基于MATLAB机电系统时间响应分析
matlab分析系统响应
1
0
bm x(m) (t) bm 1 x (m 1) (t) b1x ' (t) b0 x(t)
零状态响应yzs(t)为 y=lsim(sys,x,t)
冲激响应h(t)为 h=impulse(sys, t)
sys :LTI系统模型 sys=tf(b,a)
b和a分别为微分方程两端 各项的系数向量
y(t)
t=ts:dt:te;
0
y=impulse(sys,t);
-0.05
plot(t,y);
-0.1
-0.15
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
Time
[例1] 描述系统的微分方程为 y '(t) 2 y '(t) 100y(t) 2x(t) 试求系统的冲激响应和如图所示周期矩形波x(t) 的零状态响应。
其脉冲响应h[k]零状态响应yzs[k]的求解： a=[a0,a1, a2, a3]; b=[b0,b1, b2, b3]; k=0:1:1000
h=impz(b,a,k) y=filter(b,a,x)
sys=tf([2],[1 3 2]);
-1
-1 .5
t=ts:dt:te;
-2 0
5
10
15
20
25
30
T im e
0 .0 2 5
x=sin(t)+sin(20*t); 0.02
0 .0 1 5
y=lsim(sys,x,t）
0 பைடு நூலகம்0 1
0 .0 0 5
y(
plot(t,y);
t)
0 -0 .0 0 5
基于matlab的系统的时域响应分析—-毕业论文设计
摘要系统的时域响应分析是衡量控制系统的重要指标。
所谓控制系统的时域响应分析就是在时间域内求解系统的微分方程，然后根据绘制出来的曲线分析系统的性能和各主要参数对系统性能的影响。
不过这里的响应曲线一般是指典型的响应曲线，即所谓的阶跃响应和脉冲响应。
求解系统典型响应的思路是首先列出微分方程组，对方程两边同时取拉普拉斯变换得到系统传递函数，然后根据绘制出来的图形进行系统分析。
利用MATLAB提供的系统时域响应分析函数可以方便、快捷地观察到系统的输出是否满足要求。
经过系统仿真后得出诸如系统传递函数等的上升时间、调节时间、超调量和稳态误差等参数。
此次综合实践所选的系统经过MATLAB软件进行系统仿真后，得到系统的输出函数，可以直观的看到系统个状态量变化情况。
关键词：MATLAB软件；系统时域响应分析；系统的响应曲线AbstractThe system time domain response analysis is an important indicator to measure control system. The so-called control system is the time-domain response of the system in time domain for solving differential equations, and then draw out the performance curve analysis system and the main parameters on system performance. But here, generally refers to a typical response curve of the response curve, the so-called step response and pulse response. A typical response to the idea of solving the system is listed first differential equations, both sides of the equation at the same time taking the Laplace transform of the system transfer function, and then draw out a systematic analysis of the graphic.MATLAB provides a system using time domain response analysis function can be quickly and easily observe whether the output of the system to meet the requirements. After the system obtained after simulation of the system transfer function, etc., such as rise time, adjusting time, overshoot and steady-state error and other parameters.The practice of the selected system is an integrated MATLAB system simulation software, got the system output function, you can see visual changes in the amount of system-state.Keywords: MATLAB software; the system time domain response analysis; system response curves目录摘要 (I)Abstract .....................................................................................................I I 第1章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 时域响应分析 (1)1.2.1 系统响应的输入信号 (1)1.2.2 根据模型获得响应曲线 (2)1.3 本次综合实践2的意义 (2)第2章MATLAB软件简介 (3)2.1 MATLAB (3)2.2 MATLAB概述 (3)2.2.1 MATLAB软件 (3)2.2.2 Matlab的优势和特点 (4)第3章系统的软件设计思路 (8)3.1 典型信号的生成 (8)3.2 系统直流增益 (9)3.3 系统的固有频率和阻尼系数 (10)3.4 系统零输入响应 (10)3.5 典型系统传递函数分析 (11)3.6 任意给定输入的系统时域响应 (12)3.7 典型系统传递函数分析应用举例 (13)第4章系统函数的仿真及分析 (15)4.1 系统传递函数的模型建立及仿真 (15)4.2 系统传递函数的仿真结果分析 (19)结论 (19)参考文献 (21)致谢 (22)第1章绪论1.1 概述在控制系统分析和设计中，常采用典型响应特性来描述系统的动态性能。
基于MATLAB的线性系统时域分析及仿真
基于MATLAB的线性系统时域分析及仿真MATLAB是一种高级计算软件，广泛应用于各个领域中的科学和工程问题的分析与仿真。
在信号与系统领域，MATLAB提供了强大的工具来进行线性系统的时域分析与仿真。
线性系统是指具有线性特性的系统，它们满足叠加原理和比例原理。
在时域分析中，我们通常关注系统的时域响应，即系统对输入信号的输出响应。
MATLAB提供了许多实用的函数来分析线性系统的时域行为。
首先，我们可以通过建立线性系统模型来研究其时域特性。
MATLAB 中的tf和ss函数可以用于创建传递函数和状态空间模型。
传递函数是输入输出之间的比值关系，而状态空间模型描述了系统的状态变量和输入/输出之间的关系。
可以通过输入系统的差分方程或频域特性来创建或导入线性系统的模型。
接下来，我们可以使用step、impuls和lsim函数来分析线性系统的时域响应。
step函数用于计算系统的单位阶跃响应，impuls函数用于计算系统的单位脉冲响应，而lsim函数用于计算系统对任意输入信号的响应。
这些函数能够绘制系统的时域响应曲线，并提供有关系统稳定性和动态特性的信息。
除了时域分析，MATLAB还提供了一些仿真工具来模拟线性系统的时域行为。
Simulink是MATLAB的一个强大的仿真环境，它可以用于构建复杂的线性系统模型，并通过仿真来分析系统的时域响应。
Simulink提供了丰富的模块库，包括线性系统模型、输入信号源和观测器等，使用户能够快速搭建系统模型并进行仿真。
在仿真过程中，Simulink提供了多种仿真方法，如固定步长仿真和变步长仿真。
固定步长仿真通过以固定的时间步长进行仿真，可以在仿真过程中保持较高的精度。
变步长仿真则根据系统响应的动态特性自适应地调整仿真步长，以确保在不同仿真阶段获取较高的精度和仿真效率。
总之，MATLAB提供了强大的工具来进行线性系统的时域分析与仿真。
通过建立线性系统模型、使用时域分析函数和Simulink仿真工具，用户可以方便地研究和分析系统的时域特性，并得到系统的时域响应曲线，进而了解系统的稳定性、动态特性和性能等信息。
基于MatLab的控制系统运动响应分析
[y, x] = dstep ( a, b, c, d)
得到MIMO系统的单位阶跃响应数据值
a、b、c、d分别对应于系统矩阵的系统矩阵、输入矩阵、输出矩阵、前馈矩阵。 响应点数N可默认，默认时由系统自动确定。 y为输出向量；x为状态向量，可省略。
[例3.2] 已知线性定常离散系统的状态空间模型为
5 4 采样周期Ts=0.1 s，试绘制其零输入响应曲线。 3
Response to Initial Conditions
1 x(0) 0
在MATLAB命令窗口中输入
Amplitude
2
>> a=[0.9429 -0.07593; 0.07593 0.997]; 1 >> b=[0; 0]; c=[1.969 6.449]; d=0; 0 >> dinitial( a, b, c, d, [1 ; 0] )
Response to Initial Conditions 7 6 5
运行结果如图所示
Amplitude
4 3 2 1 0 -1 -2
0
0.2
0.4
0.6 Time (sec)
0.8
1
1.2
1.2 dinitial( )函数
dinitial ( a, b, c, d, x0, N) 绘制系统（a, b, c, d）在初始条件x0作用下的响应曲线 [y, x, N] = dinitial ( a, b, c, d, x0)
>> wn=6; >> kosi=[0.1 0.2 0.707 1 2]; >> hold on; %保持曲线不被刷新 >> for kos=kosi num=wn.^2; %数组运算采用点乘 den=[1, 2*kos*wn, wn.^2]; step( num, den ) end
实验一基于MATLAB的计算机控制系统时间响应分析
课程研究项目实施方案本课程研究项目主要完成《智能车系统的设计与制作》。
一、研究目的1、掌握智能自动车的结构、控制电子元器件组成及其工作原理；2、掌握传感检测系统的设计方法，掌握常用传感器的原理和使用方法；3、掌握基本电路的原理图和电路连线图；4、掌握编程软件的使用、仿真调试以及单片机程序的烧写；5、掌握常用电机的选型、驱动及控制方法；6、掌握单片机的选型及系统搭接方法；7、掌握机电一体化系统的设计、制作和调试方法。
二、主要内容1、智能车本体组装；2、电路板焊接、测试；3、编程仿真软件学习和程序烧写软件学习；4、练习数码管显示编程；5、练习驱动模块驱动电机正反转；6、练习脉宽速度调制；7、练习红外避障模块；8、练习红外循迹模块；9、练习测速模块；10、多功能综合练习和扩展练习。
三、项目小组分工安排1、每4个同学一组，相互协作完成所规定的研究内容，内容可以包括上述内容但并不限于这些内容。
2、每个小组要在项目报告中标明每个人在总体工作中的贡献和工作比例或者每个人负责的内容。
3、研究内容的多少会影响到每组的最终成绩，鼓励学生自己选取感兴趣的研究内容进行创新设计和深入研究。
四、项目进程安排时间安排：自第二周开始：《机电一体化系统》每周周五的课程安排为课程项目实训；《单片机》双周周五的课程安排为课程项目实训。
实训地点：机械馆4楼创新实验室。
五、设计说明(一)方案论述1、电动机的选择方案一：采用步进电机，步进电机的一个显著特点就是具有快速启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转。
另一个显著特点是转换精度高，正转反转控制灵活。
方案二：采用普通直流电机。
直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；能满足各种不同的特殊运行要求。
2、电动机驱动方案的选择方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速目的。
(完整版)利用MATLAB进行时域分析
自动控制原理与系统课程实验报告实验题目：利用MATLAB进行时域分析班级：机电1131班姓名：刘润学号：38号一、实验目的及内容时域分析法是一种直接在时间域中对系统进行分析的方法，具有直观、准确的优点，并且可以提供系统时间响应的全部信息。
在此实验中，主要介绍时域法进行系统分析，包括一阶系统、二阶系统以及高阶系统,以及系统的性能指标。
通过实验，能够快速掌握、并利用MATLAB及控制系统箱对各种复杂控制系统进行时域分析。
二、实验设备三、实验原理典型的二阶系统在不同的阻尼比的情况下，它们的阶跃响应输出特性的差异是很大的。
若阻尼比过小，则系统的振荡加剧，超调量大幅度增加；若阻尼比过大，则系统的响应过慢，又大大增加了调整时间，下面通过此实验课题分析输出响应变化规律：已知二阶振荡环节的传递函数为：G（s）=ωn*ωn/（s*s+2*ζ*ωn*s+ωn*ωn），其中ωn=0.4，ζ从0变化到2，求此系统的单位阶跃响应曲线，并分析当ζ发生变化时，二阶系统的响应有什么样的变化规律。
四、实验步骤编出程序如下图：五、实验结果画出图表如下图：六、结果分析（1）当ξ=0（无阻尼）（零阻尼）时：无阻尼时的阶跃响应为等幅振荡曲线。
如图ξ=0曲线。
（2）当0<ξ<1（欠阻尼）时：对应不同的ξ，可画出一系列阻尼振荡曲线，且ξ越小，振荡的最大振幅愈大。
如图ξ=0.4曲线。
(3)当ξ=1（临界阻尼）时：临界阻尼时的阶跃响应为单调上升曲线。
如图ξ=1曲线。
（4）当ξ>1（过阻尼）时：过阻尼时的阶跃响应也为单调上升曲线。
不过其上升的斜率较临界阻尼更慢。
如图ξ=1.6曲线七、教师评语。
哈工大机电系统控制基础大作业Matlab时域分析
《机电系统控制基础》大作业一基于MATLAB的机电控制系统响应分析哈尔滨工业大学2013年12月12日1作业题目1. 用MATLAB 绘制系统2()25()()425C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。
2. 用MATLAB 求系统2()25()()425C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应性能指标：上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。
3. 数控直线运动工作平台位置控制示意图如下：X i伺服电机原理图如下：LR(1)假定电动机转子轴上的转动惯量为J 1，减速器输出轴上的转动惯量为J 2，减速器减速比为i ，滚珠丝杠的螺距为P ，试计算折算到电机主轴上的总的转动惯量J ；(2)假定工作台质量m ，给定环节的传递函数为K a ，放大环节的传递函数为K b ，包括检测装置在内的反馈环节传递函数为K c ，电动机的反电势常数为K d ，电动机的电磁力矩常数为K m ，试建立该数控直线工作平台的数学模型，画出其控制系统框图；(3)忽略电感L 时，令参数K a =K c =K d =R=J=1，K m =10，P/i =4π，利用MATLAB 分析kb 的取值对于系统的性能的影响。
源代码：t=[0:0.01:5];u=t;C=[25],R=[1,4,25];G=tf(C,R);[y1,T]=step(G,t);y2=lsim(G,u,t);subplot(121),plot(T,y1);xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on;subplot(122),plot(t,y2);grid on;xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)');仿真结果及分析：源代码：t=[0:0.001:1];yss=1;dta=0.02;C=[25],R=[1,4,25];G=tf(C,R);y=step(G,t);r=1;while y(r)<yss;r=r+1;endtr=(r-1)*0.001;[ymax,tp]=max(y);tp1=(tp-1)*0.001;mp=(ymax-yss)/yss;s=1001;while y(s)>1-dta && y(s)<1+dta;s=s-1;endts=(s-1)*0.001;[tr tp1 mp ts]仿真结果及分析：C = 25ans = 0.4330 0.6860 0.2538 1.0000由输出结果知：上升时间为0.4330秒，峰值时间为0.6860秒，最大超调量为0.2538，调整时间1.0000秒。
基于MATLAB的系统分析
图3-66 二阶系统的单位阶跃响应曲线
基于MATLAB的系统分析
1.2 基于MATLAB的根轨迹分析
使用 rlocus 命令可以得到连续单输入单输出系统的根轨迹图，此命令有两种基本形式： rlocus(num,den) 或 rlocus(num,den,k) 用 MATLAB 绘制根轨迹图时，具有 x，y 坐标轴自动定标功能。如果希望自行设置显示 图形的坐标范围，可以用 axis 命令定义绘制图形的轴线区域。例如， axis([-2.5,1 -3,3]); 表示 x 轴的显示范围是 2.5～1，y 轴的显示范围是 3～3 。
其中，z 为系统的零点；p 为系统的极点；k 为增益；num 为分子多项式降幂排列的系数向
量；den 为分母多项式降幂排列的系数向量。
基于MATLAB的系统分析
1.1 基于MATLAB的时域分析
2. 用MATLAB求取连续系统的输出响应
MATLAB提供了多种求取连续系统输出响应的函数，它们在MATLAB中的调用格 式分别为
1.1 基于MATLAB的时域分析
2. 用MATLAB求取连续系统的输出响应
【例 3-13】
已知典型二阶系统的传递函数为
G(s)
s2
n2 2n s
n2
其中 n 6 ，试绘制系统在 0.1，0.3，0.5，0.7，1.0 时的单位阶跃响应曲线。
【解】 输入以下MATLAB程序，运行结果如图3-66所示 wn=6; num=[wn^2] t=[0:0.1:10]; zeta1=0.1;den1=[1,2*zeta1*wn,wn^2]; zeta2=0.3;den2=[1,2*zeta2*wn,wn^2];
图3-68 连续系统的伯德图
基于MATLAB的系统分析
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2019/9/21
燕山大学机械工程学院机电实验室
2.2 线型、点型和颜色
plot(x,y,’r:’) 后面是颜色和线型
标识符 y m c r g b
w k
颜色 黄
品红 青 红 绿 蓝
白 黑
标识符 . o x + *
: -. --
线型 点 圆圈 X号 +号 实线 星号
2019/9/21
燕山大学机械工程学院机电实验室
1.6 MATLAB 的窗口—当前路径窗口
当前路径窗口显示当前 路径下的所有文件和文 件夹及其相关信息，并 且可以通过当前路径工 具栏或右键菜单对这些 文件进行操作 。
当前路径窗口
2019/9/21
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2.基本绘图方法
2019/9/21
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1.0 MATLAB的主界面
主菜单栏
工具栏
当前路 径窗口
文件详 细信息
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快速启动 窗口按钮Βιβλιοθήκη 当前目录 路径命令窗口
工作区 窗口
历史命 令窗口
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1.0 MATLAB 的工具栏
新建剪切打复开制粘贴撤 销
Guide：快速启动 Guide，Guide
恢复
改进化M G文UI件编程。
2019/9/21
SHiemlupl：in打k：开打开 Simulink，Simulink 是 M一AT个LA用B 来帮对助动；态系统进行建模、仿真和分 析的软件包，它支持连续、离散及两者混 合的线性和非线性系统，也支持具有多种
采样频率的系统。
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虚号 点划线 虚线
标识符 S D ^ V > <
P H none
线型 正方形标记 菱形标记 朝上三角形 朝下三角形 朝右三角形 朝左三角形
五角星 六角星 无符号标记
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2.3 屏幕控制与其他2维绘图
1. figure
%打开图形窗口
2. figure(n) %打开指定图形窗口
2.1 直角坐标中的两维曲线 2.2 线型、点型和颜色) 2.3 屏幕控制与其他2维绘图 2.4 例题
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2.1 直角坐标中的两维曲线
图形的标注和图例 1、title(‘text’) %给图形加上标题 2、xlabel(‘text’) %给X轴加上说明 3、ylabel(‘text’) %给Y轴加上说明 4、zlabel(‘text’) %给Z轴加上说明 5、text(x,y,’string’) %在图形指定位置加上说明 6、gtext(‘string’) %利用鼠标在图形加上说明 7、legend(‘string1’,’string2’,..) %给图形加图
1.2 MATLAB 的窗口—图形窗口
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1.3 MATLAB的窗口--文本编辑窗口
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运行：dubug 菜单下 点击run
编辑行列指示
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1.4 MATLAB 的窗口——工作区窗口
工作区窗口与当前路径窗口共享一块空间，可以通过标签显示 或隐藏。工作区窗口中显示当前工作区中的所有变量及其大小 和类型等。通过工作区可以工对作这区些窗变口 量进行管理。其中包含了 工作区工具栏和显示窗口。通过工具栏可以新建或删除变量、 导入导出数据、绘制变量的图形等。另外右键单击变量名可以 对该变量进行操作。
3. close
%关闭当前图形窗口
4. close all %关闭所有图形窗口
5. close(n) %关闭指定图形窗口
6. subplot(m,n,p) %图形分为m x n个子图，并指定第p
个。排号从左到右，从上到下。
7. grid on %增加网格
8. grid off %取消网格
2019/9/21
Prof全il称er为：快Gr速ap启hi动cal User
间工Pr消具o形ef耗能ni用vl情够Iie户nrr况分to接en工，析rm口fe具用出an，ct，于C程e，使uP帮r序d用r设用reo助e运v于f置该nei分t行l辅l当工oe析D时p助r前具im、re设目可enct计录以to图简ry：
2019/9/21
燕山大学机械工程学院机电实验室
1.5 MATLAB 的窗口—历史命令窗口
默认情况下历史命令窗口位于左下角，显示用户曾经输入 过的命令，并显示输入的时间，方便用户查询。
对于历史命令窗口中的命令，用户可以点击右键进行相应 的操作。
用户可以双击再次执行命令窗口中的命令。
命令历史窗口
1.MATLAB的工作环境
1.0 MATLAB 的主界面和工具栏 1.0 MATLAB 的主界面和工具栏 1.1 命令窗(Command Window)
单行命令执行方式 执行结果直接显示 1.2 图形窗(Figure Window) 用图形方式表示计算结果 1.3 文本编辑窗(File Editor) 多行命令组成语言组，可以文件方式存盘 1.4 工作区窗(File Editor) 多行命令组成语言组，可以文件方式存盘 1.5 历史命令窗(File Editor) 多行命令组成语言组，可以文件方式存盘 1.6 当前路径窗(File Editor) 多行命令组成语言组，可以文件方式存盘
1.1 MATLAB 的窗口—命令窗口
MATLAB 命令窗口。打 开 MATLAB 时，命令窗 口自动显示于 MATLAB 界面中。可单行输入指
令
运算提示符，表示 MATLAB 处 于准备状态，用户可以输入命 令，按下回车键执行，并在命
令窗口中显示运行结果
2019/9/21
燕山大学机械工程学院机电实验室
燕山大学机械工程学院机电实验室
2.4例题：1、画离散单位阶跃响应曲线
num=[2 -3.4 1.5]; den=[1 -1.6 0.8]; [y,x]=dstep(num,den) subplot(2,2,1) plot(y,'.r') grid xlabel('Time/s'); ylabel('Amplitude'); title('Discrete step response')