控制理论实验报告 MATLAB仿真实验

1、实验报告课程名称：控制理论（乙）指导老师：林峰成绩 实验报告实验名称：MATLAB 仿真实验实验类型同组学生姓名 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填七、讨论、心得一、实验目的实验九控制系统的时域分析1用计算机辅助分析的办法，掌握系统的时域分析方法。2熟悉Simulink 仿真环境。二、实验原理及方法：系统仿真实质上就是对系统模型的求解，对控制系统来说，一般模型可转化成某个 微分方程或差分方程表示，因此在仿真过程中，一般以某种数值算法从初态出发，逐步 计算系统的响应，最后绘制出系统的响应

2、曲线，进而可分析系统的性能。控制系统最常 分别称为单位阶跃响应和单位冲激响应。在 MATLAB 中，提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step，单位冲激响应函数impulse，零输入响应函数initial 等等。二、实验内容：二阶系统，其状态方程模型为-0.5572-0.7814x111=+u0.78140 x022x1y = 1.96916.4493+0 ux2四、实验要求：编制 MATLAB斜坡输入响应；画出系统的单位阶跃响应曲线；A=-0.5572 -0.7814;0.7814 0 ; B=1;0;C=1.9691 6.4493; D=0; G=ss(A,B,C,D);step(G)t

3、itle(单位阶跃响应)A=-0.5572 -0.7814;0.7814 0 ; B=1;0;C=1.9691 6.4493; D=0; G=ss(A,B,C,D);impulse(G)title(单位脉冲响应)当系统的初始状态为x0=1,0A=-0.5572 -0.7814;0.7814 0 ;B=1;0;C=1.9691 D=0;x0=1,0;initial(A,B,C,D,x0) title(零输入响应)当系统的初始状态为零时，画出系统斜坡输入响应；A=-0.5572 -0.7814;0.7814 0 ; B=1;0;C=1.9691 6.4493; D=0;num, den=ss2tf

4、(A, B, C, D); t=0:0.01:7;u=t;num1(1)=0; num1(2)=0; num1(3)=num(1); num1(4)=num(2); num1(5)=num(3);den1(1)=den(1); den1(2)=den(2); den1(3)=den(3); den1(4)=0; den1(5)=0; c=step(num1,den1,t);plot(t,c,o,t,u,-);在Simulink 仿真环境中，组成系统的仿真框图，观察单位阶跃响应曲线并记录之。进入线性系统模块库，构建传递函数。改变模块参数。在simulink 仿真环境“untitled函数simu

5、linkSourc“Step4）选择输出方式。用鼠标点击simulink下的“Sink选用“Scope5）连接各元件，用鼠标划线，构成闭环传递函数。6）运行并观察响应曲线。用鼠标单击工具栏中的“”按钮，便能自动运行仿真环境下的系统框图模型。运行完之后用鼠标双击“Scope”元件，即可看到响应曲线。一、实验目的实验十控制系统的频域分析用计算机辅助分析的方法，掌握频率分析法的三种方法，即Bode Nyquist Nichols 图。二、实验原理及方法：Bode()图设已知系统的传递函数模型：b sm b sm1 bH (s) 12m1a sn a12sn1 n1则系统的频率响应可直接求出：b (

6、j)m b ( j)m1 bH ( j) 12m1a (j)n1 a ( j)n12n1MATLAB中，可利用bode 和dbode 绘制连续和离散系统的Bode 2Nyquist(奈奎斯特)曲线Nyquist Nyquist 可判断闭环系统的稳定性。(-1，j0)p 环传递函数位于右半s MATLABnyquist 和dnyquist 绘出连续和离散系统的乃氏曲线。Nicho1s()图根据闭环频率特性的幅值和相位可作出 Nichols 图，从而可直接得到闭环系统的频率特性。在 MATLAB 中，可利用函数nichols 和 dnichols 绘出连续和离散系统的Nichols 图。三、 实验

7、内容：一系统开环传递函数为50H(s) (s 5)(s 2)绘制系统的bode 图，判断闭环系统的稳定性，并画出闭环系统的单位冲击响应。16.7sG(s) (0.85s 1)(0.0625s 其结构如图所示R(s)R(s)C(s)10G(S)试绘制Nyquist 频率曲线和Nichols 图，并判断稳定性四、实验要求：编制MATLAB程序，画出实验所要求的Bode Nyquist图、Nichols 图。501）一系统开环传递函数为H (s) (s 5)(s 2) Bode 图den=conv(1,1,conv(1,5,1,-2); H=tf(50,den);bode(H)系统稳定性判别：系统为

8、非稳定系统闭环系统的单位冲击响应den=conv(1,1,conv(1,5,1,-2); H=tf(50,den);num1=H; den1=1+H; impulse(num1,den1)2）一多环系统G(s) 16.7s(0.85s 1)(0.0625s 其结构如图所示R(s)R(s)C(s)10G(S)Nyquist 频率曲线num=conv(16.7,1,0); den=conv(0.85,1,conv(0.25,1,0.0625,1);g=tf(num,den); num1=10*g; den1=1+g; G=tf(num1,den1); nyquist(G)Nichols 图num=

9、conv(16.7,1,0); den=conv(0.85,1,conv(0.25,1,0.0625,1);g=tf(num,den); num1=10*g; den1=1+g; G=tf(num1,den1); nichols(G)判断系统稳定性：系统是稳定系统在Simulink 仿真环境中，组成系统的仿真框图，观察单位阶跃响应曲线并记录之。1）一系统开环传递函数为H(s) 50(s 5)(s 2)2）一多环系统G(s) 16.7s(0.85s 1)(0.0625s 其结构如图所示R(s)R(s)C(s)10G(S)一、实验目的实验十一 控制系统的根轨迹分析掌握用计算机辅助分析法分析控制系统

10、的根轨迹熟练掌握Simulink 仿真环境二、实验原理与方法：根轨迹是指，当开环系统某一参数（一般来说，这一参数选作开环系统的增益 k） 从零变到无穷大时，死循环系统特征方程的根在s 平面上的轨迹。因此，从根轨迹，可分析系统的稳定性、稳态性能、动态性能。同时，对于设计系统可通过修改设计参数， 使闭环系统具有期望的零极点分布，因此根轨迹对系统设计也具有指导意义。在MATLAB中，绘制根轨迹有关的函数有：rlocus，rlocfind，pzmap 等。三、实验内容：一开环系统传递函数为G(s) k(s 2)(s2 4s 3)2绘制出此闭环系统的根轨迹，并分析系统的稳定性。四、实验要求： , 统的冲击响应证明之。开环系