机械控制工程基础实验指导书版

河南机电高等专科学校《机械控制工程基础》

目录

实验任务和要求............................................................................................................................................. 实验模块一MATLAB基础实验............................................................................................................

实验任务和要求

一、自动控制理论实验的任务

自动控制理论实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是：

1、通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设

2、按实验指导书要求进行操作；在实验中注意观察，记录有关数据和图像，并由指

导教师复查后才能结束实验。

3、实验后关闭电脑，整理实验桌子，恢复到实验前的情况。

4、认真写实验报告，按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。字迹要清楚，

画曲线要用坐标纸，结论要明确。

5、爱护实验设备，遵守实验室纪律。

实验模块一MATLAB基础实验

——MATLAB环境下控制系统数学模型的

建立

一、预备知识

1.MATLAB的简介

MATLAB为矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

来源：20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。

地位：和Mathematica、Maple并称为三大数学软件，在数学类科技应用软件中，在数值计算方面首屈一指。

功能：矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言

的程序等。

应用范围：工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

图1-1 MATLAB图形处理示例

菜单的“Dock Command Window”子菜单又可让命令窗口返回桌面（MATLAB桌面的其他窗口也具有同样的操作功能）；在命令窗口中，可使用方向键对已输入的命令行进行编辑，如用“↑”或“↓”键回到上一句指令或显示下一句命令。

（3）工作变量区“Workspace”指运行MATLAB程序或命令所生成的所有变量构

成的空间。用户可以查看和改变工作变量区的内容。包括变量的名称、数学结构，该变量的字节数及类型。

（4）历史指令区“Command History”显示命令窗口中所有执行过的命令。一方面可以查看曾经执行过的命令；另一方面可以重复利用原来输入的命令行。

需要在命令窗口输入的命令放在一起，就是命令的简单叠加；而函数式M文件用于把重复的程序段封装成函数供用户调用。

建立：由Matlab桌面的File菜单可以打开或新建一个M文件窗口。下面是一个程序式M文件的例子。在新建立的M文件窗口输入下列命令行，并以文件名flower.m保存。

在Matlab的命令窗口键入“flower”，将会执行该文件画出图形。

例1：程序式M文件

th=-pi:0.01:pi;

polar(th,rho)

c=

5.0000

其中，function是函数文件的关键字，表明该文件为函数文件；c是输出参数；myfile

为函数名（文件名应与函数名相同，即myfile.m）；a，b为输入变量。

二、实验目的

1.熟悉MATLAB实验环境，掌握MATLAB命令窗口的基本操作。

2.掌握MATLAB建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。

zpk

用函数tf ( )来建立控制系统的传递函数模型，其命令调用格式为：G = tf ( num , den )注意：对于已知的多项式模型传递函数，其分子、分母多项式系数两个向量可分别用G.num{1}与G.den{1}命令求出。

2.零极点增益模型

零极点模型是是分别对原传递函数的分子、分母进行因式分解，以获得系统的零点

和极点的表示形式。式中，K为系统增益，z1，z2，…，z m为系统零点，p1，p2，…，p n

为系统极点。在MATLAB中，用向量z，p，k构成矢量组[ z, p, k ] 表示系统。即z = [ z1, z

,…,z m ] ，p = [ p1, p2,…, p n ] ，K = [ K ],用函数命令zpk ( )来建立系统的零极点增益模2

W =

-1；

注意：可以在命令窗口Command Window直接输入上述命令然后回车来运行，也可

以先建立M文件(如mn.m)，再在命令窗口直接输入文件名字来mn然后回车来运行。

四、实验内容

1. 多项式模型

(1).已知系统传递函数：1323()221

s G s s s s +=+++，建立其多项式模型： num=[1 3];den=[1 2 2 1];G1=tf(num,den)

(2).已知系统传递函数：223()(1)(44)

G s s s s s =+++，建立其多项式模型。

(2).已知系统传递函数6()(0.5)(2)(3)

G s s s s =+++ ，求其等效的多项式模型。 4.系统反馈连接之后的等效传递函数

(1).已知系统22256()23s s G s s s ++=++，5(2)()10s H s s +=+，求负反馈闭环传递函数。