matlab 控制实验指导,MATLAB与控制系统仿真自动化实验指导书

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1、MATLAB与控制系统仿真 实验指导书 吉林化工学院信息与控制工程学院自动化专业 1 目 录 实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算(一) 实验二 MATLAB环境的熟悉与基本运算(二) 实验三 MATLAB语言的程序设计 实验四 MATLAB的图形绘制 实验五 基于SIMULINK的系统仿真 实验六 控制系统的频域与时域分析 实验七 控制系统PID校正器设计法 实验八 线性方程组求解及函数求极值 2 实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算(一) 一、实验目的： 1 熟悉MATLAB开发环境 2掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算 二、实验基本知识： 1.熟悉MATLAB环境: MATLA。

2、B桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件和搜索路径浏览器。 2.掌握MATLAB常用命令 表1 MATLAB常用命令 clc 清除命令窗口中内容 clear 清除工作空间中变量 help 对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明 lookfor 查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称 3.MATLAB变量与运算符 31变量命名规则 32 MATLAB的各种常用运算符 表2 MATLAB算术运算符 操作符 功能说明 操作符 功能说明 矩阵左除 加 + 数组左除 减 . - 矩阵右除 矩阵乘 * / 数组右除 数组乘 ./ .* 矩阵转置 矩阵乘方 数组转。

3、置 数组乘方 . . 表3 MATLAB关系运算符 操作符 功能说明 等于 = 不等于 = 大于 小于 = 小于等于 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 -alphatcosomegat) text(13.5,1.2,fontsize12alpha=0.3) text(13.5,1.1,fontsize12omega=0.7) hold 。

4、on;plot(ts,0.95,bo,MarkerSize,10);hold off cell_string1=fontsize12%uparrow; cell_string2=fontsize16 fontname隶书镇定时间; cell_string3=fontsize6 ; cell_string4=fontsize14rmt_s = num2str(ts); text(ts,0.85,cell_string) xlabel(fontsize14 bft rightarrow) ylabel(fontsize14 bfy rightarrow) 四、实验报告要求 1列出实验程序(命令)代。

5、码及实验结果。 2写出实验体会。 12 实验五 基于SIMULINK的系统仿真 一、实验目的： 1、熟悉SIMULINK 工作环境及特点 2、掌握线性系统仿真常用基本模块的用法 3、掌握SIMULINK 的建模与仿真方法 4、子系统的创建和封装设计 二、实验基本知识： 1、了解SIMULINK模块库中各子模块基本功能 2、SIMULINK 的建模与仿真方法 (1)打开模块库，找出相应的模块。鼠标左键点击相应模块，拖拽到模型窗口中即可。 (2)创建子系统：当模型大而复杂时，可创建子系统。 (3)设置仿真控制参数。 三、实验内容 1、SIMULINK仿真实际应用 (1) 双环调速的电流环系统的方框。

6、图模型为： 图中参数设为Ks=44；Ts=0.00167；Ta=0.017；R=1；Tm=0.075；Ce=0.1925；Kt=0.01178；T1=0.049；T2=0.088 (1)在Simulink集成环境下建立模型，在给定信号作用点处输入单位给定阶跃响应信号，0.3秒后在扰动信号点输入单位阶跃响应信号。并绘制相应的响应曲线 (2)计算仿真结果的超调量、上升时间、调节时间、稳态误差。 (3)设计PID调节器替代图中的比例积分调节器，调节Kp,Ti,Td，用使系统满足超调量15%， 的要求。0.4s0.3s上升时间，调节时间(4)要求对加入的PID控制器封装成一个模块使用。 13 2、用S。

7、imulink对以下系统进行仿真 2u(t)t?30?)y(t ?8u(t)t?30?u(t)为系统输入，y(t)为系统输出，仿真当输入为正弦信号时，输出的信号的波形，仿 其中真时间0=0t=100。 3、在滑艇的运行过程中，滑艇主要受到如下作用力的控制：滑艇自身的牵引力F，滑艇受到的水2?uf?u，的阻力u为滑艇的运动速度。由运动学的相关定理可知，整个滑艇f。其中水的阻力系统的动力学方程为： 1?2?u)F?(u?u m其中，m为滑艇的质量。假设滑艇的质量为1000kg，建立此系统的Simulink模型并进行分析。 四、实验报告要求 1列出实验程序(命令、图形)代码及实验结果。 2写出实验体。

8、会。 14 实验六 控制系统的频域与时域分析 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、实验基本知识： 1、系统数学模型的几种表示方法 2、在MATLAB工具箱中，提供了子系统的连接处理函数： 1) series()函数：系统串联实现。 函数：系统并联实现。 parallel()2)3) feedback()函数：系统反馈连接。 3、控制系统根轨迹绘制 1)rlocfind():计算给定根的根轨迹增益 2)rlocus() 函数：功能为求系统根轨迹。 4、控制系统频域分析基本方法 1)Bode。

9、图：bode()函数 2)Nyquist图：nyquist()函数 3)稳定裕度计算：margin( )函数 5、线性系统时间响应分析 1)step( )函数-求系统阶跃响应 2)impulse( )函数：求取系统的脉冲响应 3)lsim( )函数：求系统的任意输入下的仿真 三、实验内容 1、表示下列传递函数模型,并转化成其他的数学模型 15 2、一个单位负反馈开环传递函数为 试绘出系统闭环的根轨迹图；并在跟轨迹图上任选一点，试计算该点的增益K及其所有极点的位置。 3、求下面系统在阶跃信号为0.11(t)时系统的响应。 并求系统性能指标：稳态值、上升时间、调节时间、超调量。 四、实验报告要求 。

10、1列出实验程序(命令、图形)代码及实验结果。 2写出实验体会。 16 实验七 控制系统PID校正器设计法 一、实验目的 1、熟悉常规PID控制器的设计方法 2、掌握PID参数的调节规律 3、学习编写程序求系统的动态性能指标 二、实验基本知识： 1模拟PID控制器 典型的PID控制结构如图1所示。 控制器PID 比例 e(t) y(t) u(t) r(t) 分积 对象模型 分微 控制结构 典型PID 图1 调节器的数学描述为PID)t1de(t?)e(t?)de(T)u(t?K dpdtT0i 控制器数字PID2 控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法，通常使PIDPID控制中，连续在计算机，。

11、以矩形法数tT为采样周期)代表连续时间PID控制器。以一系列采样时刻点kT(用数字 值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，即：?kTt?kk?t?T)(j)de(Te(jT)?e ?0?00j?j?)?1e)?(k)e(k?1T)e(kkTtde()e()? dtTT? PID表达式：离散k)1k?)(k?e(1e?Tje()T?ke?ku()K() dpTT0?ji 17 三、实验内容 1、在SIMULINK窗口建立如下模型 2、设计PID控制器，传递函数模型如下 3、修改PID参数Kp、Ti和Td，讨论参数对系统的影响。 。参数实现系统的超调量小于10%和Td对系统的影响，调节P。

12、ID、根据4PID参数Kp、Ti TdKpTi 参数 数值 5、通过程序求得系统的超调量、上升时间和调节时间(误差带选为5%)。 ?t)50sin(20(rk)?.，调节PID、将输入信号设为6控制器参数，绘制正弦跟踪曲线。 四、实验报告要求 1列出实验程序(命令、图形)代码及实验结果。 2写出实验体会。 18 实验八 线性方程组求解及函数求极值 一、实验目的 1、理解线性方程组求解方法 2、理解函数求极值方法 3、通过练习以下内容熟悉求解线性方程组的方法和函数求极值的方法 二、实验说明 自主编写程序，必要时参考相关资料1 实验前应写出程序大致框架或完整的程序代码25实验学时：2学时 三、实验内容 1、求下列方程组的解 6x?5x?2x?5x?4?41232x?3y?5z?10?9x?x?4x?x?13?12343x?7y?4z?3 )1 2) ?3x?4x?2x?2x?1?43215?zx?7y?3x?9x?2x?11?4122、求下列函数在指定区间的最大值 2x?12?x)2,)f(,x?(0),?(0x?)f(x?sinxcosx, )1 2) 41?x 四、实验报告要求 1列出实验程序(命令、图形)代码及实验结果。 2写出实验体会。 19。