實驗二《機械工程控制基礎》Matlab仿真實驗報告單

紅河學院工學院實驗報告單

《機械工程控制基礎》Matlab仿真實驗報告單

課程名稱：機械工程控制基礎姓名：徐海洋日期：201*-11-26

成績：

年級專業(yè)：07機械學號：201*03050665實驗場地：文514

實驗序號：實驗二實驗名稱：二階線性系統時間響應與時域性能指標的Matlab仿真實驗

一、實驗內容。

1、二階線性系統仿真。

2、二階線性系統

4s2s436s12s36216s4s162單位脈沖響應、單位階躍響應、單位正弦輸入響應的Matlab

2單位階躍響應的時域性能指標。

3、二階線性系統仿真。

，當01274,0.1,0..時，單位階躍響應的Matlab

二、實驗目的。

三、相關Matlab仿真程序。

程序一：

>>clearnum=[16];

den=[1416];Gs=tf(num,den)t=0:0.1:20;figure(1);impulse(Gs,t)xlabel("時間")ylabel("輸出")

title("二階系統單位脈沖響應")figure(2);step(Gs,t)xlabel("時間")ylabel("輸出")

title("二階系統單位階躍響應")figure(3);

r=sin(t);lsim(Gs,r,t)xlabel("時間")ylabel("輸出")title("二階系統單位正弦輸入響應")

Transferfunction:16--------------s^2+4s+16程序二：

>>clearnum=[4];den=[124];

disp("二階系統傳遞函數")Gs=tf(num,den)

disp("無阻尼固有頻率與阻尼比")

[WnXita]=damp(Gs)Wn=Wn(1)Xita=Xita(1)disp("二階系統性能指標如下")

tr=(pi-atan(sqrt(1-Xita^2)/Xita))/Wn/sqrt(1-Xita^2)

tp=pi/Wn/sqrt(1-Xita^2)ts=3.5/Xita/WnMp=exp(-pi*Xita/sqrt(1-Xita^2))*100

二階系統傳遞函數

Transferfunction:4-------------s^2+2s+4

無阻尼固有頻率與阻尼比

Wn=

2.00002.0000

Xita=

0.50000.50

Wn=

2.0000

Xita=

0.5000

二階系統性能指標如下tr=

1.2092tp=

1.8138ts=

3.5000

Mp=

16.3034程序三：

clearclcnum=1;Wn=6;

xita1=0.1;den1=[1/Wn^22*xita1/Wn1];xita2=0.2;den2=[1/Wn^22*xita2/Wn1];xita3=0.4;den3=[1/Wn^22*xita3/Wn1];xita4=0.7;den4=[1/Wn^22*xita4/Wn1];xita5=1.0;den5=[1/Wn^22*xita5/Wn1];xita6=2.0;den6=[1/Wn^22*xita6/Wn1];t=0:0.05:4;

[y1xt]=step(num,den1,t);[y2xt]=step(num,den2,t);[y3xt]=step(num,den3,t);[y4xt]=step(num,den4,t);[y5xt]=step(num,den5,t);[y6xt]=step(num,den6,t);

figure(1)

plot(t,y1,"b-",t,y2,"r--",t,y3,"k",t,y4,"g:",t,y5,"m-.",t,y6,"b.");xlabel("t(s)"),ylabel("y(t)");

title("阻尼比xita=0.1,0.2,0.4,0.7,1.0,2.0")

legend("xita1=0.1","xita2=0.2","xita3=0.4","xita4=0.7","xita5=1","xita6=2")

四、相關Matlab仿真圖形。

五、判斷系統穩(wěn)定性，并說明理由。

二階線性系統二階線性系統

16s4s164s2s422極點實部全為負，所以此系統穩(wěn)定。極點實部全為負，所以此系統穩(wěn)定。

二階線性系統統穩(wěn)定。

36s12s362當0.1,0.2,0.4,0.7,1.0,2.0時，其實部全為負數，所以系

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工學院實驗報告單

《機械工程控制基礎》Matlab仿真實驗報告單

課程名稱：《機械工程控制基礎》實驗姓名：日期：

成績：年級專業(yè)：

實驗二：一階、二階線性系統時間響應的Matlab仿真實驗

一、實驗內容。

1、一階線性系統

1，當T分別取0.1，2以及5時，系統單位脈沖響應、單位階躍響應、Ts116單位脈沖響應、單位階躍響應、單位正弦輸入響應的Matlab24s4s16單位斜坡響應的Matlab仿真。2、二階線性系統仿真。

二、實驗目的。

1、熟悉Matlab中，輸出圖形的操作

2、掌握Matlab中一階、二階線性系統的表達

3、常握Matlab中一階、二階線性系統的典型輸入信號的時間響應圖形的求法。

三、相關Matlab仿真程序與仿真圖形

四、根據仿真實驗的響應圖形，討論一階線性系統時間常數T對響應的速度的影響。

>>num=[1];den1=[0.1,1];den2=[2,1];den3=[5,1];

Gs1=tf(num,den1)

Transferfunction:1---------0.1s+1

>>Gs2=tf(num,den2)

Transferfunction:1-------2s+5

>>Gs3=tf(num,den3)

Transferfunction:1-------5s+1

>>t=0:2:50;figure(1);

>>impulse(Gs1,t)holdon

impulse(Gs2,t)holdon

impulse(Gs3,t)xlabel("時間")ylabel("輸出")

title("一階系統單位脈沖響應")>>figure(2);>>step(Gs1,t)holdonstep(Gs2,t)holdonstep(Gs3,t)xlabel("時間")xlabel("時間")

ylabel("輸出")title("一階系統單位階躍響應")

>>figure(3);>>r=t;

>>lsim(Gs1,r,t)>>holdon

>>lsim(Gs2,r,t)>>holdon

>>lsim(Gs3,r,t)>>xlabel("時間")ylabel("輸出")

title("一階系統單位斜坡響應")

附件：一階線性系統

10單位脈沖響應、單位階躍響應、單位斜坡響應的Matlab仿真。4s1程序：

clear%清除Matlab中還存在的變量、命令（相當于從新的命令開始寫新的程序）num=[10];%設置分子多項式。num是一變量名，變量名可以任意取。一般分子多項

式的變量名就取num。數值是系數，用[]括起來，如果只有常數項，可以不用括起來。“；”表示不顯示該命令的結果。

den=[41];%設置分母多項式。分母多項式的變量名，一般取den。Gs=tf(num,den)%設置傳遞函數�！皌f”是一個命令，讓分子多項式和分母多項式變成相

應的傳遞函數。命令后面一般要用（），括號在參加運算的變量要用“，”逗號隔開。沒有和“；”，表面程序執(zhí)行后，顯示該傳遞函數的表達式。

t=0:0.1:50;%設置時間長度與步長�！皌”為一變量符號，“t”的取值為0，0.1，0.2…50figure(1);%開始畫第一張圖形�！癴igure”是一個命令，執(zhí)行后，出現繪圖框。impulse(Gs,t)%傳遞函數為Gs的單位脈沖響應。impulse是一個命令。繪制單位脈沖

響應的圖形。xlabel("時間")%在圖形橫坐標上標出“時間”。xlabel是一命令，用于改變默認的坐

標符號。

ylabel("輸出")

title("一階系統單位脈沖響應")%在圖形是正上標明圖形名稱“單位脈沖響應”。title是

一命令，用于改變默認的圖形名稱。

figure(2);%準備開始繪制第二張圖形。

step(Gs,t)%傳遞函數為Gs的單位階躍響應。step是一個命令，繪

制單位階響應的圖形。

xlabel("時間")ylabel("輸出")

title("一階系統單位階躍響應")

figure(3);%準備開始繪制第三張圖形。r=t;%定義輸入為單位斜坡函數

lsim(Gs,r,t)%繪制單位斜坡響應圖形。lsim繪制其他輸入情況下的響

應圖形。輸入函數要事先定義，如這個語句中的‘r’。

xlabel("時間")ylabel("輸出")

title("一階系統單位斜坡響應")

注：用“holdon”命令可以把三個輸出圖形顯示在同一個圖形頁面中

比較兩個傳遞函數

1010、的單位階躍響應4s18s1G1=tf(10,[41])G2=tf(10,[8,1])t=0:0.1:50;

[y1,t]=step(G1,t);%step是單位階躍命令，等號前面的[]是用來把單位階躍響應的輸

入時間和對應的輸出值返回成數值矩陣。step前面加了等號，不能直接繪單位階躍響應圖。

[y2,t]=step(G2,t);

holdon%把下面要輸出的圖形全顯示在一個頁面上plot(t,y1,"r")%把系統1的單位階躍的響應數值顯示成圖形plot(t,y2,"b")xlabel("時間")xlabel("時間")ylabel("輸出")

title("兩個一階系統的單位階躍響應")

legend("y1","y2")%顯示各個系統的響應曲線的線型。

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