控制新版系统的频域分析实验报告.doc

课程名称： 控制理论乙 指引教师： 成绩： 实验名称： 控制系统频域分析 实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目和规定（必填）二、实验内容和原理（必填）三、重要仪器设备（必填）四、操作办法和实验环节五、实验数据记录和解决六、实验成果与分析（必填）七、讨论、心得一、 实验目和规定用计算机辅助分析办法，掌握频率分析法三种办法，即Bode图、Nyquist曲线、Nichols图。二、 实验内容和原理1. 实验内容（1）一系统开环传递函数为绘制系统bode图，判断闭环系统稳定性，并画出闭环系统单位冲击响应。（2）一多环系统其构造如图所示R(s)C(s)10G(S)试绘制Nyquist频率曲线和Nichols图，并判断稳定性。2. 实验原理（1）Bode(波特)图设已知系统传递函数模型：则系统频率响应可直接求出：MATLAB中，可运用bode和dbode绘制持续和离散系统Bode图。（2）Nyquist(奈奎斯特)曲线Nyquist曲线是依照开环频率特性在复平面上绘制幅相轨迹，依照开环Nyquist线，可判断闭环系统稳定性。反馈控制系统稳定充要条件是，Nyquist曲线按逆时针包围临界点(-1，j0)p圈，为开环传递函数位于右半s一平面极点数。在MATLAB中，可运用函数nyquist和dnyquist绘出持续和离散系统乃氏曲线。（3）Nicho1s(尼柯尔斯)图 依照闭环频率特性幅值和相位可作出Nichols图，从而可直接得到闭环系统频率特性。在MATLA中，可运用函数nichols和dnichols绘出持续和离散系统Nichols图。3. 实验规定（1）编制MATLAB程序，画出实验所规定Bode图 、Nyquist图 、Nichols图。（2）在Simulink仿真环境中，构成系统仿真框图，观测单位阶跃响应曲线并记录之。三、重要仪器设备计算机一台以及matlab软件，simulink仿真环境四、 实验源代码1. MATLAB函数实现 A=50; B=1 4 -7 10; GG=tf(A,B)GG = 50 - s3 + 4 s2 - 7 s + 10 Continuous-time transfer function. bode(GG) figure impulse(GG) C=0 0 16.7 0; D=conv(conv(0.85 1,0.25 1),0.0625 1); G1=tf(C,D)G1 = 16.7 s - 0.01328 s3 + 0.2813 s2 + 1.163 s + 1 Continuous-time transfer function. G2=G1/(G1+1)G2 = 0.2218 s4 + 4.697 s3 + 19.41 s2 + 16.7 s - 0.0001764 s6 + 0.007471 s5 + 0.3318 s4 + 5.377 s3 + 21.33 s2 + 19.03 s + 1 Continuous-time transfer function. G3=10*G2G3 = 2.218 s4 + 46.97 s3 + 194.1 s2 + 167 s - 0.0001764 s6 + 0.007471 s5 + 0.3318 s4 + 5.377 s3 + 21.33 s2 + 19.03 s + 1 Continuous-time transfer function. G4=G3/(G3+1)G4 = 0.0003912 s10 + 0.02485 s9 + 1.121 s8 + 28.99 s7 + 365.5 s6 + 2143 s5 + 5934 s4 + 7302 s3 + 3371 s2 + 167 s - 3.111e-08 s12 + 2.636e-06 s11 + 0.0005641 s10 + 0.03171 s9 + 1.319 s8 + 32.88 s7 + 408.9 s6 + 2385 s5 + 6594 s4 + 8124 s3 + 3776 s2 + 205.1 s + 1 Continuous-time transfer function. figure nyquist(G4) figure nichols(G4)2. simulink仿真实现（1）依照本来传递函数绘制出如下图所示控制系统模块图题目一题目二（2）运营之后，可以得到两道题控制系统单位阶跃响应图像题目一题目二五、心得、体会1. 对于第一种系统来说，观测其伯德图可知，当其幅频特性穿越0dB线（即剪切频率）时所相应系统相角，因而其相位裕度，由此可见系统是不稳定。通过观测其单位冲激响应和单位阶跃响应也可以得到同样结论。2. 通过对第二个系统奈奎斯特曲线分析可知，由于开环系统在右半平面没有开环极点，并且奈奎斯特曲线包围（-1，j0）圈数为0，因而Z=0，因此系统是稳定，通过观测其阶跃响应也可以得到同样结论。3. 通过本次实验，咱们理解并掌握了怎么样用MATLAB做出控制系统频域分析，涉及开环Bode图、Nyquist图、Nichols图制作过程以及如何用simulink绘制并仿真出来比较复杂控制系统。普通MATLAB函数运用都是如输出=function输入这种类型，而本次MATLAB函数用了直接定义法，专门对这一种控制系统而实行运营函数。这种函数长处在于，在调用过程中，不需要填写输入，直接打出来函数名称就可以让MATLAB自动运营；缺陷是缺少普适性，当遇到下一种需要做频域分析函数时候，需要将本来函数打开，在函数内部修改数据，然后再在MATLAB上运营，比较麻烦。4. 用MATLAB进行稳定性分析，大体上有如下几种形式：（1） 手算出来开环传递函数和闭环传递函数之后，用比较基本tf()以及nyquist()函数等进行分析。长处是省去了在计算机由原始数据要编写各种计算式；缺陷是增长了人为出错率出错概率比较高。（2） 自己编写某些程序，来达到用代码实现对本来控制系统描述与分析。长处是出错率少，容错率高；缺陷是代码编译与运营过程中容易出错。（3） 用simulink办法，将控制系统模块图直接画在simulink仿真分析图上，并且编辑好原始数据，让系统自动分析。长处是非常简朴，且不容易出错，具备极高普适性；缺陷是无法显示系统分析过程，达不到较好学习效果。