六个一工程管理与实施文档-吉林大学仪器科学与电气工程学院 - 图文 (6)

令Ms=10kg,Mb=100kg,L=1m,g=9.82m/s2,a=5,b=10。基于单位阶跃扰动的设计指标为：(1)调整时间小于10s(2%准则)。(2)百分比超调小于40%。(3)扰动出现时的稳态跟踪误差小于0.1°。

写出一组交互式MatLab脚本以帮助完成控制系统的设计。

第一个脚本至少要完成：(1)计算从扰动到输出的闭环传递函数，其中K是可调参数。(2)画出闭环系统的Bode图。(3)自动计算并输出频率响应的最大值

Mp?2???1?2??rn和其对应的谐振频率r。利用??0.707和

Mp??G??r??2?1???2??1??0.707，估计?和?n。

第二个脚本至少要完成：将?和?n用做输入变量时，估计系统的超调量和调整时间。如果性能不满足设计指标，那么要调整K值，并且前面的两个脚本重新设计。在完成前两步工作之后，最后是用仿真来测试设计。

第三个脚本的功能是：(1)以K作为可调参数，画出对单位阶跃扰动的响应

??t?。(2)对曲线作标注。

利用这些交互式脚本，采用频率响应的Bode图方法设计控制器，使得系统满足给定的设计指标。在开始设计过程之前，先用解析方法求出使系统稳定误差满足要求的K的最小值，并将它作为K的设计循环的初始值。 三．主要设备

1．计算机1台； 2．MatLab软件；

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四 信号与系统

4.1 软信号发生器设计实验

一．实验目的 1．认识并熟悉Matlab运行环境； 2．学习掌握设计各种信号的编程方法。 二．实验内容

1．采用Matlab，设计信号发生器软面板；

2．产生可变占空比的方波信号、正弦信号、指数信号、以及任意。三．主要设备 1．PC计算机

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4.2 典型周期信号的数字谱分析实验

一．实验目的 1. 认识并熟悉Matlab运行环境；

2. 利用FFT分析连续周期信号的频谱，如周期方波，正弦信号等。理解CFS与DFT（FFT）的关系。 二．实验内容

1．利用FFT，分析并画出 频谱，改变采样间隔与截断长度，分析混叠与泄漏对单一频率成分信号频谱的影响；

2．利用FFT，分析并对比方波以及半波对称正负方波的频谱，改变采样间隔与截断长度，分析混叠与泄漏对信号频谱的影响。 三．主要设备 1．PC计算机；

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4.3 基于MATLAB GUI的频谱分析仪的设计与实现

一．实验目的

GUI编程提高了终端用户使用MATLAB程序的易用性，通过可视化的设计分析实验，使学生在掌握基本的GUI设计方法的前提下，通过对前台界面上控件的简单操作，利用快速傅里叶变换形象的分析连续周期信号的频谱，并理解混叠和泄漏对单一频率成分信号谱的影响。通过本实验，学生可以深入的理解信号处理中关于频谱分析的相关知识，并在基本技能上得到系统的训练。 二．基本原理

对典型周期信号的数字谱分析必须满足采样定理，即采样频率必须大于等于信号最高频率的二倍。当不满足采样定理时会造成频谱混叠，若要信号不失真，应加无限宽的窗，因此，频谱泄漏是是必然的。为减小频谱泄漏，可以增加T或加不同的窗。 三．方法步骤 1. GUI界面的设计

① 在MATLAB\\GUI中选择新建GUI图形文件，从面板左侧栏中添加所需的交互控件，包括按钮、坐标轴等，并布置控件在面板中的位置以及调整控件大小。 ② 设置控件属性，重点设置Tag属性。

③ M文件的编写，打开M文件编辑器，可以看到各个对象的回调函数，通过选中相应项就可以编辑相应程序。 2.程序运行

对整个GUI图形界面和代码创建完成后，运行程序显示编辑好的GUI界面，界面可显示连续周期信号以及信号频谱。

3.操作GUI界面，完成对连续周期信号的频谱分析

设计完成的频谱分析仪能够正确分析不同信号的频谱，并能够通过改变采样间隔和阶段长度分析混叠与泄漏对单一频率成分信号频谱的影响。 四．实验结果形式

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GUI频谱分析仪界面及信号频谱分析结果。 五．预期实验结果

在遵循GUI设计原则的前提下，完成频谱分析仪界面设计，功能完善。通过设计好的频谱分析仪正确分析信号频谱，理解混叠和泄漏对单一频率成分信号谱的影响。 六．主要设备

计算机

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