自动控制系统仿真教案
控制系统仿真技术实验指导书
实验课程
专业班级
学生姓名
学生学号
指导教师
年月日
实验报告须知
实验的最后一个环节是实验总结与报告，即对实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。每次实验，都要独立完成实验报告。撰写实验报告应持严肃认真、实事求是的科学态度。实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据结果，不得用凑数据的方法来向理论靠拢，而要重新进行一次实验，找出引起较大误差的原因，同时用理论知识来解释这种现象。并作如下具体要求：
1. 认真完成实验报告，报告要用攀枝花学院标准实验报告册，作图要用坐标纸。
2. 报告中的电路图、表格必须用直尺画。绘制电路图要工整、选取合适比例，元件参数标
注要准确、完整。
3. 应在理解的基础上简单扼要的书写实验原理，不提倡大段抄书。
4. 计算要有计算步骤、解题过程，要代具体数据进行计算，不能只写得数。
5. 绘制的曲线图要和实验数据吻合，坐标系要标明单位，各种特性曲线等要经过实验教师
检查，曲线图必须经剪裁大小合适，粘附在实验报告相应位置上。
6. 应结合具体的实验现象和问题进行讨论，不提倡纯理论的讨论，更不要从其它参考资料
中大量抄录。
7. 思考题要有自己理解实验原理后较为详尽的语言表述，可以发挥，有的要画图说明，
不能过于简单，不能照抄。
8. 实验报告的分数与报告的篇幅无关。
9. 实验报告页眉上项目如实验时间、实验台号、指导教师、同组学生等不要漏填。
目录
目录
实验一：MATLAB语言的基本命令实验二：控制系统模型与转换
实验三：Simulink 仿真应用
实验四：控制系统工具箱的使用实验五：磁盘驱动系统综合分析实验六：单级倒立摆控制仿真设计
实验一MATLAB语言的基本命令
一、实验目的
1、掌握MATLAB的基本操作；掌握MATLAB矩阵运算基础；掌握MATLAB数值运算基础
2、掌握二维基本绘图；了解特殊图形基本；了解三维基本绘图；掌握图形的控制、表现与修饰
二、实验仪器和设备
计算机、Matlab7.0软件
三、实验内容
1. 用reshape指令生产下列矩阵，并取出方框内的数组元素。
2. 用两种方法取阴影部分元素，并构成一个数组[2,8,14,20,4,6]。
3.利用diag()，ones()生产如下矩阵，
4. 已知一维数组A=[2 4 5 8 10]、B=[4 9 6 7 4]，用for 循环语句实现
1
1
n
i n i i A B
-+=∑。求和函数可用sum()。
5. 二维曲线绘图基本指令演示。本例运作后，再试验plot(t), plot(Y), plot(Y ,t) ，以观察产生图形的不同，并解释。 t=(0:pi/50:2*pi)';
k=0.4:0.1:1; Y=cos(t)*k; plot(t,Y)
6. 通过绘制二阶系统阶跃响应，综合演示图形标识。本例比较综合，涉及的指令较广。请耐心读、实际做、再看例后说明，定会有匪浅收
益，并把以下程序逐句标注解释。
clf;t=6*pi*(0:100)/100;y=1-exp(-0.3*t).*cos(0.7*t);
tt=t(find(abs(y-1)>0.05));ts=max(tt);
plot(t,y,'r-','LineWidth',3)
axis([-inf,6*pi,0.6,inf])
set(gca,'Xtick',[2*pi,4*pi,6*pi],'Ytick',[0.95,1,1.05,max(y)]) grid on
title('\it y = 1 - e^{ -\alphat}cos{\omegat}')
text(13.5,1.2,'\fontsize{12}{\alpha}=0.3')
text(13.5,1.1,'\fontsize{12}{\omega}=0.7')
hold on;plot(ts,0.95,'bo','MarkerSize',10);hold off
cell_string{1}='\fontsize{12}\uparrow';
cell_string{2}='\fontsize{16} \fontname{隶书}镇定时间'; cell_string{3}='\fontsize{6} ';
cell_string{4}=['\fontsize{14}\rmt_{s} = ' num2str(ts)];
text(ts,0.85,cell_string)
xlabel('\fontsize{14} \bft \rightarrow')
ylabel('\fontsize{14} \bfy \rightarrow')
四、问答题
1. MATLAB软件有哪些功能特点？MATLAB与C语言语法有和相同之处？
2. 在MATLAB语言中“：”和“；”的含义什么？
3. 回答命令clc、clear的功能和作用
实验原始记录
指导教师：
年月日
实验二：控制系统模型与转换
一、实验目的
1、掌握控制系统数学模型的基本描述方法和相互转化 ；
2、了解控制系统的稳定性分析方法 ；
3、掌握控制系统频域与时域分析基本方法 二、实验仪器和设备
计算机、Matlab6.5软件
三、实验内容
1、请将下面的传递函数模型输入到matlab 环境。
]52)1)[(2(24)(32233++++++=s s s s s s s G ，)
99.02.0)(1(568
.0)(2
2+--+=z z z z z H ，T=0.1s 2、请将下面的零极点模型输入到matlab 环境。请求出上述模型的零极点，并绘制其位置。
)
1)(6)(5()1)(1(8)(2
2+++-+++=s s s s j s j s s G ，)2.8()6.2)(2.3()(1511-++=----z z z z z H ，T=0.05s 3、考虑图1所示的反馈系统。
图1
1）利用函数series 与feedback 函数，计算闭环传递函数，并用printsys 函数显示结果；
2）用step 函数求取闭环系统的单位阶跃响应，并验证输出终值为2/5。
4、考虑图2所示的方框图。
5. 一个单位负反馈开环传递函数为
()(0.51)(41)k
G s s s s =
++
试绘出系统闭环的根轨迹图；并在跟轨迹图上任选一点，试计算该点的增k 益及其所有极点的位置。
6. 求下面系统在阶跃信号为0.11(t)时系统的响应。
43220
()8364020
G s s s s s =
++++
并求系统性能指标：稳态值、上升时间、调节时间、超调量。
实验原始记录
指导教师：
年月日
实验三：Simulink 仿真应用
一、实验目的
1、掌握控制系统的数学描述、建模方法；
2、掌握数学模型的转换与连接方法；
二、实验仪器和设备
计算机、Matlab6.5软件
三、实验内容
四、问答题
实验原始记录
指导教师：
年月日
实验四：控制系统工具箱的使用
一、实验目的
1、掌握控制系统的数学描述、建模方法；
2、掌握数学模型的转换与连接方法；
二、实验仪器和设备
计算机、Matlab6.5软件
三、实验内容
四、问答题
实验原始记录
指导教师：
年月日
实验五：磁盘驱动系统综合分析
一、实验目的
1、掌握控制系统的数学描述、建模方法；
2、掌握数学模型的转换与连接方法；
二、实验仪器和设备
计算机、Matlab6.5软件
三、实验内容
四、问答题
实验原始记录
指导教师：
年月日
实验六：单级倒立摆控制仿真设计
一、实验目的
1、掌握控制系统的数学描述、建模方法；
2、掌握数学模型的转换与连接方法；
二、实验仪器和设备
计算机、Matlab6.5软件
三、实验内容
四、问答题
实验原始记录
指导教师：
年月日
控制系统仿真
5.2设222(x,y,z)4y z f x x y z =+++，求函数f 在(0.5,0.5,0.5)附近的最小值。 解： >> fun=inline('x(1)+x(2)^2/(4*x(1))+x(3)^2/x(2)+2/x(3)','x'); >> x0=[0.5,0.5,0.5]; >> [x fval]=fminsearch(fun,x0) x = 0.5000 1.0000 1.0000 fval = 4.0000 → 函数f 在(0.5,0.5,0.5)附近的最小值为：4.0000 6.8求方程组1221x y z x y z x y z ++=??-+=??--=? 的解。 解： >> A=[1 1 1;1 -1 1;2 -1 -1]; >> b=[1;2;1]; >> B=[A,b]; >> rank(A),rank(B) ans = 3 ans = 3 >> X=A\b X = 0.6667 -0.5000 0.8333 → 方程组的解为：0.6667x =，=-0.5000y ，=0.8333z 6.11求函数3()sin t f t e t -=的拉普拉斯变换。 解： >> syms t; >> ft=exp(-3*t)*sin(t); >> Fs=laplace(ft) Fs = 1/((s + 3)^2 + 1) → 函数3()sin t f t e t -=的拉普拉斯变换为：21(s 3)1 ++
7.11单位负反馈系统的开环传递函数为 1000(s)(0.1s 1)(0.001s 1) G s =++ 应用Simulink 仿真系统构建其阶跃响应曲线。 解： 模型仿真图 1 单位阶跃响应曲线图 1 7.7用S 函数创建二阶系统0.20.40.2(t)y y y u =+=，0y y ==，()u t 为单位阶跃信号，使用Simulink 创建和仿真系统的模型。 解： function [sys,x0,str,ts] = sfun1(t,x,u,flag) switch flag, case 0 [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; case 3 sys=mdlOutputs(t,x,u); case {1,2,4,9} sys=[]; end function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes() sizes=simsizes;
自动控制系统仿真教案
控制系统仿真技术实验指导书 实验课程 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 年月日
实验报告须知 实验的最后一个环节是实验总结与报告，即对实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。每次实验，都要独立完成实验报告。撰写实验报告应持严肃认真、实事求是的科学态度。实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据结果，不得用凑数据的方法来向理论靠拢，而要重新进行一次实验，找出引起较大误差的原因，同时用理论知识来解释这种现象。并作如下具体要求： 1. 认真完成实验报告，报告要用攀枝花学院标准实验报告册，作图要用坐标纸。 2. 报告中的电路图、表格必须用直尺画。绘制电路图要工整、选取合适比例，元件参数标 注要准确、完整。 3. 应在理解的基础上简单扼要的书写实验原理，不提倡大段抄书。 4. 计算要有计算步骤、解题过程，要代具体数据进行计算，不能只写得数。 5. 绘制的曲线图要和实验数据吻合，坐标系要标明单位，各种特性曲线等要经过实验教师 检查，曲线图必须经剪裁大小合适，粘附在实验报告相应位置上。 6. 应结合具体的实验现象和问题进行讨论，不提倡纯理论的讨论，更不要从其它参考资料 中大量抄录。 7. 思考题要有自己理解实验原理后较为详尽的语言表述，可以发挥，有的要画图说明， 不能过于简单，不能照抄。 8. 实验报告的分数与报告的篇幅无关。 9. 实验报告页眉上项目如实验时间、实验台号、指导教师、同组学生等不要漏填。
目录 目录 实验一：MATLAB语言的基本命令实验二：控制系统模型与转换 实验三：Simulink 仿真应用 实验四：控制系统工具箱的使用实验五：磁盘驱动系统综合分析实验六：单级倒立摆控制仿真设计
自动控制原理MATLAB仿真实验报告
自动控制原理实验报告 学 院 电子信息与电气工程学院 实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些？ 2、 如何判断系统稳定性？ 3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为：) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.
对汽车控制系统建模与仿真
对汽车控制系统建模与仿真 摘要：PID 控制是生产过程中广泛使用的一种最基本的控制方法，本文分别采用用简单的比例控制法和用PID控制来控制车速，并用MATLAB对系统进行了动态仿真，具有一定的通用性和实用性。 关键词：MATLAB 仿真；比例控制；PID 控制 1 MATLAB和PID概述 MATLAB是matrix和laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 2车辆行驶过程车速的数学模型 对行驶在斜坡上的汽车的车速进行动态研究，可以分析车辆的性能，指导车辆的设计。MATLAB软件下的SIMULILNK模块是功能强大的系统建模和动态仿真的软件，为车辆行驶过程车速控制分析提供了一种有效的手段。 汽车行驶如图7.4.1所示的斜坡上，通过受力分析可知在平行于斜面的方向上有三个力作用于汽车上：发动机的力、空气阻力和重力沿斜面的分量下滑力。
自动控制原理及系统仿真课程设计
自动控制原理及系统仿 真课程设计 学号：1030620227 姓名：李斌 指导老师：胡开明 学院：机械与电子工程学院
2013年11月
目录 一、设计要求 (1) 二、设计报告的要求 (1) 三、题目及要求 (1) （一）自动控制仿真训练 (1) （二）控制方法训练 (19) （三）控制系统的设计 (23) 四、心得体会 (27) 五、参考文献 (28)
自动控制原理及系统仿真课程设计 一：设计要求： 1、 完成给定题目中，要求完成题目的仿真调试，给出仿真程序和图形。 2、 自觉按规定时间进入实验室，做到不迟到，不早退，因事要请假。严格遵守实验室各项规章制度，实验期间保持实验室安静，不得大声喧哗，不得围坐在一起谈与课程设计无关的空话，若违规，则酌情扣分。 3、 课程设计是考查动手能力的基本平台，要求独立设计操作，指导老师只检查运行结果，原则上不对中途故障进行排查。 4、 加大考查力度，每个时间段均进行考勤，计入考勤分数，按照运行的要求给出操作分数。每个人均要全程参与设计，若有1/3时间不到或没有任何运行结果，视为不合格。 二：设计报告的要求： 1.理论分析与设计 2.题目的仿真调试，包括源程序和仿真图形。 3.设计中的心得体会及建议。 三：题目及要求 一）自动控制仿真训练 1.已知两个传递函数分别为：s s x G s x G +=+= 22132)(,131)(
①在MATLAB中分别用传递函数、零极点、和状态空间法表示； MATLAB代码： num=[1] den=[3 1] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) num=[2] den=[3 1 0] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) 仿真结果： num =2 den =3 1 0 Transfer function: 2 --------- 3 s^2 + s
《自动控制系统计算机仿真》习题参考答案
《自动控制系统计算机仿真》习题参考答案 1-1 什么是仿真？ 它的主要优点是什么？它所遵循的基本原则是什么？ 答：所谓仿真，就是使用其它相似的系统来模仿真实的需要研究的系统。计算机仿真是指以数字计算机为主要工具，编写并且运行反映真实系统运行状况的程序。对计算机输出的信息进行分析和研究，从而对实际系统运行状态和演化规律进行综合评估与预测。它是非常重要的设计自动控制系统或者评价系统性能和功能的一种技术手段。 仿真的主要优点是：方便快捷、成本低廉、工作效率和计算精度都很高。它所遵循的基本原则是相似性原理。 1-2 你认为计算机仿真的发展方向是什么？ 答：向模型更加准确的方向发展，向虚拟现实技术，以及高技术智能化、一体化方向发展。向更加广阔的时空发展。 1-3 计算机数字仿真包括哪些要素？它们的关系如何？ 答：计算机仿真的三要素是：系统——研究的对象、模型——系统的抽象、计算机——仿真的工具和手段。它们的关系是相互依存。 2-1 控制算法的步长应该如何选择？ 答：控制算法步长的选择应该恰当。如果步长太小，就会增加迭代次数，增加计算量；如果步长太大，计算误差将显著增加，甚至造成计算结果失真。 2-2 通常控制系统的建模有哪几种方法？ 答：1）机理建模法；2）实验建模法；3）综合建模法。 2-3 用欧拉法求以下系统的输出响应()y t 在0≤t ≤1上，0.1h =时的数值解。 0y y +=， (0)0.8y = 解：输入以下语句 绘制的曲线图
2-4 用二阶龙格-库塔法对2-3题求数值解，并且比较两种方法的结果。解：输入以下语句绘制的曲线图 经过比较两种方法的结果，发现它们几乎没有什么差别。 3-1 编写两个m文件，分别使用for和while循环语句计算200 3 1 k k =∑。 解：第1个m文件，第2个m文件运行结果都是 3-2 求解以下线性代数方程： 1 2 3 1022 1131 3121 x x x ?????? ?????? = ?????? ?????? ?????? 解：输入语句计算结果 3-3 已知矩阵 013 =121 542 ?? ?? ?? ?? ?? A， 218 =414 332 ?? ?? ?? ?? ?? B 试分别求出A阵和B阵的秩、转置、行列式、逆矩阵以及特征值。
哈工大 计算机仿真技术实验报告 仿真实验四基于Simulink控制系统仿真与综合设计
基于Simulink 控制系统仿真与综合设计 一、实验目的 (1) 熟悉Simulink 的工作环境及其功能模块库； (2) 掌握Simulink 的系统建模和仿真方法； (3) 掌握Simulink 仿真数据的输出方法与数据处理； (4) 掌握利用Simulink 进行控制系统的时域仿真分析与综合设计方法； (5) 掌握利用 Simulink 对控制系统的时域与频域性能指标分析方法。 二、实验内容 图2.1为单位负反馈系统。分别求出当输入信号为阶跃函数信号)(1)(t t r =、斜坡函数信号t t r =)(和抛物线函数信号2/)(2t t r =时，系统输出响应)(t y 及误差信号)(t e 曲线。若要求系统动态性能指标满足如下条件：a) 动态过程响应时间s t s 5.2≤；b) 动态过程响应上升时间s t p 1≤；c) 系统最大超调量%10≤p σ。按图1.2所示系统设计PID 调节器参数。 图2.1 单位反馈控制系统框图
图2.2 综合设计控制系统框图 三、实验要求 (1) 采用Simulink系统建模与系统仿真方法，完成仿真实验； (2) 利用Simulink中的Scope模块观察仿真结果，并从中分析系统时域性能指标（系统阶跃响应过渡过程时间，系统响应上升时间，系统响应振荡次数，系统最大超调量和系统稳态误差）； (3) 利用Simulink中Signal Constraint模块对图2.2系统的PID参数进行综合设计，以确定其参数； (4) 对系统综合设计前后的主要性能指标进行对比分析，并给出PID参数的改变对闭环系统性能指标的影响。 四、实验步骤与方法 4.1时域仿真分析实验步骤与方法 在Simulink仿真环境中，打开simulink库，找出相应的单元部件模型，并拖至打开的模型窗口中，构造自己需要的仿真模型。根据图2.1 所示的单位反馈控制系统框图建立其仿真模型，并对各个单元部件模型的参数进行设定。所做出的仿真电路图如图4.1.1所示。
MATLAB控制系统与仿真
MATLAB控制系统与仿真 课 程 设 计 报 告 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级：测控技术与仪器1301班 姓名：吴凯 学号：1306070127 指导教师：杨洁昝宏洋
基于MATLAB的PID恒温控制器 本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器 (至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback 法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。 关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。 Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid controller design method, design a pid controller of temperature control system and observe the output waveform while input step signal through virtual oscilloscope after system completed. Keywords: PID parameter setting ；PID controller；MATLAB simulation。
控制系统仿真课程设计
控制系统仿真课程设计 （2014级） 题目控制系统仿真课程设计学院 专业 班级 学号 学生姓名 指导教师 完成日期
实验一 交流异步电机动态仿真 一．设计目的 1．了解交流异步电机的原理，组成及各主要单元部件的原理。 2. 设计交流异步电机动态结构系统； 3．掌握交流异步电机调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。 二．设计原理 异步电机工作在额定电压和额定频率下，仿真异步电机在空载启动和加载过程中的转速和电流变化过程。仿真电动机参数如下： 1.85, 2.658,0.2941,0.2898,0.2838s r s r m R R L H L H L H =Ω=Ω===， 2 0.1284Nm s ,2,380,50Hz p N N J n U V f =?===，此外，中间需要计算的参数如下：2 1m s r L L L σ=-， r r r L T R =，22 2 s r r m t r R L R L R L +=，10N m TL =?。αβ坐标系状态方程： 其中，状态变量： 输入变量： 电磁转矩： 2p m p s r s L r d ()d n L n i i T t JL J βααωψψβ=--r m r r s r r d 1d L i t T T ααβαψψωψ=--+r m r r s r r d 1d L i t T T ββαβψψωψ=-++22s s r r m m m s r r s s 2r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ααβαα σψωψ+=+-+22 s s r r m m m s r r s s 2 r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ββαββ σψωψ+=--+[ ] T r r s s X i i αβαβωψψ=[ ] T s s L U u u T αβ=() p m e s s s s r n L T i i L βααβ ψψ=-
基于MATLAB的自动控制系统仿真
摘要 自动控制原理理论性强，现实模型在实验室较难建立，因此利用SIMULINK进行仿真实验，可以加深我们学生对课程的理解，调动我们学习的积极性，同时大大提高了我们深入思考问题的能力和创新能力。本文针对自动控制系统的设计很大程度上还依赖于实际系统的反复实验、调整的普遍现象，结合具体的设计实例，介绍了利用较先进的MATLAB软件中的SIMULINK仿真工具来实现对自动控制系统建模、分析与设计、仿真的方法。它能够直观、快速地分析系统的动态性能、和稳态性能。并且能够灵活的改变系统的结构和参数，通过快速、直观的仿真达到系统的优化设计。关键词：MATLAB；自动控制；系统仿真
Abstract Strong theory of automatic control theory, the reality is more difficult to establish in the laboratory model, thus using the SIMULINK simulation experiment, students can deepen our understanding of the course, to mobilize the enthusiasm of our study, while greatly increasing our ability to think deeply and Innovationcapacity.In this paper, the design of automatic control system is still largely dependent on the actual system of repeated experiments, adjustment of the universal phenomenon, with specific design example, introduced the use of more advanced software in the MATLAB SIMULINK simulation tools to achieve the automatic control systemModeling, Analysis and design, simulation methods.It can intuitively and quickly analyze the dynamic performance, and steady-state performance. Keywords:MATLAB; Automatic control; System simulation
MATLAB控制系统各种仿真例题(包括simulink解法)
一、 控制系统的模型与转换 1． 请将下面的传递函数模型输入到matlab 环境。 ]52)1)[(2(24)(322 33++++++=s s s s s s s G ) 99.02.0)(1(568 .0)(22+--+=z z z z z H ，T=0.1s >> s=tf('s'); G=(s^3+4*s+2)/(s^3*(s^2+2)*((s^2+1)^3+2*s+5)); G Transfer function: s^3 + 4 s + 2 ------------------------------------------------------ s^11 + 5 s^9 + 9 s^7 + 2 s^6 + 12 s^5 + 4 s^4 + 12 s^3 >> num=[1 0 0.56]; den=conv([1 -1],[1 -0.2 0.99]); H=tf(num,den,'Ts',0.1) Transfer function: z^2 + 0.56 ----------------------------- z^3 - 1.2 z^2 + 1.19 z - 0.99 2． 请将下面的零极点模型输入到matlab 环境。请求出上述模型的零极点，并绘制其位置。 )1)(6)(5()1)(1(8)(22 +++-+++=s s s s j s j s s G ) 2.8() 6.2)(2.3()(1 511-++=----z z z z z H ，T=0.05s >>z=[-1-j -1+j]; p=[0 0 -5 -6 -j j]; G=zpk(z,p,8) Zero/pole/gain: 8 (s^2 + 2s + 2) -------------------------- s^2 (s+5) (s+6) (s^2 + 1) >>pzmap(G)
自动控制原理4控制系统数字仿真
自控原理实验四：控制系统数字仿真 一、实验目的 通过本实验掌握利用四阶龙格-库塔法进行控制系统数字仿真的方法，并分析系统参数改变对系统性能的影响。 二、实验方法 1、四阶龙格一一库塔法 卄一阶微分方程如2 则在切L(如A巾｝处，F仇+J的 近似值为: 加1 =儿-：馆-2雇+比-駐)〔m 0 式中：/r = f HU K=fi^y n) 孤三/(匚十可k儿十—^1) ■■ 俎二/久卄片乩儿亠:展丿 ■* h=f(f. +九儿十碣｝ 如果微分方程是如下丿枚式的向馆微分方程, Jgf) = d⑴ 少⑴) U(O)=兀 M中＜X(t)为E维向量，u⑴均为标m .则在匸处(gfgj 的近似(f［为： 兀+】二兀+ ￡ ［￡ +皿4 2心+瓦］ ( 7-4) O (7-1) (7-3)
式中：“也 K严F（r”Kr』） K严弘+杯兀+*,心）） AB 亠 K3=F（r”+￡?X”+￡KyM（Fj） 瓦=尸亿+力丄”+也3??心）） n = 01 ......... 2.控制系统数字仿真 设系统的闭环传递函数为^ 如=凹=**宀…％Z M（$）S n+“s"T 十…+ 心_] +a” 引入中间变量7(s)则上式叮化为：如二凹M(S) v(s) 令：型= ___________ ! ________ H(5) s"十as"T+?..a”]S + a” 誥=5严+巾严+…c”4q 由以上两式吋得如下两个微分方程 v w(r) + av^(『) + ??? + d”_p(r) + a n v(t) = w(r) W) = epi (r) + C2V(W_2) (/) + ?■? + c』(r) + e…v(r) 令:v(B_1)(0) = v(n_2)(0) = - = v(0) = v(0) = 0 H (0 =啲，心(0 = "(『)? ?，耳(0 = E (0 则(7-8)式可化为如下一阶微分方程组： AW = ^2(r) 右”) = x3(r) 亢-1 ⑴=X” (0 九(0 = 一讣(r) -务丙⑴------ 叭(r) + u(t) (7~9)式口J丐成： J(0 = c”“(r) +存辺⑴+…中左) (7-5) v(s) M(S) (7-6) (7-7) (7-8) (7-9) (7-10) (7-11)
控制系统仿真
控制系统仿真 实验报告 指导教师:幸晋渝老师 学生:邢伟 学号：201120307217 2014年06月15日
目录 1MATLAB概述 (3) 1.1MATLAB的基础知识 (3) 1.2MATLAB的工作环境 (4) 1.3MATLAB的M文件 (5) 1.4MATLAB的帮助命令 (6) 2MATLAB的功能介绍 (7) 2.1MATLAB的基本运算 (7) 2.2MATLAB绘图 (9) 2.3作业、例题 (12) 3SIMULINK的功能介绍 (13) 3.1仿真工具SIMULINK的简介 (13) 3.2SIMULINK的界面 (14) 3.3利用SIMULINK进行数字仿真 (16) 3.4作业、例题 (18) 4心得体会..........................................。。。。. (22)
1MATLAB的基础知识 1.1.MATLAB简介 MATLAB（MATrix LABoratory，即矩阵实验室）是美国的Cleve Moler教授利用自己研制的基于特征值计算和线性代数软件包开发的一种高级语言。 1990年推出的MATLAB3.5i是第一个可以运行于Microsoft Windows下的版本，它可以在两个窗口上分别显示命令行计算结果和图形结果。稍后推出的SimuLAB环境首次引入基于框图的仿真功能，该环境就是我们现在所知的Simulink，其模型输入的方式使得一个复杂的控制系统的数字仿真问题变得十分直观而且相当容易。经过多年来版本的不断更新，新版本的MATLAB功能已经十分强大，其应用领域日益广泛，速度更快，数值性能更好；用户图形界面设计更趋合理；与C语言接口及转换的兼容性更强；新的虚拟现实工具箱更给仿真结果三维视景下显示带来了新的解决方案 MATLAB具有以下主要特点： （1）超强的数值运算功能。 （2）语法限制不严格，程序设计自由度大。 （3）程序的可移植性很好。 （4）强大的数据可视化功能。 （5）丰富的工具箱。 1.2MATLAB工作环境
Saber与控制系统仿真
SABER与控制系统仿真 1. 应用背景 1．1 为什么要使用控制系统仿真 对于SABER强大的电路仿真功能我们已经有所了解，在模块电路中，我们的反馈控制方法通常比较简单，一般就是一些电阻和电容的组合，但是对更为复杂的控制模式，控制参数的定义难以用模拟电路组合实现，指标间的对应关系也不直观，应用控制系统仿真，便于直观理解以便优化指标，便于转化到数字实现（DSP），而且可以实现一些复杂的控制方式（例如三相系统中常用的静止和旋转的坐标变换） 1．2 SABER在控制系统仿真的优势和制约 优势： SABER作为混合仿真系统，可以兼容模拟，数字，控制量的混合仿真，便于在不同层面上分析和解决问题，其他仿真软件不具备 这样的功能。 制约：不支持离散系统的频域分析，以及状态方程的分析方法。 1．3 控制系统仿真应用范围 主要应用在变频器，UPS，以及未来的数字化电源系统的控制算法设计 部分。 2. 基本方法 2．1控制流原则 在控制系统仿真中用到的模型有两个特点： 1、它们都是无量纲的数值，不论电流，电压，速度，角度， 在进行控制系统仿真之前都必须转化为无量纲的数字，因 为对于控制处理机构而言，它只关心分析对象的数学行 为，这是为了进行统一的分析。 2、信号流向是单相的，必须从一个模型的输出（out）口流入 到另外一个模型的输入端口，不能颠倒。而模拟电路器件 的端口是不区分类别的，信号可以从断口流出也可以流 入，只有正负号不同。为了解释这个问题，我们看一个例 子如下。
上图中左边和右边分别是一个RC并联电路在电路仿真和控制系统仿真中的描述，在控制系统中用一个积分环节表示电容，对于电路中的电容模型，我们可以以电压或者电流任何一个作为输入量求解另外一个，而在控制系统一旦确定模型方式，输入量就唯一确定，在该例子中选用积分环节，则输入只能是电流才能够描述电容行为，输入如果是电压量，则描述的就是一个电感了。这也说明控制系统的模型具有普遍的应用性。 2．2 基本模型类别 首先我们以一个例子来看看控制系统中常用的有哪些模型： 这是一个双环控制的半桥PFC的控制模型仿真图，图中用虚线框住的部分为主电路等效，下面部分为控制电路等效。其中包含模型如下：2．2．1 信号源模型：如图所示 控制系统仿真中的信号源类型（例如正弦，三角） 以及赋值方法与电路仿真中一样，不同的是两点： 它只有一个输出端口，必须接到其他模型的输入 端口， 它无量纲，可以描述各种同样数学行为的物理量， 比如正弦信号可以是电压也可以是电流。
控制系统仿真
控制系统仿真实验报告 姓名：大葱哥 学号： 班级：测控1202 2015.10.28
实验一经典的连续系统仿真建模方法 一实验目的 1．了解和掌握利用仿真技术对控制系统进行分析的原理和步骤。 2．掌握机理分析建模方法。 3．深入理解一阶常微分方程组数值积分解法的原理和程序结构，学习用Matlab 编写数值积分法仿真程序。 4．掌握和理解四阶Runge-Kutta 法，加深理解仿真步长与算法稳定性的关系。 二实验内容 1.编写四阶Runge_Kutta 公式的计算程序，对非线性模型（3）式进行仿真。 仿真程序: 主程序： clc clear all u=zeros(2,1); u(1)=0.5%稳态 %u(1)=0.55;%阀位增大%10 %u(1)=0.45;%阀位减小%10 u(2)=0.15; h=zeros(1,2); h(1,1)=1.5; h(1,2)=1.4; hStep = 10; Hlevel = h; nCounter = 25; for t=0:hStep:(nCounter-1)*hStep h = Z06_SystemSimulation_Lab01_Nonlinear_RK4(hStep,t,h,u); Hlevel=[Hlevel;h]; end figure(1) plot([0:hStep:nCounter*hStep]',Hlevel) grid 四阶龙格库塔算法： function RK4_Result = Z06_SystemSimulation_Lab01_Nonlinear_RK4(h,t0,x0,u0) K1=Z06_SystemSimulation_Lab01_Linear_dxCompute(t0,x0,u0); K2=Z06_SystemSimulation_Lab01_Linear_dxCompute(t0+h/2,x0+h*K1/2,u0); K3=Z06_SystemSimulation_Lab01_Linear_dxCompute(t0+h/2,x0+h*K2/2,u0); K4=Z06_SystemSimulation_Lab01_Linear_dxCompute(t0+h,x0+h*K3,u0); RK4_Result = x0 + h*(K1+2*K2+2*K3+K4)/6;
MATLAB自动控制系统仿真simulink
目录 1 绪论 (1) 1.1 题目背景、研究意义 (1) 1.2 国内外相关研究情况 (1) 2 自动控制概述 (3) 2.1 自动控制概念 (3) 2.2 自动控制系统的分类 (4) 2.3 对控制系统的性能要求 (5) 2.4 典型环节 (6) 3 MATLAB仿真软件的应用 (10) 3.1 MATLAB的基本介绍 (10) 3.2 MATLAB的仿真 (10) 3.3 控制系统的动态仿真 (11) 4 自动控制系统仿真 (14) 4.1 直线一级倒立摆系统的建模及仿真 (14) 4.1.1 系统组成 (14) 4.1.2 模型的建立 (14) 4.1.3 PID控制器的设计 (19) 4.1.4 PID控制器MATLAB仿真 (22) 4.2 三容水箱的建模及仿真 (23) 4.2.1 建立三容水箱的数学模型 (24) 4.2.2 系统校正 (25) 总结 (28) 致谢 (29) 参考文献 (30)
1 绪论 1.1 题目背景、研究意义 MATLAB语言是当今国际控制界最为流行的控制系统计算机辅助设计语言，它的出现为控制系统的计算机辅助分析和设计带来了全新的手段。其中图形交互式的模型输入计算机仿真环境SIMULINK，为MATLAB应用的进一步推广起到了积极的推动作用。现在，MATLAB语言已经风靡全世界，成为控制系统CAD领域最普及、也是最受欢迎的软件环境。 随着计算机技术的发展和应用，自动控制理论和技术在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，成为现代社会生活中不可缺少的一部分。随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探知未来，认识和改造自然，建设高度文明和发达社会的活动中，自动控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。作为一个工程技术人员，了解和掌握自动控制的有关知识是十分必要的。 自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化，极大地提高了劳动生产率，而且减轻了人的劳动强度。自动控制使工作具有高度的准确性，大大地提高了武器的命中率和战斗力，例如火炮自动跟踪系统必须采用计算机控制才能打下高速高空飞行的飞机。某些人们不能直接参与工作的场合就更离不开自动控制技术了，例如原子能的生产、火炮或导弹的制导等等。利用MATLAB软件中的SIMULINK仿真工具来实现对自动控制系统建模、分析与设计、仿真。能够直观、快速地分析系统的动态性能、和稳态性能。并且能够灵活的改变系统的结构和参数，通过快速、直观的仿真达到系统的优化设计。 1.2 国内外相关研究情况 随着社会生产力的不断发展和人们生活质量的不断提高，必将对控制理论、技术、系统与应用提出越来越多、越来越高的要求，因此有必要进一步加强、加深对这方面
控制系统数字仿真与CAD第一章习题答案
1-1什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？ 答：仿真是建立在控制理论，相似理论，信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助专家经验知识，统计数据和信息资料对试验结果进行分析和研究，进而做出决策的一门综合性的试验性科学。 它所遵循的基本原则是相似原理。 1-2在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区别？各有什么特点？ 答：解析法就是运用已掌握的理论知识对控制系统进行理论上的分析，计算。它是一种纯物理意义上的实验分析方法，在对系统的认识过程中具有普遍意义。由于受到理论的不完善性以及对事物认识的不全面性等因素的影响，其应用往往有很大局限性。 仿真法基于相似原理，是在模型上所进行的系统性能分析与研究的实验方法。 1-3数字仿真包括那几个要素？其关系如何？ 答: 通常情况下，数字仿真实验包括三个基本要素，即实际系统，数学模型与计算机。 由图可见，将实际系统抽象为数学模型，称之为一次模型化，它还涉及到系统辨识技术问题，统称为建模问题；将数学模型转化为可在计算机上运行的仿真模型，称之为二次模型化，这涉及到仿真技术问题，统称为仿真实验。 1-4为什么说模拟仿真较数字仿真精度低？其优点如何？。 答：由于受到电路元件精度的制约和容易受到外界的干扰，模拟仿真较数字仿真精度低但模拟仿真具有如下优点： （1）描述连续的物理系统的动态过程比较自然和逼真。 （2）仿真速度极快，失真小，结果可信度高。 （3）能快速求解微分方程。模拟计算机运行时各运算器是并行工作的，模拟机的解题速度与原系统的复杂程度无关。 （4）可以灵活设置仿真试验的时间标尺，既可以进行实时仿真，也可以进行非实
自动控制控制系统的校正及仿真
自动控制控制系统的校正及仿真 课程设计报告题目控制系统的校正及仿真课程名称自动控制原理院部名称机电工程学院专业班级学生姓名学号课程设计地点课程设计学时一周指导教师金陵科技学院教务处制 1 目录1、课程设计达到的目的、题目及要求................................... 3 课程设计应达到的目的 (3) 课程设计题目及要求............................................ 3 2、校正函数的设计................................................... 4 校正函数理论分析.............................................. 4 校正函
数计算过程及函数的得出.................................. 4 3、传递函数特征根的计算............................................ 8 校正前系统的传递函数的特征根.................................. 8 校正后系统的传递函数的特征根.................................. 8 4、系统动态性能的分析............................................. 10 校正前系统的动态性能分析..................................... 10 校正后系统的动态性能分析..................................... 13 5、系统的根轨迹分析................................................ 16 校正前系统的根轨迹分析....................................... 16 校正后系统的根轨迹分析....................................... 18 6、系统的幅相特性.................................................. 20 校正前系统的幅相特性......................................... 20 校正后系统的幅相特性......................................... 20 7、系统的