控制系统CAD实验指导书(段绍米)

《控制系统CAD》实验指导书
编者：刘辉
实验一 Matlab 使用方法和程序设计
一、实验目的
1. 掌握Matlab 软件使用的基本方法；
2. 熟悉Matlab 的基本运算和程序控制语句；
3. 熟悉Matlab 程序设计的基本方法。

二、实验内容
1.求多项式的根
4532)(2
34++++=x x x x x P
程序：
结果截图：
2已知
)()()(224224224b a c a c b c b a f -+-+-=,试
使用符号运算的方法对其因式分解。

程序：
结果截图：
结果：
3.编写一个函数，完成求和s=1+2+3+...+i+...+n 。

程序：求1000个数相加的和
结果截图：
4.已知一传递函数4
52)(2
+++=
s s s s F ，试将其分解
为部分分式。

程序：
结果截图：
结果：
实验二
一、 实验目的
1. 掌握如何使用Matlab 进行系统的时域分析。

2. 掌握如何使用Matlab 进行系统的频域分析。

3. 掌握如何使用Matlab 进行系统的根轨迹分析。

4. 掌握如何使用Matlab 进行系统的稳定性分析。

二、 实验内容 1.时域分析
根据下面传递函数模型：绘制其单位阶跃响应曲线并从图上读取最大
超调量，绘制系统的单位脉冲响应。

8106)
65(3)(232+++++=
s s s s s s G
程序：
结果截图：
结果分析：
2.频域分析
典型二阶系统传递函数为：
222
2)(n
n n
w s w s w s G ++=
ζ
当 ζ=0.7, ωn 取6时的 B ode Nichols Nyquist 图的单位阶跃响应。

（1）Bode 图程序：
结果截图：
结果分析：
（2）Nichols 图程序：
结果截图：
结果分析：
（3）Nyquist 图
结果截图：
结果分析：
3.根轨迹分析
绘制下面负反馈系统系统的根轨迹，并分析系统稳定的K 值范围。

前向通道：s
s K
s G 53)(2+=
反馈通道：
100
1
)(+=
s s H
程序：
结果截图：
结果分析：
4.稳定性分析
（1）根轨迹法判断系统稳定性：
已知系统的开环传递函数为：
试对系统闭环判别其稳定性。

程序：
结果截图：
结果分析：
（2）Bode图法判断系统稳定性：
程序：
结果截图：
结果分析：
实验三
一、 实验目的
掌握使用Bode 图法进行控制系统设计的方法； 熟悉Ziegler-Nichols 的第二种整定方法的步骤。

二、 实验内容
1. 设一单位负反馈控制系统，如果控制对象的开环传递函数为：
)80)(4()(++=s s s K
s G p
试设计一个串联超前校正装置。

要求：校正后系统的相角裕度γ '≥ 45° ；当系统的输入信号是单位斜坡信号时，稳态误差e ss ≤0.04; 绘制出校正后系统和未校正系统的Bode 图及其闭环系统
的单位阶跃响应曲线，并进行对比。

程序：
结果截图：
结果分析：
2. 设一单位负反馈控制系统，其开环传递函数为：
)11.0)(125.0()(++=
s s s K
s G p
试设计一个串联滞后校正装置。

要求：校正后系统的相角裕度γ '≥ 40°；幅值裕度大于等于 12dB ，静态速度误差系数K ≥ 4。

要求绘制校正后系统和未校正系统的Bode 图及其闭环系统的单位阶跃响应曲线，并进行对比。

程序：
结果截图：
结果分析：
3. 设一单位负反馈系统的开环传递函数为：
)
20)(1(1
)(++=
s s s s G p
请采用Ziegler-Nichols 第二整定法设计一个PID 控制器，确定PID 控制器的K p ，
T i ，T d 的值，并求设计出的系统的单位阶跃响应曲线，给出系统的性能指标。

程序：
结果截图：
结果分析：。