仿真实验报告DOC

1、控制系统仿真实验报告学院:班级:姓名:学号:实验一数字仿真方法验证一、实验目的1 .掌握基于数值积分法的系统仿真、了解各仿真参数的影响；2 .掌握基于离散相似法的系统仿真、了解各仿真参数的影响；3,熟悉MATLAB语言及应用环境。二、实验内容(一)试将示例1的问题改为调用ode45函数求解，并比较结果。(1)建立描述微分方程组的函数m文件functiondu=syvdp(t,u)du=u-(2*t)/u;(2)调用解题器指令ode45求解yt,u=ode45(syvdp,0,1,1);plot(t,u(:,1),r);xlabel(t);ylabel(u);legend(u);得到的结果如下图

2、所示：(二)试用四阶RK法编程求解下列微分方程初值问题。仿真时间2s,取步长h=0.1o叽y-t2dty(0)=1采用RK法的程序cleart0=0;y0=1;h=0.1;n=2/h;y1=1;t1=0;fori=0:(n-1)k1=y0-t0*t0;k2=(y0+h/2*k1)-(t0+h/2)*(t0+h/2);k3=(y0+h/2*k2)-(t0+h/2)*(t0+h/2);k4=(y0+h*k3)-(t0+h/2)*(t0+h/2);y1=y0+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;t1=t0+h;y0=y1;t0=t1;y(i+2)=y1;t(i+2)=t1;endy1t1fi

3、gure(1)plot(t,y,r);得到的结果如下图所示：y1=2.6831t1=2.0000(三)试求示例3分别在周期为5s的方波信号和脉冲信号下的响应，仿真时间20s,采样周期Ts=0.1o系统响应程序程序如下clear%CreatesystemmodelA=-0.5572-0.7814;0.78140;B=1；0；C=1.96916.4493;D=0;sys=ss(A,B,C,D);%Createinputsignalu,t=gensig(square,5,20,0.1);plot(t,u)%systemresponseholdonlsim(sys,u,t);holdoffgrid%i

4、mpulseresponseofthesystemholdonimpulse(sys,5,20);holdoffgrid%impulseresponseofthesystemholdonimpulse(sys,5,20);holdoffgrid%impulseresponseofthesystemholdonimpulse(sys,20);holdoffgrid周期方波信号系统响应如下图所示：单位脉冲信号系统响应如下图所示:周期脉冲信号系统响应如下图所示:rjg0.S040.21214IE1020三、实验心得：通过本次实验，熟悉了解了MATLAB在自动控制当中的应用，了解了相关的传递函数及其操

5、作，对于控制系统的建模有打好了基础。同时，学习了基本的输入函数，并求出对应的响应，对于实际中相关系统的分析有很大的帮助。同时，也巩固了MATLAB的画图功能，同样为之后对控制系统的仿真打下基础，对于相关传递函数图形的绘制有很大的帮助。实验SIMULINK仿真实验一、实验目的熟悉工具箱及其使用，进行系统仿真分析，通过仿真对系统进行校正校验。二、实验内容熟悉有关控制工具箱命令与SIMULINK仿真工具的使用，并对实验题目作好分析设计。某系统框图如图所示，试用SIMULINK进行仿真，并比较在无饱和非线性环节下系统仿真结果。仿真图形如下:三、结果分析将无饱和非线性环节和有饱和非线性环节比较，无饱和非

6、线性环节超调量更大，调整时间更长，震荡次数更多，有饱和非线性环节系统更容易达到稳定。四、实验心得：通过本次试验，熟悉了解了MATLAB中SIMULINK的应用，特别是在自动控制系统建模中，它非常的简便易操作，相比输入语句的建模来说，它形象而快速，不仅便于理解和分析，而且大大提高了仿真速度。同时，也巩固了MATLAB的画图功能，同样为之后对控制系统的仿真打下基础，对于相关传递函数图形的绘制有很大的帮助。实验三PID控制器设计一、实验目的1 .了解PID控制原理，掌握相应PID控制器设计仿真程序的应用;2 .掌握计算机辅助系统瞬态性能指标的计算；3 .掌握计算机辅助系统频率性能分析；二、实验内容已

7、知如图所示单位反馈系统500s50005_4_32_s33s337s1775s4950s5000要求：1.绘制系统的开环Nyquist图和Bode图，并判断该闭环系统是否稳定。2,应用ZieglerNichols方法设计P控制器、PI控制器和PID控制器。3.计算比较原系统与P控制系统、PI控制系统、PID控制系统的瞬态性能指标。1.调用函数绘制系统的开环Nyquist图和Bode图clearnum=5005000;den=133337177549505000;sys=tf(num,den);figure(1)nyquist(sys)re,im,w1=nyquist(sys);figure(2

8、)bode(sys)mag,phase,w2=bode(sys);Nyquist图-1-OSO0);np=length(ii)ifnp0disp(thesystemisnotstable)elsedisp(thesystemisstable)end程序结果如下：np=0thesystemisstable2.建立P控制器、PI控制器、PID控制器计算的函数m文件functionsysc,Kp,Ti,Td=pidmargin(sys,type)margin(sys)Gm,Pm,Wg,Wc=margin(sys);Kcr=Gm;Wcr=Wg;Tcr=2*pi/Wcr;switchtypecase 1

9、disp(pcontroler)Kp=0.5*KcrTi=nodesignTd=nodesignsysc=Kp;case 2disp(picontroler)Kp=0.4*KcrTi=0.8*TcrTd=nodesignsysc=Kp*(1+tf(1,Ti,0);case 3disp(pidcontroler)Kp=0.6*KcrTi=0.5*TcrTd=0.12*Tcrsysc=Kp(1+tf(1,Ti,0)+tf(Td,0),1)End用Ziegler-Nichols方法调用function函数求解系统校正控制器clfnum=5005000;den=133337177549505000;s

10、ys=num,den;sysgroup=feedback(sys,1);fori=1:3type=i;sysc,Kp,Ti,Td=pidmargin(sys,type);sysopen=sysc*sys;sysclose=feedback(sysopen,1);sysgroup=append(sysgroup,sysclose);endclffori=1:4subplot(2,2,i)step(sysgroup(i,i)End程序结果如下：StepResponse0.006C4020012Timeseconds)中1f0.50iPControlerKp=1.7849Ti=NoDesignTd=

11、NoDesignPIControlerKp=1.42798nM-d5StepR已Mfxins：已46Time(secands)*n-Q,耳-StepResponse1234Time(seconds)StepResponse1.5246TimewecQri的Ti=1.0882Td=NoDesignPIDControlerKp=2.1419Ti=0.6801Td=0.16323.由2计算得出的相关参数带入瞬态性能指标计算函数求得相关性能指标clearnum=5005000;den=133337177549505000;sys=tf(num,den);step(sys)%Computesteadyv

12、alueFinalvalue=polyval(num,0)/polyval(den,0)%Computeovershooty,t=step(sys);Ymax,k=max(y);Peaktime=t(k)OvershootPercent=100*(Ymax-Finalvalue)/Finalvalue%Computerisetimen=1;whiley(n)0.1*Finalvalue,n=n+1;endm=1;whiley(m)0.98*Finalvalue&y(r)orser-uTimeeaconds)Finalvalue=InfPeaktime=2.6617e+004OvershootPercent=NaN三、结果分析P控制器实质上是一个具有可调的放大器。该控制器在信号变换的过程中，只改变信号的增益而不影响其相位。在串联校正中，加大控制器的增益可以提高系统的通频带，提高系统的快速性。但同时比例系数的增大会降低该系统的相对不稳定性，甚至可能造成闭环系统的不稳定。PI控制器可以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；系统的快速性能较P控制器有了较大的提高，系统的抗干扰能力有了进一步加强，系统受到干扰后恢