电气03级-控制系统仿真试验

实验一实验一 MATLAB 基本操作基本操作 实验目的实验目的 1 掌握 Matlab 软件使用的基本方法 2 熟悉 Matlab 的数据表示 基本运算和程序控制语句 3 熟悉 Matlab 绘图命令及基本绘图控制 4 熟悉 Matlab 程序设计的基本方法 实验原理实验原理 MATLAB 环境是一种为数值计算 数据分析和图形显示服务的交互式的环境 MATLAB 有 3 种窗口 即 命令窗口 Command Window m 文件编辑窗口 Edit Window 和图形窗口 Figure Window 1 命令窗口 The Command Window 当 MATLAB 启动后 出现的最大的窗口就是命令窗口 用户可以在提示符 后面输 入交互的命令 这些命令就立即被执行 在 MATLAB 中 一连串命令可以放置在一个文件中 不必把它们直接在命令窗口内输入 在命令窗口中输入该文件名 这一连串命令就被执行了 因为这样的文件都是以 m 为后缀 所以称为 m 文件 2 m 文件编辑窗口 The Edit Window 我们可以用 m 文件编辑窗口来产生新的 m 文件 或者编辑已经存在的 m 文件 在 MATLAB 主界面上选择菜单 File New M file 就打开了一个新的 m 文件编辑窗口 选择菜单 File Open 就可以打开一个已经存在的 m 文件 并且可以在这个窗口中编辑这个 m 文件 3 图形窗口 The Figure Window 图形窗口用来显示 MATLAB 程序产生的图形 图形可以是 2 维的 3 维的数据图形 或其 它棒状图 极坐标图等 MATLAB 中矩阵运算 绘图 数据处理等内容参见教材 控制系统仿真 P12 80 实验内容实验内容 教材 控制系统仿真 P79 习题 2 5 2 7 2 13 2 15 2 17 实验二实验二 控制系统数学模型及其转换控制系统数学模型及其转换 实验目的实验目的 1 掌握控制系统常用数学模型 Matlab 表示 2 利用 Matlab 实现数学模型之间的转换 实验原理实验原理 1 已知传递函数模型 由分子和分母多项式 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 asasasa bsbsbsb sG n n n n m m m m 可以唯一确定传递函数 分子向量 num bm bm 1 b1 b0 分子向量 den an an1 a1 a0 Matlab 工具箱中 用命令 tf 可以建立一个传递函数模型 或将状态空间模 型和零极点增益模型变化伟零极点增益模型 2 Matlab 工具箱中 用命令 zpk 可以建立零极点增益函数模型 或将传递函 数模型和状态空间模型变化伟零极点增益模型 3 Matlab 工具箱中 用命令 ss 可以建立状态空间模型 或将传递函数模型和 零极点增益模型变化伟零极点增益模型 4 函数 tf2ss 用于将传递函数化成状态空间模型 调用格式如 A B C D tf2ss num den 5 函数 tf2zp 用于将传递函数化成零极点模型 调用格式如 z p k tf2ss num den 6 函数 zp2ss 用于将零极点增益模型化为状态空间模型 调用格式如 A B C D zp2ss z p k 7 函数 c2d 用于将连续系统化为离散系统模型 调用格式如 Sysd c2d sys Ts 8 函数 cannon 用于将控制系统模型化为对角标准型 调用格式如 Csys cannon sys modal 实验内容实验内容 课后习题 3 1 至 3 5 实验三实验三 控制系统数字仿真方法控制系统数字仿真方法 实验目的实验目的 3 掌握连续系统数值积分方法及其 Matlab 仿真实现 4 掌握连续系统离散相似法及其 Matlat 仿真实现 实验原理实验原理 控制系统数字仿真基于两种算法 一 连续系统的数值积分方法 对 0 0 tytty tyf dt dy 在其初值附近展开成泰勒技术 并只取前三项 二 连续系统的离散相似法 详情请参考 控制系统仿真 郑恩让主编 P119 121 连续系统的数值积分方法 P143 148 连续系统的离散相似法 实验内容实验内容 1 利用连续系统数值积分方法 四阶龙格库塔法算法 求解例题 4 2 阶跃响应 2 利用连续系统数值积分方法 四阶龙格库塔法算法 实现复杂连接控制系统的阶 跃响应数值求解 数据参见例题 4 3 3 利用连续系统离散相似法求解例题 4 3 的阶跃响应 实四实四 控制系统计算机辅助分析 一 控制系统计算机辅助分析 一 一 一 实验目的实验目的 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 试验原理 二 试验原理 三 实验内容 三 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 并求出单位脉冲响应曲线 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 已知二阶系统传递函数 绘制阻尼系数分别为1 2 1 0 0 5和0 25时系统的 12 1 2 ss sGK Nyquist曲线 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 实验五实验五 控制系统计算机辅助分析 二 控制系统计算机辅助分析 二 一 实验目的一 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 试验原理二 试验原理 二 实验内容二 实验内容 P201 题5 5 5 9 5 11 5 14 实验六实验六 控制系统计算机辅助设计控制系统计算机辅助设计 一 实验目的实验目的 学习借助计算机进行控制系统设计的基本方法 二 实验原理二 实验原理 三 实验内容 实验内容 控制系统仿真 郑恩让 P236 题6 1 6 2 6 3 6 4 实验七 实验七 simulinksimulink仿真设计仿真设计 一 一 实验目的实验目的 1 学习利用simulink工具箱建模 仿真的基本方法 2 学习利用simPowersystems工具箱建模 仿真的基本方法 二 二 实验原理实验原理 Simulink具有可视化动态系统仿真环境 它是Matlab软件的扩展 是实现动态系 统建模与仿真的一个软件包 因此 在运行simulnk工具箱之前 必须首先启动matlab 软件 Simulnk与用户接口是基于windows的模型化图形输入 它提供了