长沙理工大学机械控制工程基础Matlab实验报告.pdf

【机械控制工程基础】实验报告涉及的是利用MATLAB软件进行控制系统的设计、建模与分析。MATLAB是一款强大的数值计算和符号计算工具，尤其在工程领域，它被广泛应用于系统建模、仿真和性能分析。 实验一的核心是控制系统的数学模型验证。通过系统的结构方框图，我们可以得到传递函数，然后利用SIMULINK构建模型结构图，进一步简化控制系统模型。通过分析系统的阶跃响应，可以观察系统的动态特性，绘制响应曲线，这是评估系统稳定性和性能的重要手段。例如，实验中通过`conv`函数计算两个信号的卷积得到Z(s)，并用`roots`函数找出Z(s)=0的根，`polyval`函数则用于计算Z(s)在s=0时的值。 实验中还涉及了多项式系统模型的建立，如G〔s〕=2〔s+2〕〔s+7〕/(s+3)〔s+7〕〔s+9〕，这可以通过`zpk`函数实现，其中z代表零点，p代表极点，k是增益。同时，利用`tf`函数创建传递函数模型，通过`feedback`函数实现系统反馈连接。 在二阶系统的研究中，实验展示了如何利用MATLAB绘制不同阻尼比ζ下的单位脉冲响应和单位阶跃响应。`impulse`函数用于绘制脉冲响应，`step`函数则用于绘制阶跃响应。这有助于理解系统动态性能的变化，例如，ζ值越大，系统的响应速度越快，但可能牺牲了超调量和稳定时间。 实验二主要关注控制系统的频域特性，通过绘制Bode图和Nyquist图来分析系统的幅值裕量、相位裕量、-π穿越频率和剪切频率等关键指标。`bode`函数绘制Bode图，而稳定性裕量的求取可以帮助判断系统的稳定性。例如，对于G〔s〕=100(s+4)/s(s+0.5)(s+50)²这样的系统，可以利用`zp2tf`将零极点形式转换为传递函数，然后绘制Bode图。 这些实验涵盖了MATLAB在控制系统中的基本应用，包括系统建模、动态响应分析、频域特性研究等关键知识点。这些技能对于理解和设计复杂的工程控制系统至关重要。