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自动控制仿真实验一:控制系统的时域分析

自动控制仿真实验一:控制系统的时域分析
自动控制仿真实验一:控制系统的时域分析

仿真实验一:控制系统的时域分析

1.实验目的:

●观察控制系统的时域响应;

●记录单位阶跃响应曲线;

●掌握时间响应分析的一般方法;

●初步了解控制系统的调节过程。

2.实验步骤:

●将‘实验一代码’这个文件夹拷贝到桌面上;

●开机进入Matlab6.1运行界面;

●通过下面方法将当前路径设置为‘实验一代码’这个文件夹所在

的路径

●Matlab指令窗>>后面输入指令:con_sys; 进入本次实验主界面。

● 分别双击上图中的三个按键,依次完成实验内容。 ● 本次实验的相关Matlab 函数:

传递函数G=tf([num],[den])可输入一传递函数,其中num 、den 分别表示分子、分母按降幂排列的系数。

如 的num 和den 分别是num=[1 4]和den=[1 1 0],

则此时的传递函数G 的Matlab 代码是:G=tf([1 4],[1 1 0])或G=tf([num],[den])。

如 的num 和den 分别是num=[1 4]和den=conv ([1 0.2],[1 2]),则此时的传递函数G 的Matlab 代码是:G=tf([1 4],

conv ([1 0.2],[1 2])或G=tf([num],[den])。

3. 实验内容:

124

()s G s s s +=+()()

14

()0.22s G s s s +=

++

观察一阶系统G=1/(T+s)的时域响应:

取3个不同的时间常数T,分别观察该时间常数下系统的四个典型响应:脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。将实验结果图记录下来,利用Alt+ Prisc组合按钮实现截图。

二阶系统的时域性能分析:

(1) 固定自然频率与阻尼比,调节响应时间滑块,记录阶跃响应最终出现稳定值时的实验结果,包括极点分布图与阶跃响应图。

(2) 调节自然频率与阻尼比,要求:

Tr<0.56s;

Tp<1.29s;

Ts<5.46;

超调不大于5%.

记录下满足上述要求的自然频率与阻尼比的2组数据,以及对应的极点分布图与阶跃响应图。

(3) 结合系统的零极点图,观察自然频率与阻尼比对极点位置的影响,固定自然频率,改变阻尼比,记录2组实验结果。

(4) 结合时域响应图,观察自然频率与阻尼比对阶跃响应的影响,固定阻尼比,改变自然频率,记录2组实验结果。

观察比例-微分校正与测速反馈对二阶系统性能的改善。 (1).按原始的调节参数输入K1=1、K2=1、K3=0、K4=0,调节时间滑块,

记录阶跃响应最终出现稳定值时的极点分布图与阶跃响应图。

(2).固定K1=1、K2=1、K3=0、K4=0,采用2个不同的传递函数G输入,观察各项性能指数,记录实验结果。

察比例-微分控制对系统性能的改善,记录实验结果。

(4).固定K1=1、K2=1、K3=0,G的情况下,分别取2个不同的K4,观察测速反馈对系统性能的影响,记录实验结果。

(5).固定K1=1、K2=1、G的情况下,调节2组参数K3、K4的不同组合,使系统阶跃响应满足:

上升时间Tr<3.5s;

超调量 <2%.

记录实验结果。

四、实验报告包括两部分内容:

●实验要求;

●实验内容。

串级控制系统研究 仿真

本科学生毕业论文 2011年5月20日 论文题目: 串级控制系统研究学院: 电子工程学院年级: 2007级专业: 自动化姓名: 陈曦学号: 20075199指导教师: 赵建华

摘要 随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展,对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。在这种情况下,简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。串级控制系统是过程控制中的一种多回路控制系统,是为了提高单回路控制系统的控制效果而提出来的一种控制方案。串级控制系统把两个单回路控制系统以一定的结构形式串联在一起,它不仅具有单回路控制系统的全部功能,而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。串级控制系统采用了两个调节器,因此它的调节器的参数整定更复杂一些。 本论文论述了一个液位——流量串级控制系统的设计方法和步骤,介绍了它的参数整定方法。在此过程中,介绍了对液位和流量进行检测和转换的常用元件,应用阶跃响应曲线推导了广义对象的传递函数,简单地论述了串级控制系统的优点,讨论了它对控制效果的改善作用,并使用仿真软件对该系统进行了仿真。 关键词 串级控制系统;液位;流量;仿真

Abstract Along with the modern industry production process to large-scale,continuously is developing with the strengthened direction,proposed to the control system control quality day by day grows request.In this kind of situation,the simple single return route control already with difficulty satisfied some complex control requests.The cascade control system is in the process control more than one kind of return routes control system,is for enhance one kind of control plan which the single return route control system the control effect proposes.The cascade control system two single return routes control system by the certain structural style connects in together,it not only has the single return route control system the complete function,moreover also has many single return routes control system no merit.The cascade control system has used two regulators,therefore it is more complex to set its regulator parameter. The present paper elaborated a fluid position—current capacity cascade control system design method and the step,introduced its parameter set method.In this process,introduced carries on the examination and the transformation commonly used part to the fluid position and the current capacity,has inferred the generalized object transfer function using the step leap response curve,simply elaborated the cascade control system merit,discussed it to control the effect the improvement function,and use simulation software has carried on the simulation to this system. Key words Cascade control system;fluid position;current capacity;simulation

系统仿真综合实验指导书(2011.6)

系统仿真综合实验指导书 电气与自动化工程学院 自动化系 2011年6月

前言 电气与自动化工程学院为自动化专业本科生开设了控制系统仿真课程,为了使学生深入掌握MATLAB语言基本程序设计方法,运用MATLAB语言进行控制系统仿真和综合设计,同时开设了控制系统仿真综合实验,30学时。为了配合实验教学,我们编写了综合实验指导书,主要参考控制系统仿真课程的教材《自动控制系统计算机仿真》、《控制系统数字仿真与CAD》、《反馈控制系统设计与分析——MATLAB语言应用》及《基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用》。

实验一MATLAB基本操作 实验目的 1.熟悉MATLAB实验环境,练习MATLAB命令、m文件、Simulink的基本操作。 2.利用MATLAB编写程序进行矩阵运算、图形绘制、数据处理等。 3.利用Simulink建立系统的数学模型并仿真求解。 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(The Command Window)、m-文件编辑窗口(The Edit Window)和图形窗口(The Figure Window),而Simulink另外又有Simulink模型编辑窗口。 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,也可以是照片等。 MATLAB中矩阵运算、绘图、数据处理等内容参见教材《自动控制系统计算机仿真》的相关章节。 Simulink是MATLAB的一个部件,它为MATLAB用户提供了一种有效的对反馈控制系统进行建模、仿真和分析的方式。 有两种方式启动Simulink:

控制系统仿真与CAD 实验报告

《控制系统仿真与CAD》 实验课程报告

一、实验教学目标与基本要求 上机实验是本课程重要的实践教学环节。实验的目的不仅仅是验证理论知识,更重要的是通过上机加强学生的实验手段与实践技能,掌握应用 MATLAB/Simulink 求解控制问题的方法,培养学生分析问题、解决问题、应用知识的能力和创新精神,全面提高学生的综合素质。 通过对MATLAB/Simulink进行求解,基本掌握常见控制问题的求解方法与命令调用,更深入地认识和了解MATLAB语言的强大的计算功能与其在控制领域的应用优势。 上机实验最终以书面报告的形式提交,作为期末成绩的考核内容。 二、题目及解答 第一部分:MATLAB 必备基础知识、控制系统模型与转换、线性控制系统的计算机辅助分析 1. >>f=inline('[-x(2)-x(3);x(1)+a*x(2);b+(x(1)-c)*x(3)]','t','x','flag','a','b','c');[t,x]=ode45( f,[0,100],[0;0;0],[],0.2,0.2,5.7);plot3(x(:,1),x(:,2),x(:,3)),grid,figure,plot(x(:,1),x(:,2)), grid

2. >>y=@(x)x(1)^2-2*x(1)+x(2);ff=optimset;https://www.sodocs.net/doc/1e14549890.html,rgeScale='off';ff.TolFun=1e-30;ff.Tol X=1e-15;ff.TolCon=1e-20;x0=[1;1;1];xm=[0;0;0];xM=[];A=[];B=[];Aeq=[];Beq=[];[ x,f,c,d]=fmincon(y,x0,A,B,Aeq,Beq,xm,xM,@wzhfc1,ff) Warning: Options LargeScale = 'off' and Algorithm = 'trust-region-reflective' conflict. Ignoring Algorithm and running active-set algorithm. To run trust-region-reflective, set LargeScale = 'on'. To run active-set without this warning, use Algorithm = 'active-set'. > In fmincon at 456 Local minimum possible. Constraints satisfied. fmincon stopped because the size of the current search direction is less than twice the selected value of the step size tolerance and constraints are satisfied to within the selected value of the constraint tolerance. Active inequalities (to within options.TolCon = 1e-20): lower upper ineqlin ineqnonlin 2 x = 1.0000 1.0000 f =

大作业1(机电控制系统时域频域分析)

《机电系统控制基础》大作业一 基于MATLAB的机电控制系统响应分析 哈尔滨工业大学 2013年11月4日

1 作业题目 1. 用MATLAB 绘制系统2 ()25()() 425 C s s R s s s Φ== ++的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。 2. 用MATLAB 求系统2 ()25 ()()425 C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应性能指标:上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。 3. 数控直线运动工作平台位置控制示意图如下: X i 伺服电机原理图如下: L R (1)假定电动机转子轴上的转动惯量为J 1,减速器输出轴上的转动惯量为J 2,减速器减速比为i ,滚珠丝杠的螺距为P ,试计算折算到电机主轴上的总的转动惯量J ; (2)假定工作台质量m ,给定环节的传递函数为K a ,放大环节的传递函数为K b ,包括检测装置在内的反馈环节传递函数为K c ,电动机的反电势常数为K d ,电动机的电磁力矩常数为K m ,试建立该数控直线工作平台的数学模型,画出其控制系统框图; (3)忽略电感L 时,令参数K a =K c =K d =R=J=1,K m =10,P/i =4π,利用MATLAB 分析kb 的取值对于系统的性能的影响。

2 题目1 单位脉冲响应曲线 单位阶跃响应曲线

源代码 t=[0:0.01:1.6]; %仿真时间区段和输入 nC=[25]; dR=[1,4,25]; fi=tf(nC,dR); %求系统模型 [y1,T]=impulse(fi,t); [y2,T]=step(fi,t); %系统响应 plot(T,y1); xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on; plot(T,y2); xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on; %生成图形 3 题目2 借助Matlab,可得: ans = 0.4330 0.6860 25.3826 1.0000 即

实验四 串级控制系统

实验四 加热炉温度串级控制系统 (实验地点:程控实验室,崇实楼407) 一、实验目的 1、熟悉串级控制系统的结构与特点。 2、掌握串级控制系统临界比例度参数整定方法。 3、研究一次、二次阶跃扰动对系统被控量的影响。 二、实验设备 1、MATLAB 软件, 2、PC 机 三、实验原理 工业加热炉温度串级控制系统如图4-1所示,以加热炉出口温度为主控参数,以炉膛温度为副参数构成串级控制系统。 图4-1 加热炉温度串级控制系统工艺流程图 图4-1中,主、副对象,即加热炉出口温度和炉膛温度特性传递函数分别为 主对象:;)130)(130()(18001++=-s s e s G s 副对象:2 1802)1)(110()(++=-s s e s G s 主控制器的传递函数为PI 或PID ,副控制器的传递函数为P 。对PI 控制器有 221111)(),/(, 1 11)(c c I c I I c I c c K s G T K K s K K s T K s G ==+=???? ? ?+= 采用串级控制设计主、副PID 控制器参数,并给出整定后系统的阶跃响应曲线和阶跃扰动响应曲线,说明不同控制方案控制效果的区别。 四、实验过程 串级控制系统的设计需要反复调整调节器参数进行实验,利用MATLAB 中的Simulink 进行仿真,可以方便、快捷地确定出调节器的参数。 1.建立加热炉温度串级控制系统的Simulink 模型 (图4-2) 在MATLAB 环境中建立Simulink 模型如下:)(01s G 为主被控对象,)(02s G 为副被控对象,Step 为系统的输入,c 为系统的输出,q1为一次阶跃扰动,q2为二次阶跃扰动,可以用示波器观察输出波形。PID1为主控制器,双击PID 控制器可设置参数:(PID 模块在

系统仿真实验报告

中南大学系统仿真实验报告 指导老师胡杨 实验者 学号 专业班级 实验日期 2014.6.4 学院信息科学与工程学院

目录 实验一MATLAB中矩阵与多项式的基本运算 (3) 实验二MATLAB绘图命令 (7) 实验三MATLAB程序设计 (9) 实验四MATLAB的符号计算与SIMULINK的使用 (13) 实验五MATLAB在控制系统分析中的应用 (17) 实验六连续系统数字仿真的基本算法 (30)

实验一MATLAB中矩阵与多项式的基本运算 一、实验任务 1.了解MATLAB命令窗口和程序文件的调用。 2.熟悉如下MATLAB的基本运算: ①矩阵的产生、数据的输入、相关元素的显示; ②矩阵的加法、乘法、左除、右除; ③特殊矩阵:单位矩阵、“1”矩阵、“0”矩阵、对角阵、随机矩阵的产生和运算; ④多项式的运算:多项式求根、多项式之间的乘除。 二、基本命令训练 1.eye(m) m=3; eye(m) ans = 1 0 0 0 1 0 0 0 1 2.ones(n)、ones(m,n) n=1;m=2; ones(n) ones(m,n) ans = 1 ans = 1 1

3.zeros(m,n) m=1,n=2; zeros(m,n) m = 1 ans = 0 0 4.rand(m,n) m=1;n=2; rand(m,n) ans = 0.8147 0.9058 5.diag(v) v=[1 2 3]; diag(v) ans = 1 0 0 0 2 0 0 0 3 6.A\B 、A/B、inv(A)*B 、B*inv(A) A=[1 2;3 4];B=[5 6;7 8]; a=A\B b=A/B c=inv(A)*B d=B*inv(A) a = -3 -4 4 5 b = 3.0000 -2.0000 2.0000 -1.0000

《控制系统计算机仿真》实验指导书

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A^2*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]; A\B,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; (5)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p(x) = x3 - 2x - 4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; 求特征多项式中未知数为20时的值; 4、基本绘图命令 (1)绘制余弦曲线y=cos(t),t∈[0,2π] (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),t∈[0,2π] 5、基本绘图控制 绘制[0,4π]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+?+n<2000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。 三、预习要求 利用所学知识,编写实验内容中2到6的相应程序,并写在预习报告上。

第三章控制系统的时域分析法知识点

第三章 控制系统的时域分析法 一、知识点总结 1.掌握典型输入信号(单位脉冲、单位阶跃、单位速度、单位加速度、正弦信号)的拉氏变换表达式。 2.掌握系统动态响应的概念,能够从系统的响应中分离出稳态响应分量和瞬态响应分量;掌握系统动态响应的性能评价指标的概念及计算方法(对于典型二阶系统可以直接应用公式求解,非典型二阶系统则应按定义求解)。 解释:若将系统的响应表达成拉普拉氏变换结果(即S 域表达式),将响应表达式进行部分分式展开,与系统输入信号极点相同的分式对应稳态响应;与传递函数极点相同的分式对应系统的瞬态响应。将稳态响应和瞬态响应分式分别进行拉氏逆变换即获得各自的时域表达式。 性能指标:延迟时间、上升时间、峰值时间、调节时间、超调量 3.掌握一阶系统的传递函数形式,在典型输入信号下的时域响应及其响应特征;掌握典型二阶系统的传递函数形式,掌握欠阻尼系统的阶跃响应时域表达及其性能指标的计算公式和计算方法;了解高阶系统的性能分析方法,熟悉主导极点的概念,定性了解高阶系统非主导极点和零点对系统性能的影响。 tr tp ts td

4.熟悉两种改善二阶系统性能的方法和结构形式(比例微分和测速反馈),了解两种方法改善系统性能的特点。 5.掌握系统稳定性分析方法:劳斯判据的判断系统稳定性的判据及劳斯判据表特殊情况的构建方法(首列元素出现0,首列出现无穷大,某一行全为0);掌握应用劳斯判据解决系统稳定裕度问题的方法。了解赫尔维茨稳定性判据。 6.掌握稳态误差的概念和计算方法;掌握根据系统型别和静态误差系数计算典型输入下的稳态误差的方法(可直接应用公式);了解消除稳态误差和干扰误差的方法;了解动态误差系数法。 二、相关知识点例题 例1. 已知某系统的方块图如下图1所示,若要求系统的性能指标为: δδ%=2222%,tt pp=1111,试确定K和τ的值,并计算系统单位阶跃输入下的特征响应量:tt,tt。 图1 解:系统闭环传递函数为:Φ(s)=CC(ss)RR(ss)=KK ss2+(1+KKKK)ss+KK 因此,ωnn=√KK,ζζ=1+KKKK2√KK, δ%=e?ππππ?1?ππ2?ζζ=0.46, t pp=ππωωdd=1ss?ωdd=ωnn?1?ζζ2=3.14 ?ωnn=3.54 K=ωnn2=12.53,τ=2ζζωnn?1KK=0.18 t ss=3ζζωωnn=1.84ss

过程控制系统仿真实验指导

过程控制系统Matlab/Simulink 仿真实验 实验一 过程控制系统建模 ............................................................................................................. 1 实验二 PID 控制 ............................................................................................................................. 2 实验三 串级控制 ............................................................................................................................. 6 实验四 比值控制 ........................................................................................................................... 13 实验五 解耦控制系统 . (19) 实验一 过程控制系统建模 指导内容:(略) 作业题目一: 常见的工业过程动态特性的类型有哪几种?通常的模型都有哪些?在Simulink 中建立相应模型,并求单位阶跃响应曲线。 作业题目二: 某二阶系统的模型为2 () 22 2n G s s s n n ?ζ??= ++,二阶系统的性能主要取决于ζ,n ?两个参数。试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响,加深对二阶 系统的理解,分别进行下列仿真: (1)2n ?=不变时,ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线; (2)0.8ζ=不变时,n ?分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。

串级控制系统整定实验报告

学院 过程控制系统实验报告书 实验名称串级控制系统整定 专业自动化专业 班级 指导教师 姓名 学号 实验日期

串级控制系统整定 一、实验目的 (1)掌握动态模型的创建方法.。 (2)掌握串级控制系统整定方法。 (3)了解控制系统的特点。 (4)了解串联控制系统的特点。 二、实验器材 计算机一台,MATLAB软件 三、实验原理 .串级控制系统:就是由两个调节器串联在一起,控制一个执 行阀,实现定值控制的控制系统。 .串级控制系统的通用方框图: .串级控制系统特点:(1)改善了被控过程的动态特性。 (2)提高了系统的工作频率。 (3)具有较强的抗扰动能力。 (4)具有一定的自适应能力。 .两步整定法

(1)工况稳定时,闭合主回路,主、副调节器都在纯比例作用的条件下,主调节器的比例度置于100%,用单回路控制系统的衰减曲线法整定,求取副调节器的比例度s δ和操作周期s T 。 (2)将副调节器的比例度置于所求得的数值上,把副回路作为主回路中的一个环节,用同样方法整定主回路,求取主调节器的比例度和操作周期。 四、实验步骤 (1)启动计算机,运行MATLAB 应用程序。 (2)在MATLAB 命令窗口输入Smulink,启动Simulink 。 (3)在Simulink 库浏览窗口中,单击工具栏中的新建窗口快捷按钮或在Simulink 库窗口中选择菜单命令File New Modeel,打开一个标题为“Untitled ”的空白模型编辑窗口。 (4)设被控对象的传递函数为: 24 21 (110)(120)s s ?++,要求被调量始 终维持在设定值。设计一个串级控制系统,并且要求控制系统的衰减率为75%,静态误差为零。用MATLAB 创建仿真模型。 (5)按两步整定法整定调节器参数。 (6)按步骤(5)的结果设置调节器参数,启动仿真,通过示波器模块观测并记录系统输出的变化曲线。 (7)施加内扰,观测系统运行情况。 . 衰减曲线法整定参数计算表:

控制系统仿真实验报告

哈尔滨理工大学实验报告 控制系统仿真 专业:自动化12-1 学号:1230130101 姓名:

一.分析系统性能 课程名称控制系统仿真实验名称分析系统性能时间8.29 地点3# 姓名蔡庆刚学号1230130101 班级自动化12-1 一.实验目的及内容: 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程; 2. 熟悉闭环系统稳定性的判断方法; 3. 熟悉闭环系统阶跃响应性能指标的求取。 二.实验用设备仪器及材料: PC, Matlab 软件平台 三、实验步骤 1. 编写MATLAB程序代码; 2. 在MATLAT中输入程序代码,运行程序; 3.分析结果。 四.实验结果分析: 1.程序截图

得到阶跃响应曲线 得到响应指标截图如下

2.求取零极点程序截图 得到零极点分布图 3.分析系统稳定性 根据稳定的充分必要条件判别线性系统的稳定性最简单的方法是求出系统所有极点,并观察是否含有实部大于0的极点,如果有系统不稳定。有零极点分布图可知系统稳定。

二.单容过程的阶跃响应 一、实验目的 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程 2. 了解自衡单容过程的阶跃响应过程 3. 得出自衡单容过程的单位阶跃响应曲线 二、实验内容 已知两个单容过程的模型分别为 1 () 0.5 G s s =和5 1 () 51 s G s e s - = + ,试在 Simulink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 三、实验步骤 1. 在Simulink中建立模型,得出实验原理图。 2. 运行模型后,双击Scope,得到的单位阶跃响应曲线。 四、实验结果 1.建立系统Simulink仿真模型图,其仿真模型为

控制系统的时域分析

实验报告 实验名称:实验1:控制系统的时域分析 课程名称:自控控制原理 专业:电气工程及其自动化 班级:130037 学生姓名:施苏伟 班级学号:13003723 指导教师:杨杨 实验日期:2015 年10 月16日

一、实验目的 1.观察控制系统的时域响应; 2.记录单位阶跃响应曲线; 3.掌握时间响应分析的一般方法; 4.初步了解控制系统的调节过程。 二.实验步骤: 1.将‘实验一代码’这个文件夹拷贝到桌面上; 2.开机进入Matlab6.1 运行界面(其他版本亦可); 3.通过下面方法将当前路径设置为‘实验一代码’这个文件夹所在的路径 4.Matlab 指令窗>>后面输入指令:con_sys; 进入本次实验主界面。 5.分别双击上图中的三个按键,依次完成实验内容。

6.本次实验的相关Matlab 函数: 传递函数G=tf([num],[den])可输入一传递函数,其中num、den 分别表示分子、分母按降幂排列的系数。 三、仿真结果: (一)观察一阶系统G=1/(T+s)的时域响应: T=5s T=8s

T=13s 结果分析:一阶系统 G=1/(T+s)的,通过观察曲线发现,随着时间常数T的增大,同种响应要达到相同响应的时间增大,说明T越大,响应越慢。 (二)二阶系统的时域性能分析 (1)

结果分析:自然频率和阻尼比的适当时,通过调节相应的时间,阶跃响应可以得到稳定值。 (2)数据一:自然频率=5.96rad/sec 阻尼比=0.701

数据二:自然频率=8.2964rad/sec 阻尼比=0.701 结果分析:要达到既定范围,自然频率增大阻尼比要随之增大 (3)

第一章系统仿真的基本概念与方法

第一章控制系统及仿真概述 控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算数学与计算机技术的综合性新型学科。这门学科的产生及发展差不多是与计算机的发明及发展同步进行的。它包含控制系统分析、综合、设计、检验等多方面的计算机处理。计算机仿真基于计算机的高速而精确的运算,以实现各种功能。 第一节控制系统仿真的基本概念 1.系统: 系统是物质世界中相互制约又相互联系着的、以期实现某种目的的一个运动整体,这个整体叫做系统。 “系统”是一个很大的概念,通常研究的系统有工程系统和非工程系统。 工程系统有:电力拖动自动控制系统、机械系统、水力、冶金、化工、热力学系统等。 非工程系统:宇宙、自然界、人类社会、经济系统、交通系统、管理系统、生态系统、人口系统等。 2.模型: 模型是对所要研究的系统在某些特定方面的抽象。通过模型对原型系统进行研究,将具有更深刻、更集中的特点。 模型分为物理模型和数学模型两种。数学模型可分为机理模型、统计模型与混合模型。 3.系统仿真: 系统仿真,就是通过对系统模型的实验,研究一个存在的或设计中的系统。更多的情况是指以系统数学模型为基础,以计算机为工具对系统进行实验研究的一种方法。 要对系统进行研究,首先要建立系统的数学模型。对于一个简单的数学模型,可以采用分析法或数学解析法进行研究,但对于复杂的系统,则需要借助于仿真的方法来研究。 那么,什么是系统仿真呢?顾名思义,系统仿真就是模仿真实的事物,也就是用一个模型(包括物理模型和数学模型)来模仿真实的系统,对其进行实验研究。用物理模型来进行仿真一般称为物理仿真,它主要是应用几何相似及环境条件相似来进行。而由数学模型在计算机上进行实验研究的仿真一般则称为数字仿真。我们这里讲的是后一种仿真。 数字仿真是指把系统的数学模型转化为仿真模型,并编成程序在计算机上投入运行、实验的全过程。通常把在计算机上进行的仿真实验称为数字仿真,又称计算机仿真。

控制系统仿真实验报告1

昆明理工大学电力工程学院学生实验报告 实验课程名称:控制系统仿真实验 开课实验室:年月日

实验一 电路的建模与仿真 一、实验目的 1、了解KCL 、KVL 原理; 2、掌握建立矩阵并编写M 文件; 3、调试M 文件,验证KCL 、KVL ; 4、掌握用simulink 模块搭建电路并且进行仿真。 二、实验内容 电路如图1所示,该电路是一个分压电路,已知13R =Ω,27R =Ω,20S V V =。试求恒压源的电流I 和电压1V 、2V 。 I V S V 1 V 2 图1 三、列写电路方程 (1)用欧姆定律求出电流和电压 (2)通过KCL 和KVL 求解电流和电压

四、编写M文件进行电路求解(1)M文件源程序 (2)M文件求解结果 五、用simulink进行仿真建模(1)给出simulink下的电路建模图(2)给出simulink仿真的波形和数值

六、结果比较与分析

实验二数值算法编程实现 一、实验目的 掌握各种计算方法的基本原理,在计算机上利用MATLAB完成算法程序的编写拉格朗日插值算法程序,利用编写的算法程序进行实例的运算。 二、实验说明 1.给出拉格朗日插值法计算数据表; 2.利用拉格朗日插值公式,编写编程算法流程,画出程序框图,作为下述编程的依据; 3.根据MATLAB软件特点和算法流程框图,利用MATLAB软件进行上机编程; 4.调试和完善MATLAB程序; 5.由编写的程序根据实验要求得到实验计算的结果。 三、实验原始数据 上机编写拉格朗日插值算法的程序,并以下面给出的函数表为数据基础,在整个插值区间上采用拉格朗日插值法计算(0.6) f,写出程序源代码,输出计算结果: 四、拉格朗日插值算法公式及流程框图

控制系统数字仿真实验报告

控制系统数字仿真实验报告 班级:机械1304 姓名:俞文龙 学号: 0801130801

实验一数字仿真方法验证1 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、实验环境 网络计算机系统(新校区机电大楼D520),MATLAB语言环境 三实验内容 (一)试将示例1的问题改为调用ode45函数求解,并比较结果。 实验程序如下; function dy = vdp(t,y) dy=[y-2*t/y]; end [t,y]=ode45('vdp',[0 1],1); plot(t,y); xlabel('t'); ylabel('y');

(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=0.1。 ?????=-=1 )0(2y t y dt dy 实验程序如下: clear t0=0; y0=1; h=0.1; n=2/h; y(1)=1; t(1)=0; for i=0:n-1 k1=y0-t0^2; k2=(y0+h*k1/2)-(t0+h/2)^2; k3=(y0+h*k2/2)-(t0+h/2)^2;

k4=(y0+h*k3)-(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; end y1 t1 figure(1) plot(t,y,'r'); xlabel('t'); ylabel('y'); (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=0.1。

控制系统的时域分析实验报告

课程名称:控制理论指导老师:成绩: 实验名称:控制系统的时域分析实验类型:冋组学生姓名: 、实验目的和要求 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、实验内容和原理 (一)实验原理 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曲线,进而可分析系统的性能。控制系统最常用的时域分析方法是,当输入信号为单位阶跃和单位冲激函数时,求出系统的输出响应,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 U X I y = [1.9691 6.4493] +[0] U X2 1?画出系统的单位阶跃响应曲线; 2. 画出系统的冲激响应曲线; 3. 当系统的初始状态为x0=[1,0]时,画出系统的零输入响应; 4. 当系统的初始状态为零时,画出系统斜坡输入响应; (三)实验要求 1. 编制MATLAB程序,画出单位阶跃响应曲线、冲击响应曲线、系统的零输入响应、斜坡输入响应; 2. 在SimUIink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。 三、主要仪器设备 计算机一台以及matlab软件,SimUIink仿真环境 四、操作方法与实验步骤 1、程序解决方案: 在MATLAB 中建立文件shiyu.m ,其程序如下: %时域响应函数 fun ction G1 = shiyu( A,B,C,D)

自动控制原理及系统仿真课程设计

自动控制原理及系统仿 真课程设计 学号:1030620227 姓名:李斌 指导老师:胡开明 学院:机械与电子工程学院

2013年11月

目录 一、设计要求 (1) 二、设计报告的要求 (1) 三、题目及要求 (1) (一)自动控制仿真训练 (1) (二)控制方法训练 (19) (三)控制系统的设计 (23) 四、心得体会 (27) 五、参考文献 (28)

自动控制原理及系统仿真课程设计 一:设计要求: 1、 完成给定题目中,要求完成题目的仿真调试,给出仿真程序和图形。 2、 自觉按规定时间进入实验室,做到不迟到,不早退,因事要请假。严格遵守实验室各项规章制度,实验期间保持实验室安静,不得大声喧哗,不得围坐在一起谈与课程设计无关的空话,若违规,则酌情扣分。 3、 课程设计是考查动手能力的基本平台,要求独立设计操作,指导老师只检查运行结果,原则上不对中途故障进行排查。 4、 加大考查力度,每个时间段均进行考勤,计入考勤分数,按照运行的要求给出操作分数。每个人均要全程参与设计,若有1/3时间不到或没有任何运行结果,视为不合格。 二:设计报告的要求: 1.理论分析与设计 2.题目的仿真调试,包括源程序和仿真图形。 3.设计中的心得体会及建议。 三:题目及要求 一)自动控制仿真训练 1.已知两个传递函数分别为:s s x G s x G +=+= 22132)(,131)(

①在MATLAB中分别用传递函数、零极点、和状态空间法表示; MATLAB代码: num=[1] den=[3 1] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) num=[2] den=[3 1 0] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) 仿真结果: num =2 den =3 1 0 Transfer function: 2 --------- 3 s^2 + s

《MATLAB与控制系统。。仿真》实验报告

《MATLAB与控制系统仿真》 实验报告 班级: 学号: 姓名: 时间:2013 年 6 月

目录实验一MATLAB环境的熟悉与基本运算(一)实验二MATLAB环境的熟悉与基本运算(二)实验三MATLAB语言的程序设计 实验四MATLAB的图形绘制 实验五基于SIMULINK的系统仿真 实验六控制系统的频域与时域分析 实验七控制系统PID校正器设计法 实验八线性方程组求解及函数求极值

实验一MATLAB环境的熟悉与基本运算(一) 一、实验目的 1.熟悉MATLAB开发环境 2.掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算 二、实验基本原理 1.熟悉MATLAB环境: MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件和搜索路径浏览器。 2.掌握MATLAB常用命令 表1 MATLAB常用命令 变量与运算符 3.1变量命名规则 3.2 MATLAB的各种常用运算符 表3 MATLAB关系运算符 表4 MATLAB逻辑运算符

| Or 逻辑或 ~ Not 逻辑非 Xor逻辑异或 符号功能说明示例符号功能说明示例 :1:1:4;1:2:11 . ;分隔行.. ,分隔列… ()% 注释 [] 构成向量、矩阵!调用操作系统命令 {} 构成单元数组= 用于赋值 的一维、二维数组的寻访 表6 子数组访问与赋值常用的相关指令格式 三、主要仪器设备及耗材 计算机 四.实验程序及结果 1、新建一个文件夹(自己的名字命名,在机器的最后一个盘符) 2、启动MATLAB,将该文件夹添加到MATLAB路径管理器中。 3、学习使用help命令。

串级控制系统仿真

串级控制系统仿真 解题步骤: (1)串级控制系统的方框图: (2)单回路控制系统图: 图(2)为采用单回路控制时的Simulink图,其中,PID C1为单回路PID控制器,d1为一次扰动,取阶跃信号;d2为二次扰动,取阶跃信号;G o2为副对象,G o1为主对象;r为系统输入,取阶跃信号,它连接到示波器上,可以方便地观测输出。 在PID参数设置中,经过不断的试验,当输入比例系数为260,积分系数为0,微分系数为140时,系统阶跃响应达到比较满意的效果,系统阶跃响应如下图:

采用这套PID参数时,二次扰动作用下,置输入为0,系统框图如下。 系统的输出响应如下图:

采用这套PID参数时,一次扰动作用下,置输入为0,系统框图如下: 系统的输出响应如下

从综合以上各图可以看出,采用单回路控制,系统的阶跃响应达到要求时,系统对一次扰动,二次扰动的抑制效果不是很好。 图(1)是采用串级控制时的情况,d1为一次扰动,取阶跃信号;d2为二次扰动,取阶跃信号;PID C1为主控制器,采用PD控制,PID C2为副控制器,采用PID控制;Go2为副对象,Go1为主对象;r为系统输入,取阶跃信号;scope为系统输出,它连接到示波器上,可以方便地观测输出。 经过不断试验,当PID C1为主控制器输入比例系数为550,积分系数为0,微分系数为80时;当PID C2为主控制器输入比例系数为3,积分系数为0,微分系数为0时;系统阶跃响应达到比较满意的效果,系统阶跃响应如下图所示: 采用这套PID参数时,二次扰动作用下,置输入为0,系统的框图如下: 系统的输出响应如下图:

控制系统仿真和设计实验报告

控制系统仿真与设计实验报告 姓名: 班级: 学号: 指导老师:峰

7.2.2控制系统的阶跃响应 一、实验目的 1.观察学习控制系统的单位阶跃响应; 2.记录单位阶跃响应曲线; 3.掌握时间相应的一般方法; 二、实验容 1.二阶系统G(s)=10/(s2+2s+10) 键入程序,观察并记录阶跃响应曲线;录系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率;记录实际测去的峰值大小、峰值时间、过渡时间,并与理论值比较。 (1)实验程序如下: num=[10]; den=[1 2 10]; step(num,den); 响应曲线如下图所示: (2)再键入: damp(den); step(num,den); [y x t]=step(num,den); [y,t’] 可得实验结果如下:

实际值理论值峰值 1.3473 1.2975 峰值时间 1.0928 1.0649 过渡时间+%5 2.4836 2.6352

+%2 3.4771 3.5136 2. 二阶系统G(s)=10/(s2+2s+10) 试验程序如下: num0=[10]; den0=[1 2 10]; step(num0,den0); hold on; num1=[10]; den1=[1 6.32 10]; step(num1,den1); hold on; num2=[10]; den2=[1 12.64 10]; step(num2,den2); 响应曲线:

(2)修改参数,分别实现w n1= (1/2)w n0和w n1= 2w n0响应曲线 试验程序: num0=[10]; den0=[1 2 10]; step(num0,den0); hold on; num1=[2.5]; den1=[1 1 2.5]; step(num1,den1); hold on; num2=[40]; den2=[1 4 40]; step(num2,den2); 响应曲线如下图所示: 3.时作出下列系统的阶跃响应,并比较与原系统响应曲线的差别与特点,作出相应的实验分析结果。

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