控制系统计算机仿真 实验指导书 renew.doc

控制系统计算机仿真实验指导书目录实验一 时变或非线性微分方程求解. 实验二 控制系统的模型及其转换. 实验三 控制系统的时域、频域和根轨迹分析. 实验四 动态仿真集成环境-Simulink. 实验五 直流电机自动调速系统控制器设计实验一 Matlab使用方法和程序设计一、 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、矩阵运算（1） 矩阵的乘法已知A=1 2;3 4; B=5 5;7 8;求A2*B（2） 矩阵除法已知 A=1 2 3;4 5 6;7 8 9;B=1 0 0;0 2 0;0 0 3;AB,A/B（3） 矩阵的转置及共轭转置已知A=5+i,2-i,1;6*i,4,9-i;求A., A（4） 使用冒号表达式选出指定元素已知： A=1 2 3;4 5 6;7 8 9;求A中第3列前2个元素；A中所有列第2，3行的元素；方括号用magic函数生成一个4阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列3、多项式（1）求多项式 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的特征多项式;把矩阵A作为未知数代入到多项式中；4、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)，t0，25、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、刻度线、比例、网络线（3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本；6、基本程序设计（1）编写命令文件：计算1+2+n2000 时的最大n值；（2）编写函数文件：分别用for和while循环结构编写程序，求2的0到n次幂的和。（3）如果想对一个变量x自动赋值。当从键盘输入y或Y时（表示是），x自动赋为1；当从键盘输入n或N时（表示否），x自动赋为0；输入其他字符时终止程序。三、 实验报告要求：编写实验内容中的相关程序在计算机中运行，程序、运行结果及相关图形一并写在报告上。实验二 控制系统的模型及其转换一、 实验目的1、掌握建立控制系统模型的函数及方法；2、掌握控制系统模型间的转换方法及相关函数；3、熟悉控制系统模型的连接方法；4、掌握典型系统模型的生成方法。二、 实验内容：1. 控制系统模型1.1 系统的模型为试建立系统的传递函数模型。1.2 已知单输入双输出系统的零极点模型 建立系统的零极点模型。1.3 给定系统的状态空间表达式， 建立系统的状态空间模型。2. 控制系统模型的转换2.1 将1.1的模型转换为零极点模型2.2 将1.2的模型转换为状态空间模型2.3 将1.3 的模型转换为零极点模型3. 控制系统模型的连接:已知两个系统 求按串联、并联、系统2联接在反馈通道时的负反馈系统的状态方程。4、典型系统的生成：4 典型二阶系统 试建立 时的系统传递函数模型。5、连续系统的离散化：对连续系统 在采样周期 T=0.1 时进行离散化。三、 实验报告要求：编写实验内容中的相关程序在计算机中运行，程序、运行结果及相关图形一并写在报告上。实验三 控制系统的时域、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1.1、某系统的开环传递函数为 试编程求系统在单位负反馈下的阶跃响应曲线，并求最大超调量。1.2、典型二阶系统 编程求：当 分别取值为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0时的单位阶跃响应曲线。1.3、典型二阶系统传递函数为： 绘制当：分别取2、4、6、8、10、12时的单位阶跃响应曲线。2、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，并分析使系统稳定的K值范围。 3、频域分析 典型二阶系统传递函数为： 3.1 绘制当：取2、4、6、8、10、12时的伯德图 32 绘制当：分别取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0时的伯德图。三、 实验报告要求：编写实验内容中的相关程序在计算机中运行，程序、运行结果及相关图形一并写在报告上。实验四 动态仿真集成环境Simulink一、 实验目的1、熟悉Simulink模块库中常用标准模块的功能及其应用；2、掌握利用Simulink在用户窗口中建立控制系统仿真模型的方法；3、掌握模块参数和仿真参数的设置以及建立子系统的方法。二、 实验内容1. 用Simulink对以下系统进行仿真 其中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，仿真时间 0 t 100 。2. 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，滑艇受到的水的阻力 。其中水的阻力 ， 为滑艇的运动速度。由运动学的相关定理可知，整个滑艇系统的动力学方程为： 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。3 输入教材中 P219 中例题6-2 并作仿真。三、 实验报告要求：编写实验内容中的相关算法，算式，编制程序在计算机中运行，程序、运行结果及相关图形一并写在报告上。 实验五 直流电机控制器设计已知直流电动机 传递函数 是 G(s)= 40/(s2+A*S+B),其中A和B分别是你自己学号的最末两位数和次末两位数。试设计电动机控制器，使闭环系统满足以下性能指标。Rise time of less than 0.5 second St