%図14.11, 図14.12, 図14.13
%
clear all; close all;

%図14.11のプロット

%制御対象のパラメータを与える
K = 1; %K=1
omegan = 0.1; %ω=0.1
zeta = 0.2; %ζ=0.2

%制御対象の分子・分母多項式を与える
num = [ K * omegan^2 ]; %制御対象の分子多項式
den = [ 1 2*zeta*omegan omegan^2 ]; %制御対象の分母多項式

%コントローラC_0の分子・分母多項式を与える
numc0 = [ 1 ]; %C_0の分子多項式
denc0 = [ 1 ]; %C_0の分母多項式

%コントローラC_1=K_pの分子・分母多項式を与える
numc1 = [ 100 ]; %C_1の分子多項式
denc1 = [ 1 ]; %C_1の分母多項式

%位相遅れコントローラの分子・分母多項式を与える
omega1 = 0.1; %位相遅れコントローラのパラメータ
numPLG = [ 1 omega1 ]; %位相遅れコントローラの分子多項式
denPLG = [ 1 0 ]; %位相遅れコントローラの分母多項式

%位相進みコントローラのパラメータと分子・分母多項式を与える
omega3 = 8; %位相進みコントローラのパラメータ
omega4 = 0.5; %位相進みコントローラのパラメータ
numPLE = [ omega3 omega3 * omega4 ]; %位相進みコントローラの分子多項式
denPLE = [ omega4 omega4 * omega3 ]; %位相進みコントローラの分母多項式

%制御対象とコントローラの伝達関数表現を与える
sys = tf( num, den ); %制御対象の伝達関数表現
c0 = tf( numc0, denc0 ); %C_0の伝達関数表現
c1 = tf( numc1, denc1 ); %C_1の伝達関数表現
cPLG = tf( numPLG, denPLG ); %位相遅れコントローラの伝達関数表現
cPLE = tf( numPLE, denPLE ); %位相進みコントローラの伝達関数表現

%開ループ伝達関数を求める
sysL0 = c0*sys; %L_0(s) = P(s)の場合の開ループ伝達関数
sysL1 = c1*sys; %L_1(s) = P(s)C_1(s)の場合の開ループ伝達関数
sysL2 = c1*cPLG*sys; %L_2(s) = P(s)C_2(s)の場合の開ループ伝達関数
sysL3 = c1*cPLG*cPLE*sys; %L_3(s) = P(s)C_3(s)の場合の開ループ伝達関数

%角周波数の範囲を指定
w = logspace(-2, 2, 1000); %対数的に等間隔なベクトルの生成(10^{-2}から10^{2}で1000点)

%図14.11のプロット

figure(1) %図のウィンドウを開く

%図14.11のプロット
[ gainL0 phaseL0 wL0 ] = bode( sysL0, w ); %ゲインと位相
gainL0 = gainL0(:); %L_0(s) = P(s)の場合のゲインの配列を1次元ベクトルに変換
gainL0dB = 20*log10(gainL0); %L_0(s) = P(s)の場合のゲインをデシベル値に変換
phaseL0 = phaseL0(:); %L_0(s) = P(s)の場合の位相の配列を1次元ベクトルに変換

subplot(2,1,1) %複数の図を並べるためのコマンド．2行1列の1行1列目という意味
semilogx(wL0, gainL0dB); %ゲイン線図をプロット
xlim([10^(-2),10^(2)]) %横軸（角周波数）の範囲の指定
ylim([-50 50]) %縦軸の範囲の指定
xticks([10^(-1) 10^(0) 10^(1)]) %横軸の目盛りの値の設定
yticks([-40 0 40]) %縦軸の目盛りの値の設定
grid; %罫線を表示
xlabel('Frequency (rad/s)'); %横軸のラベル表示
ylabel('Gain [dB]'); %縦軸のラベル表示
title('L_0(s) = P(s)') %タイトルの表示

subplot(2,1,2) %複数の図を並べるためのコマンド．2行1列の2行1列目という意味
semilogx(wL0, phaseL0); %位相線図をプロット
xlim([10^(-2),10^(2)]) %横軸（角周波数）の範囲の指定
ylim([-250 0]) %縦軸の範囲の指定
xticks([10^(-1) 10^(0) 10^(1)]) %横軸の目盛りの値の設定
yticks([-180 -90 0]) %縦軸の目盛りの値の設定
grid; %罫線を表示
xlabel('Frequency (rad/s)'); %横軸のラベル表示
ylabel('Phase [deg]'); %縦軸のラベル表示

%図14.12(a)のプロット

figure(2) %図のウィンドウを開く

%L_0(s) = P(s)の場合の制御対象とコントローラのフィードバック結合を求める
sysc0 = feedback( sysL0, 1 ); %L_0(s) = P(s)の場合のフィードバック結合

%時間変数の定義
t = 0:0.01:10; %0から10まで0.01刻み

%ステップ応答の計算
[ y0, t0 ] = step( sysc0, t ); %L_0(s) = P(s)の場合のステップ応答

%図14.12(a)のプロット
plot(t0,y0); %ステップ応答をプロット
xlim([0,10]) %横軸（時間軸）の範囲の指定
ylim([0.0 1.0]) %縦軸の範囲の指定
xticks([0 2 4 6 8 10]) %横軸の目盛りの値の設定
yticks([0.0 0.5 1.0]) %縦軸の目盛りの値の設定
grid; %罫線を表示
xlabel('time  t [s]'); %横軸のラベル表示
ylabel('y(t)') %縦軸のラベル表示
title('C_0(s) = 1') %タイトルの表示

%図14.13のプロット

figure(3) %図のウィンドウを開く

%図14.13(a)のプロット
[ gainL1 phaseL1 wL1 ] = bode( sysL1, w ); %ゲインと位相
gainL1 = gainL1(:); %L_1(s) = P(s)C_1(s)の場合のゲインの配列を1次元ベクトルに変換
gainL1dB = 20*log10(gainL1); %L_1(s) = P(s)C_1(s)の場合のゲインをデシベル値に変換
phaseL1 = phaseL1(:); %L_1(s) = P(s)C_1(s)の場合の位相の配列を1次元ベクトルに変換

subplot(2,3,1) %複数の図を並べるためのコマンド．2行3列の1行1列目という意味
semilogx(wL1, gainL1dB); %ゲイン線図をプロット
xlim([10^(-2),10^(2)]) %横軸（角周波数）の範囲の指定
ylim([-50 60]) %縦軸の範囲の指定
xticks([10^(-1) 10^(0) 10^(1)]) %横軸の目盛りの値の設定
yticks([-40 0 40]) %縦軸の目盛りの値の設定
grid; %罫線を表示
xlabel('Frequency (rad/s)'); %横軸のラベル表示
ylabel('Gain [dB]'); %縦軸のラベル表示
title('L_1(s) = P(s)C_1(s)') %タイトルの表示

subplot(2,3,4) %複数の図を並べるためのコマンド．2行3列の2行1列目という意味
semilogx(wL1, phaseL1); %位相線図をプロット
xlim([10^(-2),10^(2)]) %横軸（角周波数）の範囲の指定
ylim([-250 0]) %縦軸の範囲の指定
xticks([10^(-1) 10^(0) 10^(1)]) %横軸の目盛りの値の設定
yticks([-180 -90 0]) %縦軸の目盛りの値の設定
grid; %罫線を表示
xlabel('Frequency (rad/s)'); %横軸のラベル表示
ylabel('Phase [deg]'); %縦軸のラベル表示

%図14.13(b)のプロット
[ gainL2 phaseL2 wL2 ] = bode( sysL2, w ); %ゲインと位相
gainL2 = gainL2(:); %L_2(s) = P(s)C_2(s)の場合のゲインの配列を1次元ベクトルに変換
gainL2dB = 20*log10(gainL2); %L_2(s) = P(s)C_2(s)の場合のゲインをデシベル値に変換
phaseL2 = phaseL2(:); %L_2(s) = P(s)C_2(s)の場合の位相の配列を1次元ベクトルに変換

subplot(2,3,2) %複数の図を並べるためのコマンド．2行3列の1行2列目という意味
semilogx(wL2, gainL2dB); %ゲイン線図をプロット
xlim([10^(-2),10^(2)]) %横軸（角周波数）の範囲の指定
ylim([-50 60]) %縦軸（縦軸の範囲の指定）
xticks([10^(-1) 10^(0) 10^(1)]) %横軸の表示の指定
yticks([-40 0 40]) %縦軸の表示の指定
grid; %罫線を表示
xlabel('Frequency (rad/s)'); %横軸のラベル表示
%ylabel('Gain [dB]'); %縦軸のラベル表示
title('L_2(s) = P(s)C_2(s)') %タイトルの表示

subplot(2,3,5) %複数の図を並べるためのコマンド．2行3列の2行2列目という意味
semilogx(wL2, phaseL2); %位相線図をプロット
xlim([10^(-2),10^(2)]) %横軸（角周波数）の範囲の指定
ylim([-250 0]) %縦軸の範囲の指定
xticks([10^(-1) 10^(0) 10^(1)]) %横軸の目盛りの値の設定
yticks([-180 -90 0]) %縦軸の目盛りの値の設定
grid; %罫線を表示
xlabel('Frequency (rad/s)'); %横軸のラベル表示
%ylabel('Phase [deg]'); %縦軸のラベル表示

%図14.13(c)のプロット
[ gainL3 phaseL3 wL3 ] = bode( sysL3, w ); %ゲインと位相
gainL3 = gainL3(:); %L_3(s) = P(s)C_3(s)の場合のゲインの配列を1次元ベクトルに変換
gainL3dB = 20*log10(gainL3); %L_3(s) = P(s)C_3(s)の場合のゲインをデシベル値に変換
phaseL3 = phaseL3(:); %L_3(s) = P(s)C_3(s)の場合の位相の配列を1次元ベクトルに変換

subplot(2,3,3) %複数の図を並べるためのコマンド．2行3列の1行3列目という意味
semilogx(wL3, gainL3dB); %ゲイン線図をプロット
xlim([10^(-2),10^(2)]) %横軸（角周波数）の範囲の指定
ylim([-50 60]) %縦軸の範囲の指定
xticks([10^(-1) 10^(0) 10^(1)]) %横軸の目盛りの値の設定
yticks([-40 0 40]) %縦軸の目盛りの値の設定
grid; %罫線を表示
xlabel('Frequency (rad/s)'); %横軸のラベル表示
%ylabel('Gain [dB]'); %縦軸のラベル表示
title('L_3(s) = P(s)C_3(s)') %タイトルの表示

subplot(2,3,6) %複数の図を並べるためのコマンド．2行3列の2行3列目という意味
semilogx(wL3, phaseL3); %位相線図をプロット
xlim([10^(-2),10^(2)]) %横軸（角周波数）の範囲の指定
ylim([-250 0]) %縦軸の範囲の指定
xticks([10^(-1) 10^(0) 10^(1)]) %横軸の目盛りの値の設定
yticks([-180 -90 0]) %縦軸の目盛りの値の設定
grid; %罫線を表示
xlabel('Frequency (rad/s)'); %横軸のラベル表示
%ylabel('Phase [deg]'); %縦軸のラベル表示

%図14.12のプロット

figure(4) %図のウィンドウを開く

%L_3(s) = P(s)C_3(s)の場合の制御対象とコントローラのフィードバック結合を求める
sysc3 = feedback( sysL3, 1  ); %L_3(s) = P(s)C_3(s)の場合のフィードバック結合

%時間変数の定義
t = 0:0.01:10; %0から10まで0.01刻み

%ステップ応答の計算
[ y3, t3 ] = step( sysc3, t ); %L_3(s) = P(s)C_3(s)の場合のステップ応答

%図14.12(a)のプロット
subplot(1,2,1); %複数の図を並べるためのコマンド．1行2列の1行1列目という意味
plot(t0,y0); %ステップ応答をプロット
xlim([0,10]) %横軸（時間軸）の範囲の指定
ylim([0.0 1.5]) %縦軸の範囲の指定
xticks([0 2 4 6 8 10]) %横軸の目盛りの値の設定
yticks([0.0 0.5 1.0 1.5]) %縦軸の目盛りの値の設定
grid; %罫線を表示
xlabel('time  t [s]'); %横軸のラベル表示
ylabel('y(t)') %縦軸のラベル表示

%図14.12(b)のプロット
subplot(1,2,2); %複数の図を並べるためのコマンド．1行2列の1行2列目という意味
plot(t3,y3); %ステップ応答をプロット
xlim([0,10]) %横軸（時間軸）の範囲の指定
ylim([0.0 1.5]) %縦軸の範囲の指定
xticks([0 2 4 6 8 10]) %横軸の目盛りの値の設定
yticks([0.0 0.5 1.0 1.5]) %縦軸の目盛りの値の設定
grid; %罫線を表示
xlabel('time  t [s]'); %横軸のラベル表示
ylabel('y(t)') %縦軸のラベル表示
title('C_3(s) = 100*(s+1)/s*(8/0.5)*(s+0.5)/(s+8)') %タイトルの表示

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