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控制系统CAD与仿真实验指导书 计控学院自动化系8实验一 Matlab运算基础一、 实验目的 1、熟悉启动和退出Matlab的方法； 2、熟悉Matlab命令窗口的组成； 3、掌握建立矩阵的方法； 二、 实验内容： 1、帮助命令 使用help命令，查找 sqrt（开方）函数的使用方法； 2、先求下列表达式的值，然后显示Matlab工作空间的使用情况并保存全部变量。 提示：利用冒号表达式生成a向量，求各点的函数值时用点乘运算。提示：用逻辑表达式求分段函数值。3、已知：4、设有矩阵A和B三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中1到4的相应程序，并写在预习报告上。 实验二 结构程序设计一、 实验目的 1、掌握利用while语句实现循环结构的方法。2、掌握利用if语句实现选择结构的方法。3、掌握利用switch语句实现多分支选择结构的方法。二、 实验内容： 1、计算1+2+n2000时的最大n值。2、计算分段函数 的值。3、给出一个学生的百分制成绩，要求转化成成绩等级输出，等级分为A、B、C、D、E五等。90分以上为A，8089为B，7079为C，6069为D、60分以下为E。三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中1到3的相应程序，并写在预习报告上。 实验三 绘图操作一、 实验目的 1、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句 2、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制 二、 实验内容： 1、 基本绘图命令 （1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t0，2 （2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)， t0，2 2、基本绘图控制 绘制0，4区间上的x1=10sint曲线，并要求： （1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号； （2）坐标轴控制：显示范围、比例、网络线 （3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本； 三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中1到5的相应程序，并写在预习报告上。 实验四 数据处理与多项式计算一、 实验目的 1、掌握多项式的常用运算；2、掌握数据统计和分析的方法；3、掌握数值插值与曲线拟合的方法及其应用。二、 实验内容： 1、多项式 （1）建立多项式，并求出p(x)=0的根 。（2）已知A=1.2, 3 ,5,0.9 ; 5 ,1.7 ,5 ,6 ; 3, 9, 0, 1 ; 1, 2 ,3 ,4 ,求矩阵A的特征值。2、 将100个学生5门功课的成绩存入矩阵P中，进行如下处理： （1）分别求每门课的最高分、最低分及相应学生序号。（2）分别求每门课的平均分和标准方差。（3）五门课总分的最高分、最低分及相应学生序号。（4）将5门课总分按从小到大顺序存入zcj中，相应学生序号存入xsxh。提示：上机调试时，为避免输入学生成绩的麻烦，可用取值范围在45，95之间的随机矩阵来表示学生成绩。3、已知lgx在1，101区间10个整数采样点的函数值如实验表1所示。实验表1 lgx 10个采样点的函数值x1112131415161718191101lg x01.04141.32221.49141.61281.70761.78531.85131.90851.95902.0043试求lgx的5次拟合多项式p(x)，并绘制出lgx和p(x)在1，101区间的函数曲线。 三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中1到3的相应程序，并写在预习报告上。 实验五 控制系统时域，频域和根轨迹分析一、 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 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从图上读取最大超调量，绘制系统的单位脉冲响应、零输入响应曲线。 （2）典型二阶系统传递函数为： 当=0.7,n取2、4、6、8、10、12的单位阶跃响应。 （3）典型二阶系统传递函数为： 当n =6,取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0的单位阶跃响应。 2、频域分析 （1）典型二阶系统传递函数为： 当=0.7,n取2、4、6、8、10、12的伯德图 （2）典型二阶系统传递函数为： 当n =6,取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0的伯德图。 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。 三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中1到3的相应程序，并写在预习报告上。 实验六 控制系统稳定性分析一、实验目的 1、掌握如何使用Matlab进行系统的稳定性分析 2、掌握如何使用Matlab进行系统的能观测性、能控性分析 3、掌握如何使用Matlab进行离散系统分析 二、实验内容 1、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。 2、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 3、已知离散系统传递函数 自动选择频率范围，绘制出系统的频率响应曲线，包括Bode图和Nyquist图，并求出幅值裕度和相角裕度。 三、预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中1到3的相应程序，并写在预习报告上。 实验七 古典控制系统设计根轨迹法一、实验目的 掌握使用根轨迹法进行控制系统设计的方法 二、实验内容： 1、 根据二阶系统如图所示，其中=0.6，n=5rad/s,当有一阶跃信号作用于系统时， 试计算特征量tr、tp、ts、p 2、 设单位负反馈系统的开环传递函数为： 试确定带惯的PD控制器的串联超前校正参数，使之满足： （1）阶跃响应的超调量：； （2）阶跃响应的超调时间：。 三、预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中1到2的相应程序，并写在预习报告上。 实验八 古典控制系统设计Bode图法一、实验目的 掌握使用Bode图法进行控制系统设计的方法 二、实验内容 1、设单位负被控对象的传递函数为： 其设计要求： 2、设有单位负反馈系统，其开环传递函数为： 其设计要求：，相角裕度为50度，幅值裕度为10dB，试确定超前滞后串联校正装置，以满足性能指标。三、预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中1到2的相应程序，并写在预习报告上。 实验九 SIMULINK的应用一、实验目的 学习使用SIMULINK进行系统仿真的方法 二、实验内容： 1、Simulink的基本操作 （1）运行Simulink （2）常用的标准模块 （3）模块的操作 2、系统仿真及参数设置 （1）算法设置（Solver） （2）工作空间设置（Workspace I/O） 3、已知系统结构图如下 图1 含饱和非线性环节系统方框图已知输入为信号电平从16，非线性环节的上下限为1，取步长h=0.1，仿真时间为10秒，试绘制系统的响应曲线。 4、PID控制系统的结构如图所示，试设计串联补偿器，使系统速度稳态误差小于10%，相角裕量PM=45o，并对系统进行仿真。 图2 典型PID控制系统结构图三、预习要求： 利用所学知识，熟悉实验内容中1到2的相应内容，编写实验内容中3、4 的相应程序，并写在预习报告上。 力控6.0实验指导书 计控学院自动化系4实验一 曲线的建立一、 实验目的 1、熟悉力控6.0新建项目的方法； 2、熟悉力控6.0功能和基本的操作方法； 3、掌握建立XY曲线的方法； 二、 实验内容： 1、基本操作掌握菜单栏，工具栏，导航器，图库精灵和工具箱的使用方法。2、掌握工程项目中数据库组态的方法。 3、掌握脚本编辑器的使用方法。4、要求画一条XY曲线，满足表达式y=100*sin(x)。5、要求自定义两个点，建立一个实时曲线。三、要求： 1、 利用所学知识，编写实验内容程序，并写在预习报告上。 2、 把实验步骤写在报告上，并把结果打印粘贴在报告纸上。实验二 报警窗口及专家报表的建立一、 实验目的 1、熟悉报警功能的使用2、掌握工具箱常用组件的功能； 3、掌握报表向导每步的设置方法； 4、熟悉建立专家报表的方法； 二、 实验内容： 1、建立一个多功能报警窗口。2、自定义几个点，完成数据组态。3、建立一个专家报表。 三、要求： 3、 利用所学知识，编写实验内容程序，并写在预习报告上。 4、 把实验步骤写在报告上，并把结果打印粘贴在报告纸上。实验三 图层和智能单元的建立一、 实验目的 1、熟悉图层的建立方法； 2、熟悉力控中的智能单元； 3、掌握建立XY曲线的方法； 二、 实验内容： 1、建立两个层，并用两个按钮进行切换。2、建立一个智能单元。 三、要求： 5、 利用所学知识，编写实验内容程序，并写在预习报告上。 6、 把实验步骤写在报告上，并把结果打印粘贴在报告纸上。实验四 建立一个液位控制