MATLAB控制系統(tǒng)仿真實驗模板新教學文案

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。MATLAB控制系統(tǒng)仿真實驗模板新-MATLAB仿真實驗報告冊姓名：XXX班級：030841XXX學號：030841XXX日期：2011-X-X實驗一MATLAB/Simulink仿真基礎及控制系統(tǒng)模型的建立實驗目的掌握MATLAB/Simulink仿真的基本知識；熟練應用MATLAB軟件建立控制系統(tǒng)模型。實驗工具電腦、MATLAB軟件實驗內容已知單位負反饋控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，其中，A表示自己學號最后一位數(shù)（可以是零），B表示自己學號的最后兩位數(shù)。用Simulink建立該控制系統(tǒng)模型，分別用單蹤、雙

2、蹤示波器觀察模型的階躍響應曲線；分別用“ToWorkspace”和“out1”模塊將響應參數(shù)導入工作空間并在命令窗口繪制該模型的階躍響應曲線；在MATLAB命令窗口分別建立該控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型和零極點模型，并實現(xiàn)模型之間的相互轉換。四、實驗過程其響應如下：導入命令窗口后畫出的圖形如下：MATLAB命令窗口：程序：num=8;den=813400;sys_tf=tf(num,den)z,p,k=tf2zp(num,den)sys_zpk=zpk(z,p,k)運行結果：Transferfunction:8-8s3+13s2+40sz=Emptymatrix:0-by-1p=0-0.8125+2

3、.0832i-0.8125-2.0832ik=1Zero/pole/gain:1-s(s2+1.625s+5)五、實驗結論實驗二控制系統(tǒng)時域分析的MATLAB實現(xiàn)一、實驗目的1、熟練應用MATLAB/Simulink進行時域分析；2、能用MATLAB軟件進行時域性能指標的求取。二、實驗工具電腦、MATLAB軟件實驗內容已知單位負反饋控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，其中，A表示自己學號最后一位數(shù)（可以是零），B表示自己學號的最后兩位數(shù)。1、用Simulink建立該控制系統(tǒng)模型，分別用示波器觀察模型的單位階躍、單位斜坡和單位加速度輸入信號的響應曲線；用“ToWorkspace”或者“out1”模塊將三種響

4、應數(shù)據(jù)導入工作空間并在命令窗口繪制該模型的對應響應曲線（要求在一張圖中畫出）；求該系統(tǒng)在單位階躍、單位斜坡和單位加速度輸入信號輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差。2、在命令窗口建立該控制系統(tǒng)模型，求取該控制系統(tǒng)的常用性能指標：超調量、上升時間、調節(jié)時間、峰值時間。（方法自選）四、實驗過程單位階躍、單位斜坡和單位加速度輸入信號的響應曲線分別如下所示：單位階躍響應單位斜坡響應單位加速度響應倒入命令窗口如下所示：其響應曲線如圖：將scope1、2、3、4、5、6進行比較，得到該系統(tǒng)在單位階躍、單位斜坡和單位加速度輸入信號輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差分別為：0,0.6，無窮大。MATLAB命令窗口：程序：num=8;den=850

5、;sys_tf=tf(num,den)z,p,k=tf2zp(num,den)G=zpk(z,p,k)C=dcgain(G)y,t=step(G)plot(t,y)gridY,k=max(y);timetopeak=t(k)percentovershoot=100*(Y-C)/Cn=1;whiley(n)Cn=n+1;endrisetime=t(n)i=length(t)while(y(i)0.98*C)&(y(i)1.02*C)i=i-1endsettlingtime=t(i)結論：Transferfunction:8-8s2+5sz=Emptymatrix:0-by-1p=0-0.6250

6、k=1Zero/pole/gain:1-s(s+0.625)五、實驗結論實驗三控制系統(tǒng)根軌跡分析法的MATLAB實現(xiàn)實驗目的掌握用MATLAB繪制控制系統(tǒng)零極點圖和根軌跡圖的方法；掌握用系統(tǒng)的根軌跡分析控制系統(tǒng)性能的方法。實驗工具電腦、MATLAB軟件實驗內容1、已知單位負反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)其中，A表示自己學號最后一位數(shù)（可以是零），B表示自己學號的最后兩位數(shù)，C表示自己班級號（7或者8）。繪制該系統(tǒng)的根軌跡，并分析使該系統(tǒng)穩(wěn)定的開環(huán)增益范圍；將該控制系統(tǒng)用rltool工具進行分析和設計，繪制該系統(tǒng)對應的階躍響應曲線和伯德圖。如果系統(tǒng)不穩(wěn)定，設計補償器使其穩(wěn)定。假設該系統(tǒng)是正

7、反饋系統(tǒng)，試繪制該正反饋系統(tǒng)當K從零變化到無窮時的根軌跡。2、已知單位負反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為其中，B表示自己學號最后兩位數(shù)。試繪制當m從零變化到無窮時的根軌跡圖。實驗過程1、（1）、程序如下：num=0,1;den=conv(1,11,conv(8,1,1,8);sys=tf(num,den)rlocus(sys)k,poles=rlocfind(sys)title(根軌跡)（2）、階躍響應曲線和伯德圖如下（3）、其正反饋根軌跡如下：輸入：rlocus(-sys)得到如下圖形：2、該開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=8(s+m)/s(s+10)，等效開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=8m/s(s+18)程序：n

8、um=8;den=conv(10,118);sys=tf(num,den)rlocus(sys)title(根軌跡圖)根軌跡圖：實驗結論實驗四控制系統(tǒng)頻域分析法的MATLAB實現(xiàn)一、實驗目的1、掌握用MATLAB繪制乃奎斯特曲線和伯德圖的方法；2、掌握用MATLAB函數(shù)進行控制系統(tǒng)頻域穩(wěn)定性判定的方法；3、能用MATLAB求取頻域性能指標。二、實驗工具電腦、MATLAB軟件三、實驗內容已知一高階系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為其中，A表示自己學號最后一位數(shù)（可以是零），B表示自己學號的最后兩位數(shù)，C表示自己班級號（7或者8）。當開環(huán)增益K=1，7，10，20，30時，試分別在一個圖中繪制系統(tǒng)的奈氏曲線和伯德

9、圖（要求必要的批注）。用奈氏判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性；3、用MATLAB計算上面控制系統(tǒng)的相角裕度和模值裕度，并判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。四、實驗過程程序：z=1,11;p=0,0.625,8,10;k=0.125*1,7,10,20,30G=zpk(z,p,k(1);re1,im1=nyquist(G)G=zpk(z,p,k(2);re2,im2=nyquist(G)G=zpk(z,p,k(3);re3,im3=nyquist(G)G=zpk(z,p,k(4);re4,im4=nyquist(G)G=zpk(z,p,k(5);re5,im5=nyquist(G)plot(re1(:),im1(:),re2(

10、:),im2(:),re3(:),im3(:),re4(:),im4(:),re5(:),im5(:)v=-0.7,0.1,-2,90;axis(v)xlabel(RealAxis);ylabel(ImaginaryAxis);text(0,3,K=1);text(-0.13,10,K=7);text(-0.2,25,K=10);text(-0.39,50,K=20);text(-0.6,80,K=30)奈式曲線：程序：k=1,7,10,20,30forj=1:5num=k(j)*1,11den=conv(conv(1,0,8,5),conv(1,8,1,10)G=tf(num,den)bod

11、e(G)holdonend伯德圖：相角裕度和模值裕度：程序：k=1,7,10,20,30forj=1:5num=k(j)*1,11den=conv(conv(1,0,8,5),conv(1,8,1,10)G=tf(num,den);y(j)=GGm,Pm,Wcg,Wcp=margin(y(j)holdonend運行結果：K=1時，Gm=292.8755,Pm=87.2721,Wcg=2.1564,Wcp=0.0275K=7時，Gm=41.8394,Pm=72.1303,Wcg=2.1564,Wcp=0.1846K=10時，Gm=29.2876,Pm=65.8854,Wcg=2.1564,Wcp

12、=0.2545K=20時，Gm=14.6438,Pm=51.0183,Wcg=2.1564,Wcp=0.4467K=30時，Gm=9.7625,Pm=41.8199,Wcg=2.1564,Wcp=0.5955五、實驗結論實驗五用MATLAB實現(xiàn)控制系統(tǒng)的校正與綜合一、實驗目的1、掌握用MATLAB/Simulink進行PID控制器的設計與分析；2、掌握用rltool工具進行控制系統(tǒng)校正和設計的方法；二、實驗工具電腦、MATLAB軟件三、實驗內容1、設單位負反饋控制系統(tǒng)前向通道傳遞函數(shù)為要求：在一個圖中繪制出P、PI、PID整定后系統(tǒng)的單位階躍響應曲線，并進行簡單的性能分析。（說明：用Simul

13、ink模型窗口或編程均可）2、已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，試設計超前校正環(huán)節(jié)，使其校正后系統(tǒng)的靜態(tài)誤差系數(shù)小于等于6，相角裕度大于等于45度，并繪制校正前后的單位階躍響應曲線，開環(huán)伯德圖和開環(huán)奈奎斯特曲線。（提示：可以用編程法和rltool工具分析）四、實驗過程系統(tǒng)開環(huán)單位階躍響應曲線P整定時，設置Kp=5/12，得到曲線如下：PI整定時，設置Kp=3/8，1/Ti=1/400，得到曲線如下：PID整定時，設置Kp=0.5，1/Ti=1/264，tou=60，得到曲線如下：設計超前校正環(huán)節(jié)程序：num=1;den=conv(1,0,conv(0.3,1,0.1,1);G=tf(num,den)kc

14、=3;yPm=45+12mag,pha,w=bode(G*kc);Mag=20*log10(mag)Gm,Pm.Wcg,Wcp=margin(G*kc)phi=(yPm-getfield(Pm,Wcg)*pi/180;alpha=(1+sin(phi)/(1-sin(phi)Mn=-10*log10(alpha);Wcgn=spline(Mag,w,Mn)T=1/Wcgn/sqrt(alpha);Tz=alpha*TGc=tf(Tz,1,T,1)G=G*kc;GGc=G*GcGy_close=feedback(G,1)Gx_close=feedback(GGc,1)figure(1);step(Gx_close,b);holdonstep(Gy_close,r);gridfigure(2);bode(G,b);holdonbode(GGc,r);gridfigure(3);nyquist(Gx_close,b);holdonnyquist(Gy_close,r);gridgtext(校正前);gtext(校正后)運算結果：單位階躍響應曲線：開環(huán)伯德圖：開環(huán)奈奎斯特曲線：五、實驗結論實驗六用MATLAB分析非線性系統(tǒng)一、實驗目的1、熟悉Simulink中常用的非線性模塊的使用