控制新版系统CAD课程形考作业四参考答案.doc

姓 名： 学 号： 得 分： 教师签名： 控制系统CAD作业4第7章一、填空题1. 称为系统幅频特性，它描述系统对_不同频率_输入信号稳态响应_幅值_衰减（或放大）特性。称为系统_相频特性_特性，它描述系统对不同频率输入信号稳态响应，相位滞后（）或超前（）特性。2. 若sys为系统传递函数，在函数mag,phase,w=bode(sys)中，函数返回值mag 和phase分别表达 频率特性幅频值 和 相位 。3. 若sys为系统传递函数，函数margin (sys)功能是： 绘制系统Bode图 ，它和函数bode(sys)区别在于： 所绘制Bode图上带有稳定裕量标记 。4. 若sys为系统传递函数，函数nyguist (sys)功能是：绘制系统Nyquist曲线 。二、简答题1. 已知单位负反馈系统开环传递函数为：，运用bode()函数可分别绘制出K取不同值时系统Bode图如题图7-1所示，请依照Bode图，分析系统开环增益K对系统稳定性影响。题图7-1 不同K取值下系统Bode 图（系统幅频特性曲线随着K增大，位置提高，因而曲线2所相应K相对较大，从图中还可知，曲线2所相应幅值裕量约为-10（dB），相位裕量约为-23度，相应闭环系统为不稳定。）2. 在上题Bode图中，简述用鼠标移动办法求取稳定裕量环节。在Bode图曲线上任意一点用鼠标左键单击，曲线上便会标注出“”，同步系统会显示单击点对数幅频（或相频）值以及相应频率。此时若按住鼠标左键并拖动图中“”，则显示数据随着“”位置变化而变化。在开环对数频率特性上，幅值裕量定义为：，（g是相角 ()=-180o频率）相位裕量定义为：。（c是频率），据此即可求出系统幅值裕量和相位裕量三、编程题1. 若系统单位阶跃响应为：，试求系统频率特性表达式（提示：运用MATLAB符号运算功能，分别对输入、输出信号进行拉氏变换，并对成果化简，MATLAB中拉氏变换函数为laplace()）。syms t s w;Y=1-1.8*exp(-4*t)+0.8*exp(-9*t);R=1;YS=laplace(Y,t,s);RS=laplace(R,t,s);GS=YS/RS;GSS=simple(GS);GSF=factor(GS);GW=subs(GSF,s,i*w)GW =36/(i*w + 9)*(i*w + 4)即：2. 已知系统开环传递函数为，试分别计算当=0.5和=2时开环频率特性幅频值A()和幅角值()。clc;clearw=0.5,2;% =0.5、2num=10;den=conv(conv(1 0,2 1),1 0.5 1);G=tf(num,den);% 求得传递函数for j=1:length(w) H=freqresp(G,w(j);% 求得频率响应 mag=abs(H);% 求复数H模 phase=angle(H)*180/pi;% 求复数H幅角并把单位转化为度 disp(w=,num2str(w(j) disp(幅频=,num2str(mag) disp(幅角=,num2str(phase)endw=0.5幅频=17.8885幅角=-153.4349w=2幅频=0.38348幅角=32.47123. 已知系统开环传递函数为：。试：（1）绘制对数幅频特性曲线以及相频特性曲线；（2）拟定系统相位裕量和幅值裕量h以及相应截止频率c和相位穿越频率g。clc;clf;clearnum=10;den=conv(conv(1 0,0.1 1),0.04 1);% 开环传递函数分母多项式系数Gk=tf(num,den)% 求得开环传递函数bode(Gk);gridGm,Pm,Wg,Wc=margin(Gk)% 求得系统稳定裕量以及相应频率Gmdb=20*log10(Gm) % 将幅值裕量转化为分贝值Gm = 3.5000Pm = 35.7873Wg = 15.8114Wc = 7.6120Gmdb = 10.88144. 设负反馈系统开环传递函数为：，试拟定系统闭环稳定期临界值。clc;clearden=conv(1 0,1 -10);t=0:0.01:100;for i=1:length(t)num=10*t(i) 1;Gk=tf(num,den)；Gm,Pm,Wg,Wc=margin(Gk)；% 求得系统稳定裕量及相应频率if Gm=1|Pm=0t(i)breakendend ans=15. 已知单位反馈系统开环传递函数为：，试绘制出系统闭环幅频特性曲线，并求出系统谐振峰值和谐振频率。clc;clf;clearnum=5;den=conv(conv(1 0,0.1 1),1 1);Gk=tf(num,den)% 求取开环传递函数Gb=feedback(Gk,1,-1)% 求取闭环传递函数w=0:0.01:100;% 设定分析频率起止范畴mag,phase=bode(Gb,w);% 求得频率响应 M,n=max(mag);% 求取谐振峰值幅值Mr=20*log10(M)wr=w(n)% 求取谐振频率bode(Gb,w);grid% 绘制闭环对数频率特性Mr =12.6957wr = 2.1500第8章一、填空题1. 惯用串联校正有 相位超前校正 、 相位滞后校正 和相位滞后-超前校正 三种方式。2. 某串联校正装置传递函数为：，该串联校正装置提供是 超前（微分） 校正。它能改进系统 稳定性和迅速性 。3. MATLAB提供单输入/单输出系统可视化设计工具 SISO Design Tool是一种基于 根轨迹分析 或 频域性能指标） 系统设计工具。4. 欲使用SISO Design Tool 对系统进行校正设计，需在MATLAB命令窗口输入 rltool(sys) 命令启动SISO Design Tool。二、简答题在使用SISO Design Tool对系统进行校正设计时，若要调节校正装置提供零、极点位置，系统提供了哪两种办法？请简述各自操作环节。（在使用SISO Design Tool对系统进行校正设计时，若要调节校正装置提供零、极点位置，除了可以在显示系统根轨迹“SISO Design for SISO Design Task”窗口用鼠标拖移零极点外，还可以再在“Control and Estimation Tools Manager”窗口中选取“Compensator Editor”选项卡，在Location文本框中能精确设定所添加开环零点和极点位置。）三、编程题1. 已知某单位反馈系统开环传递函数为：，校正装置传递函数为：，试绘制出系统校正前和校正后对数幅频特性曲线以及校正装置对数幅频特性曲线，并求出校正后相位裕量(c)。clc;clf;clearnum0=10;den0=conv(1 0,2 1);numc=conv(10 1,2 1);denc=conv(100 1,0.2 1);G0=tf(num0,den0)Gc=tf(numc,denc)Gk=G0*GcGm,Pm,Wg,Wc=margin(Gk)；bode(G0,b,Gk,r,Gc,g);gridPm = 73.6339（度）2. 单位负反馈系统开环传递函数为：，若规定其相位裕量 45o，试拟定串联校正装置传递函数（提示：串联超前校正）。clc;clf;clearnum0=1000;den0=conv(1 0,conv(0.001 1,0.1 1);G0=tf(num0,den0)Gm0,Pm0,Wg0,Wc0=margin(G0);% 求得校正前系统稳定裕量以及相应频率r=45;ep=10;r0=Pm0;p=(r-r0+ep)*pi/180;% 计算需附加相角a=(1+sin(p)/(1-sin(p);% 计算mag0,phase0,w=bode(G0);% 求得校正前系统幅频mag20=20*log10(mag0);Mcm=-10*log10(a);Wm=spline(mag20,w,Mcm);% 求得mT=1/(Wm*sqrt(a);numc=a*T 1;denc=T 1;Gc=tf(numc,denc)% 校正装置传递函数G=G0*GcGm,Pm,Wg,Wc=margin(G)figure(1)bode(G0,b,G,r,Gc,g);gridG0b=feedback(G0,1);Gb=feedback(G,1)figure(2)step(Gb,r);gridTransfer function:0.01794 s + 1-0.00179 s + 1