《控制系统CAD》实验指导书.doc

控制系统CAD及仿真实验指导书自动化学院自动化系实验一SIMULINK基础与应用一、 实验目的1、熟悉并掌握Simulink系统的界面、菜单、工具栏按钮的操作方法；2、掌握查找Simulink系统功能模块的分类及其用途，熟悉Simulink系统功能模块的操作方法； 3、掌握Simulink常用模块的内部参数设置与修改的操作方法；4、掌握建立子系统和封装子系统的方法。二、 实验内容：1. 单位负反馈系统的开环传递函数为：应用Simulink仿真系统的阶跃响应曲线。2PID控制器在工程应用中的数学模型为：其中采用了一阶环节来近似纯微分动作，为保证有良好的微分近似效果，一般选。试建立PID控制器的Simulink模型并建立子系统。三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验程序，并写在预习报告上。实验二 控制系统分析一、 实验目的1、掌握如何使用Matlab进行系统的时域分析2、掌握如何使用Matlab进行系统的频域分析 3、掌握如何使用Matlab进行系统的根轨迹分析 4、掌握如何使用Matlab进行系统的稳定性分析5、掌握如何使用Matlab进行系统的能观测性、能控性分析二、 实验内容：1、时域分析（1）根据下面传递函数模型：绘制其单位阶跃响应曲线并在图上读标注出峰值，求出系统的性能指标。 （2）已知两个线性定常连续系统的传递函数分别为和，绘制它们的单位脉冲响应曲线。， （3）已知线性定常系统的状态空间模型和初始条件，绘制其零输入响应曲线。 2、频域分析 设线性定常连续系统的传递函数分别为、和，将它们的Bode图绘制在一张图中。，3、根轨迹分析 根据下面负反馈系统的开环传递函数，绘制系统根轨迹，并分析系统稳定的K值范围。 4、系统稳定性分析（1）代数法稳定性判据：（用求分母多项式的根和routh函数两种方法）已知系统的开环传递函数为：试对系统闭环判别其稳定性（2）根轨迹法判断系统稳定性：已知一个单位负反馈系统开环传递函数为：试在系统的闭环根轨迹图上选择一点，求出该点的增益及其系统的闭环极点位置，并判断在该点系统闭环的稳定性。（3）Bode图法判断系统稳定性：已知两个单位负反馈系统的开环传递函数分别为：用Bode图法判断系统闭环的稳定性。5、系统能控性、能观性分析已知连续系统的传递函数模型，当分别取1，0，1时，判别系统的能控性与能观性三、预习要求： 利用所学知识，编写实验程序，并写在预习报告上。实验三 基于BODE图法的控制系统设计一、 实验目的1、BODE图法串联超前校正器设计 ；2、BODE图法串联滞后校正器设计 ；3、BODE图法反馈校正器设计 ；二、 实验内容：1、已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为：设计超前校正装置，使校正后系统满足： ，2、已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为：设计超前校正装置，使校正后系统满足： ，3、已知控制系统方框图如图3-1所示。图中： ，若要求校正后系统在单位斜坡输入作用下的稳态误差 ，相角裕度 ，试确定反馈校正装置 的形式与参数。R(s)C(s)-图3-1三、预习要求：利用所学知识，编写实验程序，并写在预习报告上。 实验四 控制系统的PID设计和工程整定方法一、实验目的1、使用MATLAB分析比例、微分、积分环节对控制系统性能的影响；2、掌握MATLAB实现工程整定的方法；二、实验内容1、系统的结构图如图4-1所示。图中，当系统对象取，或时，分别时间相应的PID控制器。-图4-12、已知被控系统对象的传递函数为，试设计P控制器、PI控制器、PID控制器。（使用齐格勒尼柯尔斯整定法）三、预习要求利用所学知识，编写实验程序，并写在预习报告上。实验五 现代控制系统设计一、实验目的1、掌握用状态反馈配置极点的方法；2、掌握状态观测器设计方法；二、实验内容系统传递函数为： ，用状态反馈将系统极点配置在 ，并用状态观察器实现状态反馈，观测器极点为： 。【注】 函数place()用来配置系统（A，B，C，D）的闭环极点，其调用格式为：K=place(A，B，P)其中，参数P为系统要配置的闭环极点向量；返回变量K为状态反馈向量。三、预习要求利用所学知识，编写实验程序，并写在预习报告上。实验六 基于SIMULINK的控制系统综合仿真一、实验目的1、了解MATLAB系统仿真的研究方法和实现手段；2、掌握基本的系统仿真实现的技巧和能力。二、实验内容1、系统结构图如图6-1所示。输入为信号电平16，非线性环节的上、下限为 ，取步长 ，仿真时间为10s，试绘制系统的响应曲线。图6-12、已知钢铁厂车间