《控制系统的频域分析实验报告(共7页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制系统的频域分析实验报告(共7页).doc（7页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上课程名称： 控制理论乙 指导老师： 成绩：_实验名称： 控制系统的频域分析 实验类型：_同组学生姓名：_一、实验目的和要求用计算机辅助分析的方法，掌握频率分析法的三种方法，即Bode图、Nyquist曲线、Nichols图。二、实验内容和原理（一）实验原理1Bode(波特)图设已知系统的传递函数模型：则系统的频率响应可直接求出： MATLAB中，可利用bode和dbode绘制连续和离散系统的Bode图。 2Nyquist(奈奎斯特)曲线 Nyquist曲线是根据开环频率特性在复平面上绘制幅相轨迹，根据开环的Nyquist线，可判断闭环系统的稳定性。 反馈控制系统稳定的
2、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一平面的极点数。在MATLAB中，可利用函数nyquist和dnyquist绘出连续和离散系统的乃氏曲线。3Nicho1s(尼柯尔斯)图 根据闭环频率特性的幅值和相位可作出Nichols图，从而可直接得到闭环系统的频率特性。在MATLAB中，可利用函数nichols和dnichols绘出连续和离散系统的Nichols图。（二）实验内容1一系统开环传递函数为 绘制系统的bode图，判断闭环系统的稳定性，并画出闭环系统的单位冲击响应。2一多环系统R(s)C(s)10G(S)其结构如图所示试绘制Nyquist
3、频率曲线和Nichols图，并判断稳定性。（三）实验要求1编制MATLAB程序，画出实验所要求的Bode图 、 Nyquist图 、Nichols图。2在Simulink仿真环境中，组成系统的仿真框图，观察单位阶跃响应曲线并记录之。三、主要仪器设备计算机一台以及matlab软件，simulink仿真环境四、操作方法与实验步骤1、程序解决方案：在MATLAB中建立文件pinyu.m，其程序如下：%频域响应函数a0=0 0 0 50;b1=1 1;b2=1 5;b3=1 -2;b0=conv(b1,conv(b2,b3);H1=tf(a0,b0);fprintf(第一题开环传递函数);H1figu
4、re;bode(H1);title(第一题开环伯德图);xlabel(w);grid on;%闭环传递函数aa=a0;bb=b0+a0;H=tf(aa,bb);fprintf(第一题闭环传递函数);Hfigure;impulse(H,20);title(第一题单位冲激响应);xlabel(t/s);ylabel(c(t);grid on;%第二题c0=0 0 16.7 0;d0=conv(conv(0.85,1,0.25,1),0.0625,1);d1=c0+d0;G1=tf(c0,d0);Gs=tf(10*c0,d1);cc=10*c0;dd=10*c0+d1;G=tf(cc,dd);fpr
5、intf(第二题闭环传递函数);Gfigure;nyquist(Gs)；title(第二题Nyquist图);figure;nichols(Gs)；title(第二题Nichols图);在MATLAB命令窗口中输入下列命令，得到结果 pinyu第一题开环传递函数 Transfer function: 50-s3 + 4 s2 - 7 s - 10 第一题闭环传递函数 Transfer function: 50-s3 + 4 s2 - 7 s + 40 第二题闭环传递函数 Transfer function: 167 s-0.01328 s3 + 0.2813 s2 + 184.9 s + 1其
6、输出的曲线如下2、Simulink仿真环境实现方式第一题：在simulink中建立以下模型：点击运行，得到如下所示的波形：第二题：在simulink中建立以下模型：点击运行，得到如下所示的波形：五、实验结果与分析 1、对于第一个系统来说，观察其伯德图可知，当其幅频特性穿越0dB线（即剪切频率）时所对应的系统相角，因此其相位裕度，由此可见系统是不稳定的。通过观察其单位冲激响应和单位阶跃响应也可以得到同样的结论。2、通过对第二个系统的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）的圈数为0，因此Z=0，所以系统是稳定的，通过观察其阶跃响应也可以得到同样
7、的结论。六、讨论、心得通过该实验，我了解了利用MATLAB进行系统稳定性分析的方法。大体来说，有以下几种方式：一种是自己手算出系统的开环传递函数（多数时候题目会给出），然后调用tf（）函数和nyquist()函数来求得系统的开环奈奎斯特曲线，通过判断N的值从而计算出Z的值判断系统是否稳定；当遇到有多个环节或者反馈系统中还嵌有反馈时，可以通过自己编写的一些程序来求出系统的开环传递函数，从而调用nyquist(Gs)函数来求奈奎斯特曲线，当然求闭环传递函数的奈奎斯特曲线然后根据曲线对（0，j0）包围的圈数判断，这与根据开环传递函数的奈奎斯特曲线对（-1，j0）包围的圈数判断是等效的。还有一种方法是利用matlab中的simulink模块，直接建立系统的模型，通过示波器观察其单位阶跃响应曲线来分析系统的稳定性。如果响应是收敛的，则系统稳定，若响应发散，则系统是不稳定的。本实验主要做的工作在编写了一个.m文件，通过运行该文件可以一次性完成程序解决方案，得到希望的结果和图像，这种方法与上一个MATLAB中编写的function文件时有所区别的。Function文件在调用时格式为output=function(input)，程序运行时有返回值，而本实验编写的.m文件只需要在命令窗口中输入文件名直接运行即可。专心-专注-专业