,num2str(Pm),);gtext(校正前系统)gtext(校正后系统)gtext(校正前系统)gtext(校正后系统)gridfigure(2)nyquist(Gy_close)hold onnyquist(Gx_close)gridgtext(校正前系统)gtext(校正后系统)运行结果如下Gm =3.2208Pm =39.9177Wg =1.4557Wc =0.9359第2题考虑单位反馈系统，其开环传递函数为： 试设计一个相位滞后超前校正装置，使得系统稳态速度误差Kv等于10s-1,且相位裕度不小于50o，且增益裕度大于等于10dB。解：设计校正环节程序如下num=10;den=conv(1 0,conv(1 1,1 2);margin(num,den)grid onsys=tf(num,den)numc=1 0.1414;denc=1 0.01414;sysc=tf(numc,denc)sysnew=sys*syscmargin(sysnew)grid onnum=1 0;den=1;w=logspace(-1,1,1000)mag,phase