青岛理工大学控制系统仿真实验报告

青岛理工大学自动化工程学院实验报告课程：控制系统仿真专业自动化班级121姓名小星星学号201XXXX8122指导教师：赵_才时间：____年10月19日10月28日目录实验一MATLA

一、实验时间及地点：实验时间：

1.5

10.19上午8:309:30实验地点：黄岛老校区计算中心

二、实验目的：1熟悉MATLA

三、实验内容：

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MATLA

6.5，将该文件夹添加到MATLA

3、保存，关闭对话框

4、学习使用help命令，例如在命令窗口输入helpeye，然后根据帮助说明，学习使用指令eye(其它不会用的指令，依照此方法类推)

5、学习使用clc、clear，观察commandwindow、commandhistory和workspace等窗口的变化结果。

6、初步程序的编写练习，新建M-file，保存(自己设定文件名，例如e_erc

1、e_erc

2、e_erc3)，学习使用MATLA

(1)helprand，然后随机生成一个26的数组，观察commandwindow、commandhistory和workspace等窗口的变化结果

(2)学习使用clc、clear，了解其功能和作用

(3)输入一个2维数值数组，体会标点符号的作用(空格和逗号的作用)。

(4)一维数组的创建和寻访，创建一个一维数组

(18)_，查询_数组的第2个元素，查询_数组的第3个元素到第6个元素，查询_数组的第5个元素到最后一个元素，查询_数组的第

3、21个元素，查询_数组中5元素，将_数组的第2个元素重新赋值为111，实例e_pm1。

(5)二维数组的创建和寻访，创建一个二维数组(48)A，查询数组A第2行、第3列的元素，查询数组A第2行的所有元素，查询数组A第6列的所有元素，查询数组A按列拉长形成新的数组

(18)，查询数组A按行拉长形成新的数组C

(18)，以全元素赋值的方式对数组A赋值。

(6)两种运算指令形式和实质内涵的比较。设有3个二维数组A24，

(7)学习使用表8列的常用函数(通过help方法)

(8)学习使用表9数组操作函数

(9)学习字符串的创建，a=Thisisane_ample.串数组的大小size(a)串数组的元素标识a14=a(1:4)ra=a(end:-1:1)对字符串ASCLL码的数组操作w=find(a=a&ahelprand%用help指令学习rand的用法rand-Uniformlydistri

(3)%产生单位矩阵ans=100XXXX0001magic

(3)%产生魔方矩阵ans=816XXXX7492flipud(ans)%以数组“水平中线”为对称轴，交换上下对称位置上的元素ans=492XXXX7816rot90(ans)%逆时针旋转数组90ans=276XXXX1438a=helloa=hello

五、实验结果及讨论

1.熟悉了MATLA

2.通过本次实验熟悉了MATLA

3.让我明白了MATLA

一、实验时间及地点：实验时间：

1.5

10.19上午8:309:30实验地点：黄岛老校区计算中心

二、实验目的：

1、熟悉MATLA

2、掌握各种编程语句语法规则及程序设计方法

3、函数文件的编写和设计

4、了解和熟悉跨空间变量传递和赋值

三、实验内容：练习A

1、熟悉MATLA

2、用for循环语句实现求1100的和

3、用for循环语句实现编写一个求阶乘的函数文件练习

4、已知一维数组、，用for循环语句实现。求和函数可用

5、

(1)编写求解一维数组平均值的函数文件。

(2)编写求解二维数组平均值的函数文件。

四、实验操作过程(实验说明)1用for循环语句实现求1100的和，函数名为theSec.程序：a=0;fori=1:100a=i+a;endfprintf(%dn,a)执行结果：theSec%求1100的和50502用for循环语句实现编写一个求阶乘的函数文件，函数名为jie_(_).程序：functionjie_(_)a=1;fori=1:_a=ai;endfprintf(%dn,a)执行结果：jie_

(4)%求4的阶乘2

4.3已知一维数组、，用for循环语句实现。求和，函数名用A

8.4编写求解任意数组平均值的函数文件，函数名为avg(f).程序：functiony=avg(f)m,n=size(f);sum=0;fori=1:mforj=1:nsum=sum+f(i,j);endendy=sum/(mn);执行结果：a=1,2,3,4;5,6,7,8%定义一个数组a=123XXXX5678avg(2a)%求数组2a的平均值ans=9

五、实验结果及讨论

1.编程语句：循环语句有for循环和while循环，我习惯使用for循环，使用格式如下：for循环变量=表达式1(初值)：表达式2(增量)：表达式3(终值)循环语句组end条件判断语句if语句格式为：if表达式执行语句end实验三MATLA

一、实验时间及地点：实验时间：

1.5

10.21上午8:309:30实验地点：黄岛老校区计算中心

二、实验目的：

1、学习MATLA

2、熟悉和了解MATLA

3、熟悉掌握利用MATLA

4、掌握plot、su

三、实验内容：练习A【1】二维曲线绘图基本指令演示。t=(0:pi/50:2pi);k=0.4:0.1:1;Y=cos(t)k;plot(t,Y)plot指令基本操作演示【2】用图形表示连续调制波形及其包络线。t=(0:pi/100:pi);y1=sin(t)1,-1;y2=sin(t).sin(9t);t3=pi(0:9)/9;y3=sin(t3).sin(9t3);plot(t,y1,r:,t,y2,

1.05,ma_(y)gridontitle(ity=1alphatcosomegat)te_t

1.35,

1.2,fontsize12alpha=0.3)te_t

1.35,

1.1,fontsize12omega=0.7)holdon;plot(ts,0.95,

四、实验操作过程(实验说明)

1.二维曲线绘图基本指令演示：t=(0:pi/50:2pi);k=0.4:0.1:1;Y=cos(t)k;plot(t,Y)执行结果：(图3-1)图3-

1.2用图形表示连续调制波形及其包络线：t=(0:pi/100:pi);y1=sin(t)1,-1;y2=sin(t).sin(9t);t3=pi(0:9)/9;y3=sin(t3).sin(9t3);plot(t,y1,r:,t,y2,

2.3通过绘制二阶系统阶跃响应，综合演示图形标识：clf;t=6pi(0:100)/100;y=1-e_p(-0.3t).cos(0.7t);tt=t(find(a

1.05,ma_(y)gridontitle(ity=1alphatcosomegat)te_t

1.35,

1.2,fontsize12alpha=0.3)te_t

1.35,

1.1,fontsize12omega=0.7)holdon;plot(ts,0.95,

五、实验结果及讨论1，通过这次实验，我学会了MATLA

一、实验时间及地点：实验时间：

1.5

10.21上午8:309:30实验地点：黄岛老校区计算中心

二、实验目的：

1、熟悉SIMULINK工作环境及特点

2、掌握线性系统仿真常用基本模块的用法

3、掌握SIMULINK的建模与仿真方法

4、子系统的创建和封装设计

1、实验内容：练习A

1、SIMULINK仿真实际应用，建立双环调速的电流环系统的方框图模型，模型参数设为Ks=44；Ts=0.00167；Ta=0.017；R=1；Tm=0.075；Ce=0.1925；Kt=0.01178；T1=0.049；T2=0.088，

(1)在Simulink集成环境下建立模型，在给定信号作用点处输入单位给定阶跃响应信号，0.3秒后在扰动信号点输入单位阶跃响应信号。并绘制相应的响应曲线

(2)计算仿真结果的超调量、上升时间、调节时间、稳态误差。

(3)设计PID调节器替代图中的比例积分调节器，调节，用使系统满足超调量15%，上升时间0.3s，调节时间0.4s的要求。

(4)要求对加入的PID控制器封装成一个模块使用封装步骤1创建子系统封装步骤2封装子系统封装步骤3设置参数封装步骤4修改和设计模块图标

四、实验操作过程(实验说明)

1.画出双环调速的电流环系统的方框图模型，并在Simulink集成环境下建立模型：(图4-1)图4-

1.2绘制相应的响应曲线：(图4-2)图4-2

五、实验结果及讨论

1、SIMULINK的基本操作：1)启动SIMULINK软件包：可以在MATLA

一、实验时间及地点：实验时间：

1.5

10.28上午8:30-9:30实验地点：黄岛老校区计算中心

二、实验目的：

1、掌握控制系统数学模型的基本描述方法和相互转化

2、了解控制系统的稳定性分析方法

3、掌握控制系统频域与时域分析基本方法

三、实验内容：练习A：

1、表示下列传递函数模型,并转化成其他的数学模型

(1)

(2)

(3)

(4)

2、一个单位负反馈开环传递函数为试绘出系统闭环的根轨迹图；并在跟轨迹图上任选一点，试计算该点的增益及其所有极点的位置

四、实验操作过程(实验说明)num=4,-2num=4-2den=1025den=1025Gs=tf(num,den)Gs=4ss3+2s+XXX.5;den=

1.251;Gs=tf(num,den)Gs=0.5-s2+

2.5s+1Continuous-timetransferfunction.k=1;num=k;den=

2.4510;Gs=tf(num,den)Gs=1-2s3+

4.5s2+XXX(Gs+1)Ms=2s3+

4.5s2+s-4s6+18s5+

2.425s4+11s3+

5.5s2+XXX(Ms)%绘制系统闭环的根轨迹图(图5-1)图5-1pzmap(Ms)%绘制零极点图(5-2)图5-2p,z=pzmap(Ms)p=0.0000+0.0000i-

2.1254+0.0000i-

2.0000+0.0000i-0.0623+0.4810i-0.0623-0.4810i-0.2500+0.0000iz=0-

2.0000-0.2500k,poles=rlocfind(Ms)Selectapointinthegraphicswindowselected_point=0.5795+0.4927ik=

4.1162poles=0.0000+0.0000i-

2.4675+0.0000i-

2.0000+0.0000i0.1088+

1.0124i0.1088-

1.0124i-0.2500+0.0000i

五、实验结果及讨论

XXX

XXXLA

3.通过函数rlocus(sys)可绘制系统sys的根轨迹图，通过pzmap(sys)可绘制系统sys的零极点图，通过k,poles=rlocfind(Ms)在根轨迹图上任选一点可计算出该点的增益k及所有极点的位置。实验六控制系统PID校正器设计法

一、实验时间及地点：实验时间：

1.5

10.28上午8:30-9:30实验地点：黄岛老校区计算中心

二、实验目的：

1、熟悉常规PID控制器的设计方法

2、掌握PID参数的调节规律

3、学习编写程序求系统的动态性能指标

三、实验内容：

1、在SIMULINK窗口建立如下模型

2、设计PID控制器，传递函数模型如下

3、修改PID参数、和，讨论参数对系统的影响

4、利用稳定边界法对PID参数、和校正设计

5、根据PID参数、和对系统的影响，调节PID参数实现系统的超调量小于10%

四、实验操作过程(实验说明)

1.在SIMULINK窗口建立如下模型：(图6-1)图6-

1.2设计PID控制器：(图6-2)图6-

2.3利用稳定边界法对PID参数、和校正设计：参数数值

2.32080.02

8.61369

30.014

30.00358校正后的响应曲线：(图6-3)图6-

3.4调节PID参数实现系统的超调量小于10%：参数数值

2.33050.0350.00875如图6-4，超调量为

9.4%：图6-4

五、实验结果及讨论

1.学会了通过SIMULINK建立动态系统模型并进行仿真，能熟练地运用SIMULINK库，设置模型参数，建立并运用SIMULINK用户接口；

2.学会了在SIMULINK中根据传递函数模型设计PID控制器，并将其封装成子系统，编辑封装模块的显示文本，设置系统参数，以及添加子系统帮助文档；

3.学会了利用稳定边界法对PID参数校正，找到临界稳定增益和临界稳定角频率，设定基于稳定性分析的PID参数；

4.通过不同PID参数对系统响应曲线的影响规律修改PID参数，使系统超调量小于10%。26