Matlab仿真实验教程.docx

的试验仿真试验一在限制系统模型建立及仿真中的应用1试验二典型系统的时域响应分析13试验三线性限制系统的根轨迹及频域分析17试验四线性系统的校正22附录一6.5限制系统工具箱函数和结构化的限制语句30附录二基本模块介绍34试验一在限制系统模型建立及仿真中的应用一、基本操作及运用1.试验目的D驾驭仿真软件的安装及启动，熟识工作环境平台。2）吩咐窗口，包括工具条以及菜单选项的运用；语言的基本规定，包括数值的表示、变成命名规定、基本运算符、预定义变后以及表达式等。3）图形绘制功能、M文件程序设计和线性限制系统传递函数模型的建立等。2 .试验仪计算:机一台，软件1套3 .试验内容D的启动这里介绍装入硬盘后，如何创建的工作环境.方法一的工作环境由创建，该程序驻留在文件夹中。它的图标是。只要从我的电脑或资源管理器中去找这个程序，然后双击此图标，就会自动创建如图1所示的6.5版的工作平台。图1在英文平台上的6.5工作平台方法二假如常常运用，则可以在桌面上创建一个快捷方式图标。具体方法为：把我的电脑中的图标用鼠标点亮，然后干脆把此图标拖到桌面上即可。此后,脆双击桌面上的图标,就可建立图1所示的工作平台。2）工作环境平台桌面平台是各桌面组件的展示平台，默认设冏.状况下的桌面平台包括6个窗口，具体如下：窗口6比早期版本增加/一个窗口。该窗口不能进行任何计算任务的操作，只用来进行一些整体的环境参数的设置。吩咐窗口（）吩咐窗口是对进行操作的主要载体，默认的状况下，启动时就会打开吩咐窗口，显示形式如图17所示。一般来说，的全部函数和吩咐都可以在吩咐窗口中执行。在吩咐窗口中，吩咐的实现不仅可以由菜堆操作来实现,也可以由吩咐行操作来执行。事实上，驾驭吩咐行操作是走入世界的第步，吩咐行操作实现了对程序设计而言简洁而又重要的人机交互，通过对吩咐行操作，避开了编程序的麻烦，体现了所特有的敏捷性。卜面就具体介绍吩咐行操作。在运行后，当吩咐窗口为活动窗11时，将出现一个光标，光标的左侧还出现提示符“>>”，表示正在等待执行吩咐。为求得表达式的值，只需依据语言规则将表达式输入即可，结果会自动返回，而不必像其他的程序设计语言那样，编制冗长的程序来执行。当须要处理相当繁琐的计算时，可能在一行之内无法写完表达式，可以换行表示，此时须要运用续行符“”否则将只计算一行的值，而不理睬该行是否已输入完毕。运用续行符之后会自动将前一行保留而不加以计算，并及下一行连接，等待完整输入后再计算整个输入的结果。在吩咐行操作中，n些键盘按键可以供应特别而便利的编辑操作。比如：“t”可用于调出前一个吩咐行，“I”可调出后一-个吩咐行，避开了重新输入的麻烦。当然下面即将讲到的历史窗口也具有此功能。举例如自动限制理论书p409411中简洁数学运算和矩阵运算.请在吩附窗口中对这些例子进行验证。历史窗口（）历史吩咐窗口是6新增加的一个用户界面窗口，默认设置下历史吩咐商口会保留自安装时起全部吩咐的历史记录，并标明运用时间，以便利运用者的直询。而且双击某一行吩咐，即在吩咐窗口中执行该吩咐。发行说明书窗口（）发行说明书窗口是6所特有的，用来说明用户所拥彳i的公司产品的工具包、演示以及帮助信息.当选中该窗口中的某个组件之后，可以打开相应的窗11工具包。当前书目窗口()在当前书目窗口中可显示或变更当前书目，还可以显示当前书目卜的文件，包括文件名、文件类型、最终修改时间以及该文件的说明信息等并供应搜寻功能。工作空间管理窗11O工作空间管理窗II是的重要组成部分。在工作空间管理窗【I中将显示全部H前保存在内存中的变量的变量名、数据结构、字节数以及类型，而不同的变量类型分别对应不同的变量名图标。3)窗口(1)工具条窗口工具条如图2所示。1.F脆打开编辑/调试窗通过选中M文件打开编辑/调试器I一或通过选中文件打开模型窗D3S许？打开阅读或I打开分类帮助窗图2在英文平台上的65工具条(2)菜单选项工作窗具有标准的界面，因此，可以通过工作菜单中的各种选项来实现对工作窗中内容的操作，此处仅介绍运用较多的菜单操作。基本文件操作选项打开编辑/调试器、新图形窗、用的文件通过已有M文件打开编辑/谢试器编辑操作【】选项剪切旻制粘贴清除吩咐窗里的显示内容，但它不清除工作存中的变51环境下工作窗管理【】选项假如没有图形的话，则只有一个【1.】选项；假如有图形的话，则会有相应的图形窗选项。帮助(选项打开分类帮助窗打开函数文件指令名帮助窗打开以超文木形式存储的帮助文件主页打开演示窗主页注册图标、版本、制造商和用户信息4）的基本规定（1）数值的表示的数值采纳十进制，可以带小数点或负号。以下表示都合法。O,TOO,0.008,12.752.1.86.8.2e52（2）变量命名规定变量名、函数名：字母大小写表示不同的变量名。如A和a表示不同的变量名；是定义的正弦函数，而，等都不是。变量名的第一个字母必需是英文字母，最多可包含31个字符（英文、数字和下连字符）。如A21是合法的变量名，而3A21是不合法的变量名。变星名中不得包含空格、标点，但可以有卜连字符。如变送名A21是合法变重名，而A,21是不合法的。（3）基本运算符表达式的基本运算符见表1。表1表达式的基本运算符数学表达式运算符表达式加a+b+a+b减a-ba-b乘a×b*a*b除a÷b/或或ab¥*ab说明用左斜杠或右斜杠分别表示“左除”或“右除”运算。对标量而言，这两者的作用没仃区分：对矩阵来说，“左除”和“右除”将产生不同的经果。（4）默认的预定义变量在中有一些预定义变量O。每当启动，这些变量就被产生。用户在定义变量时，尽量避开表2所列预定义变量名，以免产生混淆。表2的预定义变量预定义变舐含义预定义变最含义计算结果的缺省变量名或未定式，如0/0机器零阈值函数输入宗量数目浮点运算次数函数输出宗房数H或无穷大，如1/0最大正实数i或j虚单元i=j=Q最小正实数圆周率兀（5）表达式书写表达式的规则及“手写算式”几乎完全相同。i）表达式由变量名、运驾符和函数名组成。）表达式将按常规相同的优先级自左至右执行运算。）优先级的规定为：指数运算级别最高，乘除运算次之，加减运算级别最低。）括号可以变更运算的次序。5）图形绘制在二维曲线绘制中，最基本的指令是O函数。假如用户将X和y两组数据分别在向量X和了中存储，且它们的长度相同，调用该函数的格式为：（A./）这时将在一个图形窗口上绘出所须要的：维图形。请在吩咐窗口提示符“>>”下，完成下述任务：（1）可在吩咐商提示符“>>”下键入，可得到（）函数的相关内容,如曲线颜色和线型的变更。（2）绘制个周期内的正弦曲线。i）先产生自变/t向Sb）由给出的自变量向量求取其正弦函数值向最。）调用（）函数绘制曲线。输入0:0.01:3*;（x）;,O（3）在一个绘图窗11上同时绘制多条曲线输入050:4*;y=（3）;（3）.*（3*0;（,'，0,'，,0,，）这两个例子来自自动限制理论书MU-412,运行这两个例子，看书中说明是否能得到验证.6）M文件程序设计作为种高级语言，它不仅可以如前所介绍的那样，以种人机交互式的吩咐行的方式工作，还可以像、C等其他高级计算机语言一样进行限制流的程序设计（语言的流程限制语句主要有、及等4种语句，这4种流程限制语句功能介绍见附录一）。限制流，即编制一种以.m为扩展名的程序（简称Y文件）。由于商用的软件是用C语言编写而成。因此，M文件的语法及C语言特别相像。村广阔参与建模竞赛且学过C语言的同学来说，M文件的编写是相当简洁的.建立和运行M文件程序的过程如下：打开M文件编辑窗口，在图1中选择一TM一菜单项实现在M文件偏辑窗口健入M文件的各行I如在编辑窗口健入下面5行050:4*;y=(3):(3).*(3*t);'0,'',0,'')；®保存文件：在图2中选择一菜单项，保存文件.例如可健入1,上述吩咐行就保存为1调试运行M文件程序：可在图中选择一菜单项，全速运行M文件程序.也可用鼠标点击行号后短横线，给程序设置断点，选择一,单步运行M文件程序，并依据工作空间管理窗口()结果了解每条指令的功能。要求按上面的过程来建立M文件程序，并用和两种方式来调试运行M文件图3建立和运行M文件程序的过程7)线性系统的传递函数模型若要在环境下得到传递函数的形式，可以调用()函数。该函数的调用格式为G=()其中，分别为系统传递函数的分子和分母E项式系数向量。返回的C为传递函数形式。但假如分子或分母多项式给出的不是完全的绽开的形式，而是若干个因式的乘枳，则事先须要将其变换为完全绽开的形式，两个多项式的乘枳在卜借用卷积求取函数()得出，其调用格式为(P12)其中PI和P2为两个多项式，调用这个函数就能返回乘枳多项式p。假如有'3个多项式的乘枳，就须要嵌套运用此函数，即(pl(p23)或(P12)3)请留意在调用时括号的匹配。还支持一种特别的传递函数的输入格式，在这样的输入方式下，应当先用('s')定义传递函数算子，然后用数学表达式干脆输入系统的传递函数。请自己通过下面两个例子来演示和驾驭()和('s')算子这两种输入方式。例1设系统传递函数输入下面的吩咐=1,5,3,2;=lr2,4,3.1;%分子多项式和分母多项式G=(,);%这样就获得系统的数学模型G了。这些吩咐可在吩咐行输入也可编成一个M文件。在提示符“>>”卜键入G,或省略最终吩咐中分号，则可显示该数学模型。»G%下面是的显示结果s'3+5s'2+3s+2s4+2s3+4s2+3s+1如采纳其次种输入法，则输入F面的吩咐('s');(s3+5*s*2+3*s+2)/(s4+2*s3+4*s*2+3*s+1)；例2设系统传递函数C=S+Ss'+2?+太+4可采纳上面两种输入方式、其吩咐和实现步骤同例1.例3设系统传递函数G5(8+2.4)(S+1)2(j2+is+4)(2+i)此提分子或分母多项式给出的不是完全绽开的形式,而是若卜个因式的乘积，采纳O第一种输入法之前，应先用()函数获得分子和分母多项式给出的完全绽开的形式和，即输入吩咐(0t5,1,2.4);(1,1,1,1),1,314),1,0,1)：0峪吾句没有分号结尾，故将显示系统传递函数5s+12s'6+5s5+12s4+16s-3+15s-2+11s+4用和子方法可以更直观地输入系统模型，输入吩咐为Cs*)5*(2.4)/(1)2*(s2+3*4)*(s2÷l);有前面的例子可以看出，在语言环境表示一个传递函数是很简洁的。假如有了传递函数G,则提取系统的分子和分母多项式可以由0函数来实现.如输入吩咐：Cs,)5*(2.4)/(1)2*(s2+3*4)*(s-2+l)(G,'v')%其中'、，'表示想获得数值屏幕显示：00000512I5121615114由的示结果知，上面三个例子得到的限制系统传递函数形式为分子、分母多项式的表达形式。若要得到限制系统零极点传递函数，可以调用()函数。该函数的调用格式为G=(Z,);其中K为系统的增益，Z,P分别为系统传递函数的零点和极点列向量。返回的G为传递函数形式。例4设系统传递函数G(s+1.539)(s+2.7305+2.8538Ws+2.7305-2.8538j)(5+4)(5+311y+2X5+1)输入下面的吩咐-1.539;-2.7305+2.85382.7305-2.8538i;*留意运用列向量，另外留意符号-1234;GD;在提示符“>>”下键入G,或省略最终吩咐中分号,则可显示该数学模型。»G%卜面是的显示结果(1.(539) (s2+5.461s+15.6)1 1)(2)(3)(4)留意在的零极点模型显示中，假如有更数零极点存在，则用二阶多项式来表示两个因子，而不干脆展成豆数的一阶因式。限制系统分子、分母多项式传递函数及限制系统零极点传递函数可以用2()、2()函数转换。2()可将分子、分母多项式的传递函数转换为零、极点增益形式.该函数的调用格式为Z,=2(,);2()可将零、极点增益形式转换为分子、分母多项式的传递函数,该函数的调用格式为,=2(Z,)例5应用2()函数求出例1和例2的零极点。4 .试验报告D写出仿真软件的6个工作环境平台窗口功能。2)写出如何建立和运行M文件程序。3)实现7个试验内容的全部题目，并将答案记录。4)整理在试验过程中遇到的问题及如何解决的“5 .预习要求D阅读试脸内容及试脸目的。2)完成对软件的熟识工作。二、基本功能及运用1 .试验目的D的运用方法。2)熟识模块库的分类及其相应用途.3)能够运用进行系统模型的建立并仿真等。2 .试验仪器计算机一台，软件1套3 .试验内容1）的启动图4启动要启动，先要启动。在吩咐窗口，键入“”，或点击窗口上面的图标,如图4所示，就打开了窗口，进入库模块阅读界面，如图5所示。在窗口下，用鼠标点击图标或选取菜单一一后，会打开一个名为（无标题）的模型窗II,如图6所示。隙后，按用户要求可以在此模型窗II中创建模型及说行怙古法祖开他亦卷图6空的模块窗口2）模块库供应了9类基本模块库：连续系统模块库O,离散系统模块库。、函数及表模块阵（）、数学运算模块库（）、非线性系统模块速（）、信号模块阵（）、输HI模块阵（）、输入源模块库C、子系统模块库O等基本模块阵。附录二对本试验书中用到的5个模块：连续系统模块库（）、数学运算模块库（）、信号模块库（）、输出模块库（）、和输入源模块库O的功能进行了介绍。3）用建立系统模型及仿真（1）建模方法例1以求一个惯性环节G=-A-的阶跃响应为例，说明模型的建立过程。08s+2开启窗口及模块底：在吩咐窗口,键入“”，或点击窗口上面的图标，如图4所示，就打开了窗口，进入库模块阅读界面，如图5所示。建立新文件：在窗口下，用鼠标点击图标或选取菜服-一后，会打开一个名为（无标题）的模型窗口，如图6所示。新文件建立后，可以用菜单中的吩附保存程序，这时须要给文件取名.保存的文件扩展应名为。本例中将文件名命名为1.复制模块双击模块组图标打开模块子库，将鼠标移到所要熨制的模块上，然后按下左键并拖动鼠标到H标窗II,再松开键，用右键可在随意窗II内织制模块，此时原模块保留。本例中双击图标将打开模块子库，将模块匏制到UI标窗II：双击图标将打开模块子麻，将模块豆制到I目标窗口；双击图标将打开模块子阵，将模块曳制到1目标窗口。修改模块参数。通常目标窗口中豆制的模块的参数和要求不一样，因此需对这些豆制过来的模块参数进行修改。双小豆制过来的模块，会出现时一个对话框，在时话框中设置相应参数。本例中双击模块，设置阶跃信号的起始时间从默认的1修改为0、并可依据实际状况设计设置初值和终值；双击模块，设置传递函数的表达式，在分了（）多项式系数处键入5,在分母O多项式系数处键入0.8,2.模块之间的连接模块左侧和右侧尖角分别表示模块的输入和输出，模块之间的连接依据下述方法进行：鼠标移到一个模块的输入（出）端，按下左键，拖动鼠标到另一个模块的输出（入）端，松开，连线完毕。若要从一条已经存在的连线上引出另条连线，首先把鼠标指针移到这个连线上，按卜右键，拖动鼠标到目标端口，再松开键。依据上述步骤建立的惯性环节模型如图7所示。选择对象及删除对象用鼠标左键在所选对象上单击一下，被选对象就会出现相应标记。若要删除模块或连线，首冼要选中该模块过连线，然后再按或键。仿真及显示若要起先仿真，单击起动仿图的按钮或选择一就可以了。双击模块就打开示波器，示波器上就显示出变送随时间变更的曲线。（2）典型环节仿真及分析自控系统是由比例、积分、惯性环节等按肯定的关系连接而成.熟识这些惯性环节对阶跃输入的响应，对分析线性系统将是特别布.益。典型环节的仿真写出各典型环节（比例、惯性、积分环节）的传递函数，记录仿真各典型环节的单位阶跃响应，并探讨参数变更时输出响应的影响。试脍记录表格（供参考）典型环节传函参数服位阶跃响应曲线参数变更对输出影响的结论比例环节1510惯性环节T=0.01T=IT=100积分环节0.01110将题目中的示波器横轴终值修改为20。试验思索题A）积分环节和惯性环节主要差别是什么？在什么条件卜.，惯性环节可以近似地视为枳分环节？而又在什么条件卜.，惯性环节可以近似地视为比例环节？B）在积分环节和惯性环节试喊中，如何依据单位阶班响应曲线的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？（3）仿真题目在环境下搭建阶跃响应时的模型，并用示波器观测输出波形A）G（三）=Y1.二（传递函数形式）B）（零极点形式）将上面题目中的示波器横轴终值修改为50。4 .试验报告D写出模块库的特点。2）如何修改用到的模块的参数。3）示波器模块的功能。4）完成仿真题目，并将答案记录及思索题回答。5）整理在试验过程中遇到的问题及如何解决的。5.颈习要求D阅读试验内容及试验目的。2）完成对模块库的熟识工作。试验二典型系统的时域响应分析1.试验目的D通过用及对限制系统的时域分析Tf感性相识。2）明确对于阶系统,单位阶跃信号、单位斜坡信号以及单位脉冲信号的响应曲线图。3）对广二阶系统阶跃信号的响应曲线图以及不同阻尼比、不同自然角频率取值范围的二阶系统曲线比较图。4）利用软件来绘制高阶限制系统的零极点分布图，推断此系统是否有主导极点，能否用低阶系统来近似，并将高阶系统及低阶系统的阶跃响应特性进行比较5）编制简洁的M文件程序。2 .试验仪器计算机一台，软件1套3 .试验内容1） 一阶系统的响应（1） 一阶系统的单位阶跃响应在环境下搭建图1的模型，进行仿真，得出仿真曲线图。mTnnslefFGSUp图1一阶系统的的位阶跃响应模型分析仿真结果及理论状况是否统，记录仿真曲线图。（2） 阶系统的单位斜坡响应在环境下搭建图2的模型，将示波器横轴终值修改为12进行仿真，得出仿真曲线图。RnmPTMrrtfSFCn图2阶系统的单位斜坡响应模型分析仿真结果及理论状况是否统,记录仿真曲线图。（3） 阶系统的单位脉冲响应在环境下，编译一个文件，利用O函数可以得出仿真曲线图。此处留意分析在环境中可否得到该曲线图，2）二阶系统的单位阶跃响应二阶系统的闭环传递函数标准形式为其阶跃响应可以分以下状况解出当7=0时，系统阶跃响应为X0=l-M）当OVSVl时，系统阶跃响应为c（0=1-1'''.l-（+0）f其中"依TJl-1.夕,q=yi二Z7当=1时，系统阶跃响应为0）=1Tl+叫O1.当时，系统阶跃响应为W）=”戏（f一今）其中4=Y-J2-1,A=Y+U2-I为了分析阻尼比C自然角频率外对系统暂态响应的膨响，就必需求得系统的阶跃响应曲线。用得到二阶系统阶跃响应曲线的实现方法有三种：A.利用二阶系统的阶跃响应公式和语言的和循环等函数和指令，在环境卜.，编译了个文件，可得到二阶系统阶跃响应仿真曲线图。注：O函数和指令可通过帮助文件查找其用法。B.利用单位阶跃响应。、（）和（）等函数和指令，在环境下，编译一个文件，可得到单位阶跃信号仿真曲线图。注：（）、0和0等函数和指令可通过帮助文件查找其用法。其编程思想见自动限制理论书上pH0lll的例3137.C.运用软件中的工具箱实现。(1)自然角频率"=1选取不同阻尼比7=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,2.0,用得到二阶系统阶跃响应曲线。本题采纳笫一种编程方法，参考程序清单：10:0.1:120:0.2:1,2;1.K);11(i)：01(*t);(z>0&z<l)*(2)(2);1(*t).*(*)(2)：1l-(l*t),*(*t)：z>ll(z2-l)2(z2-l):1-0.5*(l*t)l(2*t)2)(z2-l);0:运行以上程序得到试验结果试验结果分析：在图中标注阻尼比4的值，分析7对系统的影响。(2)阻尼比7=0；选取不同自然角频率叫-0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,用得到二阶系统阶跃响应曲线，并分析比较不同自然角频率对应的系统输出的状况。本黑采纳笫三种，在环境下搭建图1的模型，进行仿真，二阶系统阶跃响应曲线。试验结果分析：在图中标注不同自然角频率叫值，分析5对系统的影响。（3）系统动态性能分析对于C（三）=,20表示的二阶系统r+20用自动限制理论书上的公式，求系统的性能指标：上升时间、峰值时间、超调盘以及调整时间。利用单位阶跃响应（），用编程得到当输入单位阶跃信号时，系统的性能指标:上升时间、峰值时间、超调盘以及调整时间。参考程序清单：201520|系统模型O%绘制阶跃响应曲线在自动绘制的系统阶跃响应曲线上，若单击曲线上某点，则可以显示该点的时间信息和响应的幅值信息，从而可以简洁得到系统的性能指标：上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间。3）高阶系统的单位阶跃响应G(三)=已知高阶系统的闭环传递函数为Ss+8.6J+29.8s3+67.42+5ls+45用下式低阶系统近似原系统G(x=：sr+O6s+1（1）用分别求原系统和降阶系统的零点Z、极点P和增益K,依据自控理论和它们的零、极点图和增益K,推断该是否可用低阶系统近似原系统用在环境"编译个文件，参考程序清单：451,8.6,29,8,67.4,51,45原系统分子、分母多项式（）原系统传函口20：求福系统的零点Z、极点P和增益Kl=1l=,0.6,l低阶系统分子、分母多项式Z11U2O求低阶系统的零点Zl、极点PI和增益K1Gl（三）低阶系统传函（1）（221） （G）先绘制原系统的零点、极点图（222） （Gl）%绘制低阶系统的零点、极点图（223） （G）（Gl）$绘制原、低阶系统的零点、极点图（''）（2）利用单位阶跃响应（）、（）和（）等函数和指令，在环境卜.，编译一个文件，能够将原系统和降阶系统的单位阶跃响应绘制在一个图中，记录它们的响应曲线和暂态性能指标（上升时间、峰值时间、超调量以及调整时向），进行比较分析。其编程思想见自动限制理论书上Pllo111的例3-13-7（224） 告D记录上述一阶系统试验的曲线图。2）设计表格记录上述二阶系统（D和（2）试验的曲线图，分析二阶系统中C、%对系统响应的影响：记录上述二阶系统（3）试验的曲线图，设计表格比较曲线图及理论值所得系统的性能指标（上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间）的异同，并给出结论。3）记录上述高阶系统（1）试验原高阶系统和降阶系统的零点Z、极点P和增益K,和它们的零、极点图：回答此问题：原高阶系统是否可用低阶系统近似？4写出上述高阶系统（2试验的程序代码，设计表格记录原系统和降阶系统的冷位阶跃响应曲线和暂态性能指标（上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间），进行比较分析.5）整理在试验过程中遇到的问题及解决方案。（225） 求1）阅读试验内容及试蛛H的。2）明确对限制系统进行时域分析的H的。试验三线性限制系统的根轨迹及频域分析1 .试验目的D通过用及对限制系统的领域分析感性相识。2)能够利用仿真软件得到任何传递函数所对应的根软迹图、伯德图和乃奎斯特图。3)能利用根轨迹图对限制系统性能进行分析。4)能利用伯德图和乃挛斯特图时限制系统性能进行分析。2 .试验仪器计算机一台，软件1套3 .相关函数说明1)绘制根轨迹函数。供应了O函数，可以干脆用于系统常规根轨迹绘制，根轨迹函数的调用方法也很直观，其调用格式为或O其中G为系统的开环传递函数，分别为G系统传递函数的分子和分母多项式系数向量。在绘制出的根轨迹上，假如用鼠标单击某个点，将显示关于这个点的有关信息，包括这个点处的增益值对应的系统特征根的值和可能的闭环系统阻尼比和超调量等。在S平面中绘制根轨迹的同时，可用函数绘制阻尼比和自然振荡角频率的栅格，有助于系统分析、2)绘制伯德图函数。吩咐可以计算线性连续定常系统频率响应的幅值和相角。当不带左端变量时，可以在屏幕上产生伯德图。当包含左端变量时，即,(,)吩咐将把系统的频率响应转变成，和3矩阵，这时在屏幕上不显示频率响应图。矩阵和包含系统频率响应的幅值和相角，这些幅值和相角值是在用户指定的频率点上计算得到的。相角以度来表示，表达式20*10()可以把幅值转变成分贝。为了指明频率范围，采纳吩咐(dl,d2)或(dl,d2,n)0(dl,d2)在两个十进制数10«和104之间产生一个由50个点组成的矢量，这50个点彼此在对数上市相等的距离。这就是说，在0.1及100之间，将产生50个点。为此输入吩咐：(-1,2)(dl,d2,n)在十进制数在6和Ioe之间,产生n个在对数上相等距离的点。例如为了在1及100o之间产生loo个点，输入卜.列吩咐：3(0,3,100)当画伯德图时，为了将这些频率包括进去，采纳吩咐(,3)。为了绘制的图中标有相角裕度和增益裕度，还可运用0函数，其调用格式为或()其中G为系统的开环传递函数，分别为G系统传递函数的分子和分母多项式系数向量。3)绘制乃奎斯特图函数。吩咐可以计算线性连续定常系统的乃奎斯特频率曲线。当不带左端变&时，可以在屏幕上产生乃奎斯特图，其调用格式为或()其中G为系统的开环传递函数，分别为G系统传递函数的分子和分母多项式系数向量。当包含左端变量时，即.,=(1,)吩咐将把系统的频率响应转变成，和3矩阵，这时在屏幕上不显示频率响应图。矩阵和分别表示系统频率响应的实频和虚频特性，这些实频值和虚频值是在用户指定的频率点上计算得到的。4 .试验内容4.1 限制系统的根轨迹分析1)设已知单位反馈系统的开环传递函数为(1)请编写程序绘制开环增益A；变更时的根航迹，并由根轨迹图分析A；变更对闭环系统稳定性的影响：A；等于何值时，闭环极点有对在虚轴上的根，闭环系统处于无阻尼S=O状态，系统等幅振荡临界稳定：片在什么范围时，根轨迹进入S右半平面，闭环系统处于阻尼,<0状态,系统发散不稔定：M为何值时，闭环极点有对实部为负的相等实根，闭环系统处于临界阻尼C=I状态，系统为单调衰减过程：在什么范围时，闭环极点有一对实部为负的共胡应数，闭环系统处广欠阻尼o<4<状态，系统为衰减振荡过程：M为何值时，根轨迹及¢=0，等阻尼线相交，闭环极点布对实部为负的共转发数，系统呈现最佳衰减振荡过程。请编写程序绘制出在不同小时，系统的闭环传递阶跃响应曲线以险证中分析。程序参考清M：Cs)l=l(s*(l)*(3):(1) %创建图形窗口1(Gl)Kl=122=133=0.7;K4=5.75;K5=l.1;(2) 先创建图形窗口2(221)(G1*K1,1)%图形窗口2被分为2行2列4个子窗口,在第1个气子窗I1.绘制用=12的单位反馈闭环阶跃响应曲线(222)(G1*K2,1)%在第2个子窗1I,绘制j=13的单位反馈闭环阶跃%响应曲线(223) (G1*K3,1)先在第3个子窗口，绘制Ai=O.7的单位反馈闭环阶跃、响应曲线(224) (G1*K4,1),(G1*K5,1)%在第4个子窗口，绘制用=5.75和KI=1.I的2个与单位反馈团%环阶跃响应曲线注：()函数可通过帮助文件查找其用法。2)设己知单位反馈系统的开环传递函数为若增加一个零点1,单位反馈系统的开环传递函数变为清编写程序绘制开环增益变更时，这两个系统的根轨迹：分析这两个系统的稳定性，看增加的开环零点1,对系统稳定性有何影响？请编写程序绘制=8时，系统的闭环传递阶跃响应曲线以验证分析3)设系统的框图如图1所示图1有局部反馈的系统框图编写程序绘制以a为变量的根纨迹，来确定临界阻尼时的a值编写程序绘制无局部反馈时(O)系统单位斜坡响应的曲线及误差曲线，以求稳态误差：绘制无局部反饿时(0)系统单位阶跃响应的曲线，以求系统暂态性能指标(上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间)。编写程序绘制右后部反馈时系统单位斜坡响应的曲线及误差曲线，以求稳态误差：绘制有局部反馈时(2)系统单位阶跃响应的曲线，以求系统暂态性能指标(上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间)。参考程序清单：Cs,)(s'21):(1)O0:0.01:15;Gl=l(s2+3*1);%无局部反馈时(0)系统的闭环传函Cl(GD;%在斜坡信号下,无局部反馈系统输出响应为Clell,：舟在斜坡信号卜.，无局部反馈系统输出误差G2=l(s*2+1.2*l);%布局部反饰时(2)系统的闭环传函c2(G2):先在斜坡信号下，有局部反馈系统输出响应为c2e22'：'在斜坡信号下，有局部反馈系统输出误差(3)(221)(,k,l,r,2,'b,)$绘制斜坡信号曲线,。和2与单位斜坡响应的曲线(222)(l,'r,2,b,)%绘制。和2单位斜坡响应的误差一曲线(223)(Gl,r'2,'b')绘制0和2系统单位阶跃响应的曲线4.2限制系统的领域分析会址卜.列各限制系统侑特图和乃奎斯特图。1)典型二阶系统绘制C取不同值时的图。取叫=6,4=0J0l:1.ol时的二阶系统的图，也可采纳()函数得到。试验参考程序清单：60,1:0.1:1.0;(-1,1,100)2;1.lO(I)11(i):12*2;；(,)；运行以上程序得到图，并进行分析。2)己知单位反馈系统的任一开环传递函数，利用()函数、O函数绘制下列各限制系统伯德图和乃奎斯特图，并求相角裕度和增益裕度。(1)参考程序如下：('s');l(l)*(l+2*s);(1) (G)(2) ;(G)：运行以上程序得到系统伯德图和乃奎斯特图，相角裕度和增益裕度。(3)(4)(5)3)设有G位负反馈、【型系统的对象传递函数为现在系统中附加一个零点和一个极点，其传递函数为这样，附加零、极点后，系统的开环传递函数为G(三)=-29.7“十-_SG+Ixf+4>(5+4.95)试编程绘制系统附加零、极点前后的图，求出它们相角裕度和增益裕度,进行比较分析。依据时域响应和频域响应的关系，定量分析附加零、极点将会对时域性能有何影响？绘制系统附加零、极点前后的单位阶跃响应曲线，记录它们的性能指标(上升时间、峰值时间、超调量以及调整时间)，并给出结论。参考程序清单：('s');G0=5(s*(l)*(4)5-1(2)(1) ；(GO);29.7*(1.2)(s*(l)*(4)*(4.95)5-1(2)(2) ;(G);(3) 先创建图形窗口2(GO,l)r,(G,l),b,)4 .试验报告1）得到上述试验的曲线图。2）利用试验图进行系统性能分析和验证。3）写出4.2限制系统的频域分析3）试验的程序代码。4）整理在试验过程中遇到的问题及如何解决的。5 .预习要求D阅读试验内容及试验目的。2）明确对限制系统进行根轨迹分析的目的。3）明确对限制系统进行频城分析的目的。试验四线性系统的校正一、校正装置时系统性能的影响1 .试验目的D驾驭如何在环境下进行系统限制器校正及设计的仿真试验。2）进行比例限制器、积分限制器、比例积分限制器、比例微分限制器和比例积分微分限制器的校正仿真。3）明确比例、积分、微分环节的基本限制规律，理解它们在改善系统性能中的作用。2 .试验仪器计算机一台，软件1套3 .试验内容1）比例（P）限制器的校正仿真在一个比例限制器中，比例限制器的输出正比于输入，如图1所示。图中,为比例系数，限制器的输入为误差信号，即参考输入及反馈信号的差图1比例限制器题H：图2为加入比例限制器之前的系统仿真图，图3为加入比例限制器之后的系统仿真图：图3加入比例限制器的图2没加入比例限制器的系统仿真系统仿真图图4没加入比例限制器的系统仿真图请在环境下分别进行仿真，得出输出曲线图，并进行比较。变更传递函数，再做仿真。校正前如图4所示，校正后如图5。得出相应的输出曲线，图5加入比例限制器的系统仿真图2）积分（I）限制器的校正仿真图6所示为积分限制器的框图，图中，为积分常数输入为误差e,输出为v11=¼轴入,Kl输出,图6积分限制器框图题目：积分限制器校正的限制系统仿真如图7,得出输出曲线，并及图4和图5做比较。图7仅加入积分限制器的系统仿真图3）比例积分O限制器的校正仿真为了兼顾比例限制器和枳分限制器二者的优点，通常采纳如图8所示的比例积分限制器。图8比例+积分限制器题目：比例枳分限制器校正的限制系统仿真如图9所示，得出输出曲线，并及图4、图5和图7做比较。并做比较。图9加入比例枳分限制器的系统仿真图4）比例微分O限制叁的校正仿真比例微分限制器由比例限制器及微分限制器两部分构成，图10所示为比例微分限制器的框图，输入为误差e,输出为=<,Kp+Klisye图10比例微分限制器方框图题H：比例微分限制器校正的限制系统仿真，校正前如图11所示，校正后如图12所示。得出相应的输出曲线,并做比较。Scope图11没加入限制器的