![(修改后) 系统仿真综合实验指导书(2011[1].6)](https://img.doczj.com/img2f/01fl4m7qbjkd9u8w1kf3-f1.webp)
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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:
1．在Command window 中，键入simulink ，回车。 2．单击工具栏上Simulink 图标。
启动Simulink 后，即打开了Simulink 库浏览器（Simulink library browser ）。在该浏览器的窗口中单击“Create a new model （创建新模型）”图标，这样就打开一个尚未命名的模型窗口。把Simulink 库浏览器中的单元拖拽进入这个模型窗口，构造自己需要的模型。对各个单元部件的参数进行设定，可以双击该单元部件的图标，在弹出的对话框中设置参数。
实验内容
1 用MATLAB 可以识别的格式输入下面两个矩阵
123323571
35732391894A ??
??????=??
??????
144
36782
335542267534218
9543i i B i +????+?
?=??+?
?
??
再求出它们的乘积矩阵C ，并将C 矩阵的右下角2×3子矩阵赋给D 矩阵。赋值完成后，调用相应的命令查看MATLAB 工作空间的占用情况。 2 分别用for 和while 循环结构编写程序，求出
63
2362630
2122222i i K ===++++
++∑
3 选择合适的步距绘制出下面的图形 （1）1sin(/)t ，其中0110t ∈[.,]
（2）sin(tan )tan(sin )t t -，其中(,)t ππ∈-
4 对下面给出的各个矩阵求取矩阵的行列式、秩、特征多项式、范数。
75350083341009103150037193......A ??????=??-????，5765710876810957910B ??
????=??????
12345678910111213141516C ?????
?=??????，33245518118575131D --????
-??=??-??---??
5 求解下面的线性代数方程，并验证得出的解真正满足原方程。
(a)72124915327221151132130X -????????-?
???=????---????????， (b)1321390721264915321172211521X ????????
-????=????-????----????
6 假设有一组实测数据
用最小二乘法拟合，求出相应的二次函数。 7 考虑线性微分方程
(4)
(3)
353345sin(4/3)t t y
y
y y y u
u e e t π???
--++++==++输入信号
(1)(2)(3)(0)1,(0)(0)1/2,0.2,y y y y ====方程初值
(1) 试用Simulink 搭建起系统的仿真模型，并绘制出仿真结果曲线。
(2) 将给定的微分方程转换成状态方程，并建立S 函数，再利用Simulink 进行仿真。
8 建立下图所示非线性系统的Simulink 模型，并观察在单位阶跃信号输入下系统的输出曲线和误差曲线。
实验二 经典控制理论
实验目的
以MATLAB 及Simulink 为工具，对控制系统进行时域、频域及根轨迹分析。
实验原理
1、 时域分析法是根据系统的微分方程（或传递函数），利用拉普拉斯变换直接解出动态方
程，并依据过程曲线及表达式分析系统的性能。时域响应指标如图所示。
延迟时间t d ，指响应曲线第一次达到其终值一半所需要的时间。
上升时间t r ，指响应曲线从终值10%上升到终值90%所需要的时间；对于有振荡的系统，也可定义为响应从零第一次上升到终值所需要的时间。上升时间是系统响应速度的一种度量。
峰值时间t p ，指响应超过终值达到第一个峰值所需要的时间。
调节时间t s ，指响应达到并保持在终值±5%（或±2%）内所需要的时间。 超调量σ%，指响应的最大偏离量h(t p )与终值h(∞)之差的百分比，即：
%100)
()
()(%?∞∞-=
h h tp h σ
稳态误差，描述系统稳态性能的一种性能指标。
2、 频域分析法通常从频率特性出发对系统进行研究。在工程分析和设计中，通常把频率特
性画成一些曲线，从频率特性曲线出发进行研究。这些曲线包括幅频特性和相频特性曲线，幅相频率特性曲线，对数频率特性曲线以及对数幅相曲线等，其中以幅相频率特性曲线，对
数频率特性曲线应用最广。对于最小相位系统，幅频特性和相频特性之间存在着唯一的对于关系，故根据对数幅频特性，可以唯一地确定相应的相频特性和传递函数。根据系统的开环频率特性去判断闭环系统的性能，并能较方便地分析系统参量对系统性能的影响，从而指出改善系统性能的途径。
3、 根轨迹是求解闭环系统特征根的图解方法。由于控制系统的动态性能是由系统闭环零极点共
同决定，控制系统的稳定性由闭环系统极点唯一确定，利用根轨迹确定闭环系统的零极点在s 平面的位置，分析控制系统的动态性能。
实验内容
*1．控制系统数学模型的转换
《自动控制系统计算机仿真》教材第4章中的所有例题
2．已知二阶系统闭环传递函数为：10
210
)(2
++=
s s s G （1） 编写程序求解系统的阶跃响应；计算系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率； （2）编程计算并在同一幅图上绘出11ζ=和22ζ=的阶跃响应曲线； （3）编程计算并在同一幅图上绘出n n ωω2
1
1=
和n n ωω22=的阶跃响应曲线。 （4）绘出以下系统的阶跃响应曲线，并与原系统响应曲线比较（将5条曲线画在同一幅图上）
102102)(21+++=s s s s G ；102105.0)(222++++=s s s s s G ；10
25.0)(223+++=s s s
s s G ；42()210s G s s s =++
记录各系统的峰值和峰值时间，计算超调量。
3．已知某控制系统的开环传递函数1512(),.()()
K
G s K s s s =
=++
试绘制系统的开环频率特性曲线（奈魁斯特曲线和伯德图），判断闭环系统是否稳定？并求出系统的幅值裕量与相位裕量。
4. 已知开环传递函数)
11.0()
1()(2
++=
s s s k s G 令k ＝1作伯特图，应用频域稳定判据确定闭环系统的稳定性，并确定使系统获得最大相位裕度的增益k 值。
5．单位负反馈系统的开环传递函数为
0510********(.)
()(.)(.)(.)
K s G s s s s -+=
+++
绘制根轨迹曲线，并求出使闭环系统稳定的K 值范围。使用rltool （sys ）函数观察不同K 值的阶跃响应情况，分析K 值变化对系统响应有何影响。
6. 非最小相位系统的开环传递函数如下
321224
32
64106011060
0510111782130100
s s s s G s G s s s s s s s s -+-++==++++++()
(),
()(.)(.)
绘制频率特性曲线，并解释为什么这样的系统被称为“非最小相位”系统，试从其频率特性加以解释。在Simulink 环境中建立对应闭环系统的仿真模型，观察它们的阶跃响应。
7．单位负反馈系统的开环传递函数为：
0.50()()s G s G s e -=，其中021
()22
G s s s =
++
利用Simulink 工具给出Simulink 仿真框图及阶跃响应曲线。
实验三 PID 控制器的设计
实验目的
研究PID 控制器对系统的影响。
实验原理
1．模拟PID 控制器
控制系统结构如图所示
模拟PID 控制器的表达式为：
P I D
d ()
()()()d d t
e t x t K e t K e K t
ττ=++? 式中，P K 、I K 和D K 分别为比例系数、积分系数和微分系数。 对上式进行拉普拉斯变换，整理后得到连续PID 控制器的传递函数
I C P D P D I 1
()1K G s K K s K T s s T s ??=+
+=++ ???
显然，P K 、I K 和D K 三个参数一旦确定（注意：I P I /T K K =，D D P /T K K =），PID 控制器的性能也就确定下来。为了避免纯微分运算，通常采用近似的PID 控制器，其传递函数为
D C P I D 1
()10.11T s G s K T s T s ??=++ ?+??
2. 离散PID 控制器
如果采样周期为T ，在第k 个采样周期()e t 的导数可近似表示为；
d ()()[(1)]
d e t e kT e k T t T
--= 在k 个采样周期内对()e t 的积分可近似表示为；
()()k
kT
m e t dt T e mT ==∑?
因此，离散PID 控制器的表达式为；
P I D
()[(1)]
()()()k
m e kT e k T x kT K e kT K T e mT K T
=--=++∑
离散PID 控制器的表达式可简化为；
P I D
()(1)
()()()k
m e k e k x k K e k K T e m K T
=--=++∑
离散PID 控制器的脉冲传递函数为；
1
I C P D -1
()(1)1-K G z K K z z
-=+
+- 式中，P K 、I K 和D K 分别为比例系数、积分系数和微分系数。
实验内容
1．已知三阶对象模型3
()1/(1)G s s =+，利用MATLAB 编写程序，研究闭环系统在不同控制情况下的阶跃响应，并分析结果。
(1) 0,i d T T →∞→时，在不同K P 值下，闭环系统的阶跃响应； (2) 10,p d K T =→时，在不同i T 值下，闭环系统的阶跃响应； (3) 1p i K T ==时，在不同d T 值下，闭环系统的阶跃响应；
*2. 已知被控对象为一电机模型，传递函数为21
00067010()..G s s s
=
+，输入信号为
0502().sin()r k t π=，采用PID 控制方法设计控制器，利用MATLAB 编程进行仿真，绘制具有
PID 控制器的控制系统正弦跟踪曲线。
3. 完成《自动控制系统计算机仿真》教材第7章中的例7-4题。
4. 完成《自动控制系统计算机仿真》教材第7章中的例7-5题。
实验四 系统状态空间设计
实验目的
1 学习系统的能控性、能观测性判别计算方法；
2 掌握状态反馈极点配置控制系统的设计方法。
3 掌握状态观察器的设计方法
实验原理
如果给出了对象的状态方程模型，我们希望引入状态反馈控制，使得闭环系统的极点移动到指定位置，从而改善系统的性能，这就是极点配置。
状态反馈与极点配置
状态反馈是指从状态变量到控制端的反馈，如图所示。
设原系统状态空间表达式为：
引入状态反馈后，系统的状态空间表达式为：
实验内容
1．已知对象模型
??
?=+=Cx
y Bu Ax x ??
?=+-=Cx
y Bv x BK A x )(
[]01000001011234000100
011
01x x u y x ????
????-????=+=????????-????
要求将闭环系统的极点配置在-1，-2，-3± j 。判断能否通过状态反馈实现极点配置，若能请设计状态反馈阵。
2．已知对象模型
[]0
10010500105080070300084x x u y x ????
????????=+=????-????
-????
判断能否通过状态反馈配置全部极点，并将能够配置的极点均配置到-2。
3．已知对象模型
[]030100521010015890054123...().()(),...x t x t u t y x
--????
????=+????????---????=
(1) 要求将闭环系统的极点配置到-1,-2,-3，试利用MATLAB 设计控制器，并绘出闭环系统的阶跃响应曲线。(说明：用两种函数place()和acker()配置极点)
(2) 设计带有状态观测器的状态反馈系统，将闭环系统的所有极点均配置到-1，观测器极点配置到-4、-5、-6。
4. 完成《自动控制系统计算机仿真》教材第7-4节中的例7-11题。
实验五双闭环直流调速系统的MATLAB仿真
一、实验目的
1、了解Simulink下数学模型的仿真方法。
2、掌握数学模型的仿真建模方法和仿真参数设置要求
3、进一步掌握双闭环反馈控制系统的基本特性。
二、实验原理
双闭环控制系统的结构原理框图如下所示：
负载扰动
基本参数如下：
直流电动机：220V，13.6A，1480r/min，Ce=0.131V/(r/min)，允许过载倍数1.5。
晶闸管装置：Ks=76; Ts=0.0167
电枢回路总电阻：R=6.58Ω
时间常数：T1=0.018s，Tm=0.25s
反馈系数：α=0.00337V/(r/min) β=0.4V/A
三、实验内容
1、建立直流电机双闭环控制系统SIMULINK仿真模型。
2、仿真参数的设置。
3、设定输入为单位阶跃信号，用scope观察系统输出响应和各控制点的波形。
4、改变给定, 观察输出响应的变化。
5、突加负载，观察系统的抗扰性能。
实验六 倒立摆控制系统仿真
实验目的
掌握Simulink 工具分析设计一阶倒立摆控制系统的方法。
实验原理
倒立摆结构如图所示：
摆杆长度为L ，质量为m 的单级倒立摆(摆杆的质心在杆的中心处)，小车的质量为M 。在水平方向施加控制力u ，相对参考系产生位移为y 。倒立摆的控制任务是让小车移动到指定位置且摆杆保持直立。
摆杆质心坐标为
为了简化问题并且保其实质不变，建模时忽略执行电机的惯性以及摆轴、轮轴、轮与接触面之间 的摩擦力及风力。
在y 轴方向上应用牛顿第二定律得以下方程：
G G sin θ cos θ22
L L
y y z =+=
22
G 22d d d d M y m y u t t
+= (1) 在转动方向上，其转矩平衡方程为：
22G
G 2
2
d d cos θsin θsin θd 2d 22y z L L L m m mg t
t ??
????
?-?=? ? ? ???
????
(2)
将摆杆质心坐标代入式(1) (2) 得到： G G sin θ, cos θ22
L L
y y z =+
= 2222d d sin θd d 2L M y m y u t t ??
++?= ???
(3) 22
22d d sin θcos θcos θsin θsin θd 22d 222L L L L L m y m mg t t ??????????????+?-?=? ? ? ? ? ????????????????
??? (4) 而
d sin θ=θcos θd t 2
22d sin θ=θcos θθsin θd t - d cos θ=θsin θd t - 2
22d cos θθcos θθsin θd t
=-- 代入（3）（4）化简为;
2()(/2)θsin θ(/2)θcos θM m y m L m L u +-+= (5)
cos θ(/2)θsin θmy m L mg += (6)
线性化处理：θsin θ0cos θ1≈≈当很小时，
， ()θ2
mL
M m y u ++= （7） θθ2
mL
my mg +
= （8） 基本参数如下：2
/20.6 1.20.1kg=0.12kg 1kg g=9.8/L m m M m s ==?=，，， 代入参数后：
1.120.072θy u += 0.120.072 1.176y +θ=θ
即
1.176y+=u θ
18.293 1.667u θθ-=-
选取状态变量 1234,,,θx y x y x x θ====
1122334401
0000 1.176********
018.2930 1.667x x x x u x x x x ????????????????-????????=+????????
????????
-????
????
1123341000θ001
0x x x y x x x ????????????==???????????
???????
实验内容
1. 利用Matlab 建立一阶倒立摆系统的仿真模型，分析系统的特征值，判断系统的稳定性。
2. 编写程序求：（1）极点配置所需的状态反馈阵，（2）相应的状态观测器。
3. 利用Simulink 实现带有状态观测器的状态反馈系统，观测系统的输出响应。（初始时，摆杆角度为3~5度，小车位置为0。要求稳态时摆杆角度为0，小车位置为某一给定值。）
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:
通信工程专业综合实验指导书 XX建筑大学 信息与电气工程学院 通信工程教研室 2009年3月
实验一、学习数字通信系统的SystemView仿真软件 一、实验目的 1．了解SystemView软件，学习数字通信系统SystemView仿真软件的使用方法，为实际的仿真应用打下良好的基础。 2．掌握软件设计和仿真的方法。 二、实验说明 SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境的用于系统仿真分析的可视化软件工具。使用它，用户可以用图符（Token）去描述自己的系统，无需与复杂的程序语言打交道，不用写代码即可完成各种系统的设计与仿真。 利用SystemView，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。 SystemView的图符资源十分丰富，特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。还可进行CDMA通信系统和数字电视业务的分析；用户还可以自己用C语言编写自己的用户自定义库。 SystemView能自动执行系统连接检查，给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标。 在系统设计和仿真方面，SystemView还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形，也可完成对仿真运行结果的各种运算、频谱分析、滤波。 三、实验设备 四、实验内容 1．安装SystemView，对该软件有一个感性认识
根据SystemView安装软件说明，在电脑上安装SystemView软件。 2．了解SystemView设计窗口 启动SystemView后就会出现如图1所示的系统设计窗口。它包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计窗工作区。其中设计窗口工作区是用于设置、连接各种图符以创建系统，进行系统仿真等操作；提示栏用于显示系统仿真的状态信息、功能快捷键的功能信息提示和图符的参数显示；滚动条用于移动观察当前的工作区域。当鼠标器位于功能图符上时，则该图符的具体参数就会自动弹出显示。 3．了解SystemView图符库 SystemView的图标库可分为3种，即基本库、专业库以及用户扩展库。分别了解相关图库的功能，便于后续设计使用。 4.了解SystemView分析窗口
《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.doczj.com/doc/2019048900.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.
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
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。
科技学院 综合实验报告 ( -- 第1 学期) 名称: 控制系统综合实验 题目: 水位控制系统综合实验 院系: 动力工程系 班级: 自动化09K1 学号: 09191 116 学生姓名: 秦术员 指导教师: 平玉环 设计周数: 1周 成绩: 日期: 1月7日
《控制系统》综合实验 任务书 一、目的与要求 本综合实验是自动化专业的实践环节。经过本实践环节, 使学生对实际控制系统的结构、系统中各环节的关系、数字控制器的应用和控制系统的整定等建立起完整的概念。培养学生利用所学理论知识分析、解决实际问题的能力。 1. 了解单容水箱水位控制系统的实际结构及各环节之间的关 系。 2. 学会数字控制器组态方法。 3. 掌握控制系统整定方法, 熟悉工程整定的全部内容。 二、主要内容 1．熟悉紧凑型过程控制系统, 并将系统调整为水位控制状态。 2．对数字控制器组态。 3．求取对象动态特性。 4．计算调节器参数。 5．调节器参数整定。 6．做扰动实验, 验证整定结果。 7．写出实验报告。 三、进度计划
四、实验成果要求 完成实验报告, 实验报告包括: 1．实验目的 2．实验设备 3．实验内容, 必须写出参数整定过程, 并分析控制器各参数的作用, 总结出一般工程整定的步骤。 4．实验总结, 此次实验的收获。 以上内容以打印报告形式提交。 五、考核方式 根据实验时的表现、及实验报告确定成绩。 成绩评分为经过以及不经过。 学生姓名: 秦术员 指导教师: 平玉环 1月7日
一、综合实验的目的与要求 本综合实验是自动化专业的实践环节。经过本实践环节, 使学生对实际控制系统的结构、系统中各环节的关系、数字控制器的应用和控制系统的整定等建立起完整的概念。培养学生利用所学理论知识分析、解决实际问题的能力。 1. 了解单容水箱水位控制系统的实际结构及各环节之间的关 系。 2. 学会数字控制器组态方法。 3. 掌握控制系统整定方法, 熟悉工程整定的全部内容。 二、实验正文 1. 实验设备 紧凑型过程控制系统; 上位机 2. 液位控制系统 2.1 液位控制系统流程图, 如图1
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。
第三章一机—无穷大系统稳态运行方式实验一、实验目的 1．了解和掌握对称稳定情况下，输电系统的各种运行状态与运行参数的数值变化范围； 2．了解和掌握输电系统稳态不对称运行的条件；不对称度运行参数的影响；不对称运行对发电机的影响等。 二、原理与说明 电力系统稳态对称和不对称运行分析，除了包含许多理论概念之外，还有一些重要的“数值概念”。为一条不同电压等级的输电线路，在典型运行方式下，用相对值表示的电压损耗，电压降落等的数值范围，是用于判断运行报表或监视控制系统测量值是否正确的参数依据。因此，除了通过结合实际的问题，让学生掌握此类“数值概念”外，实验也是一条很好的、更为直观、易于形成深刻记忆的手段之一。实验用一次系统接线图如图2所示。
图2 一次系统接线图 本实验系统是一种物理模型。原动机采用直流电动机来模拟，当然，它们的特性与大型原动机是不相似的。原动机输出功率的大小，可通过给定直流电动机的电枢电压来调节。实验系统用标准小型三相同步发电机来模拟电力系统的同步发电机，虽然其参数不能与大型发电机相似，但也可以看成是一种具有特殊参数的电力系统的发电机。发电机的励磁系统可以用外加直流电源通过手动来调节，也可以切换到台上的微机励磁调节器来实现自动调节。实验台的输电线路是用多个接成链型的电抗线圈来模拟，其电抗值满足相似条件。“无穷大”母线就直接用实验室的交流电源，因为它是由实际电力系统供电的，因此，它基本上符合“无穷大”母线的条件。 为了进行测量，实验台设置了测量系统，以测量各种电量（电流、电压、功率、频率）。为了测量发电机转子与系统的相对位置角（功率角），在发电机轴上装设了闪光测角装置。此外，台上还设置了模拟短路故障等控制设备。 三、实验项目和方法 1．单回路稳态对称运行实验
创新综合实验
目录 第一部分课程总览 (3) 第二部分综合实验 (6) Lab1 光电传感器自动跟踪小车 (6) Lab2 光电传感器测距功能测试 (8) Lab3 光电传感器位移传感应用 (12) Lab4 超声波传感器测试 (13) Lab5 超声波传感器位移传感应用 (17) 第三部分创新实验 a)双轮自平衡机器人； b)碰触传感机器人设计（基于Microsoft Robotics Studio平台）； c)寻线机器人的仿真和建模及实例（基于Lejos-Osek 设计一个机器人的实例）； d)自己提出一个合理的项目
第一部分 课程总览 1．目的与意义 提倡“素质教育”、全面培养和提高学生的创新以及综合设计能力是当前高等工科院校实验教学改革的主要目标之一。为适应素质教育的要求，高等工科院校的实验课程正经历着从“单一型”“验证型”向“设计型”“开放型”的变革过程。我院测试及控制类课程《电工电子技术》《测试技术》《微机原理及接口技术》等课程涵盖了机械设备及加工过程测试控制相关的电子电路、传感器、信号处理、接口、控制原理、测控计算机软件等理论及技术，具有综合性、实践性强的特点，但目前各课程的实验教学存在着孤立、分散、缺乏系统性的问题。为促进机械工程学科学生对于计算机测控技术的工程创新设计能力、促进相关理论知识的理解和灵活应用，本机电一体化创新综合实验以丹麦乐高（LEGO）公司教育部开发的积木式教学组件－智力风暴( MINDSTORMS)为基础进行。 采用LEGO MINDSTORMS 为基础建立开放型创新实验室,并根据我院测试及控制类课程《电工电子技术》《测试技术》《微机原理及接口技术》等课程设计多层次的综合创新实验设计项目，具有技术综合性和趣味性以及挑战性，能有效激发学生的学习兴趣，使学生在实践项目的过程中激发和强化他们的创造力、动手能力、协作能力、综合能力和进取精神；可使学生在实施项目的过程中对材料、机械、电子、计算机硬件、软件均有直观的认知并掌握机械工程测试与控制的综合分析设计能力。 2．实验基础 2.1 LEGO MINDSTORMS 控制器硬件 要求认识和理解RCX、NXT的基本结构，输入输出设备及接口，DCP传感器及接口，并熟练进行连接与操作。 2.2根据具体的实验要求选择适合的软件 ?Microsoft Robotics Studio基础 ?VPL编程 ?Microsoft Robotics Studio软件 ?Robolab软件 ?NXT软件 ?Matlab等等 2.3授课方式： 课堂讲授，编程以自学为主 参考书： a)LEGO快速入门 b)乐高组件和ROBOLAB软件在工程学中的应用 c)ROBOLAB2.9编程指南 d)ROBOLAB研究者指南
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
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。
综合实验实验指导书 福建工程学院土木工程学院 2013年12月
学生实验守则 1、实验前应认真按教师布置进行预习，明确实验目的、要求，掌握实验内容、方法和步骤。 2、实验前的准备工作，经指导教师或实验技术人员检查，合格后方可进行实验。实验过程中认真观察各种现象，记录实验数据，不能马虎的抄袭。实验完毕必须整理好本组实验仪器，并经指导教师或实验技术人员验收后，方可离开。实验后，认真分析实验结果，正确处理数据，细心制作图表，做好实验报告。不符合要求者，应重做。 3、实验室内必须保持安静，不准高声喧哗打闹，不准抽烟，随地吐痰，乱抛纸屑杂物，不准做与实验无关的事。不准穿背心、裤衩、拖鞋（除规定须换专业拖鞋外)或赤脚进入实验室。 4、必须严格遵守实验制订的各项规章制度，认真执行操作规程。注意人身和设备安全。 5、爱护国家财物。节约水电和药品器材，不得动用他组的仪器、工具材料。凡损坏仪器、工具者应检查原因，填写报损单，并依照管理办法赔偿损失。 前言
为了达到预期目的，试验课必须注意以下几方面问题： 1、试验前认真预习指导书和课本有关内容，同时应复习其它已学有关课程的有关章节，充分了解各个试验的目的要求、试验原理、方法和步骤，并进行一些必要的理论计算。一些控制值的计算工作，试验前必须做好。 2、较大的小组试验，应选出一名小组长，负责组织和指挥整个试验过程，直至全组试验报告都上交后卸任，小组各成员必须服从小组长和指导教师的指挥，要明确分工，协调工作，不得擅离各自的岗位。 3、试验开始前。必须仔细检查试件和各种仪器仪表是否安装稳妥，荷载是否为零，安全措施是否有效，各项准备工作是否完成，要经指导教师检查通过后，试验才能开始。 4、试验时应严肃认真，密切注意观察试验现象，及时加以分析和记录，要以严谨的科学态度对待试验的每一步骤和每一个数据。 5、严格遵守实验室的规章制度，非试验用仪器设备不要乱动；试验用仪器、仪表、设备，要严格按规程进行操作，遇有问题及时向指导教师报告。 6、试验中要小心谨慎，不要碰撞仪器、仪表、试件和仪表架等。 7、试验结束后，要及时卸下荷载，使仪器、设备恢复原始状态，以后小心卸下仪器、仪表，擦净、放妥、清点归还，经教师认可并把试验记录交教师签字后离开。 8、试验资料应及时整理，按时独立完成试验报告，除小组分工由别人记录的原始数据外，严禁抄袭。 9、试验报告要求原始记录齐全、计算分析正确、数据图表清楚。 10、经教师认可，试验也允许采用另外方案进行。 试验一量测仪器的参观与操作练习
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 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。
《微控制器应用综合实验》实验指导书 实验一 Altium Designer软件的基本操作 一、实验目的 1、熟悉软件的设计编辑界面。 2、熟悉原理图的菜单栏、工具栏及工作面板 3、熟悉PCB编辑器的菜单栏、工具栏及工作面板 4、学会并掌握原理图库文件中原理图符号的绘制方法。 5、学会创建PCB新元件。 二、实验内容 本实验学习软件自带的参考设计 4 Port Serial Interface.PRJPCB，打开其中的原理图文件、PCB版图文件，原理图库文件和PCB库文件，了解相应的工作面板和工具栏，以及元器件属性的设置方法。通过原理图符号以及PCB新元件的绘制，进一步掌握工具栏和菜单栏的使用。 三、实验设备和仪器 1、PC机一台 2、正版Altium Designer软件一套 四、实验步骤 参考实验指导书附录部分。 五、实验报告 1、叙述实验步骤中图纸平移、缩放，对象的连线拖动和不连线拖动等操作的实现方法。 2、详述查找元器件TL16C554的具体步骤，和加载包含此元器件的集成库的方法。 3、详述在库面板中查找电阻、电容、二极管的具体步骤 4、详述布线宽度的设置方法和电气设计中安全间距规则的设置方法 4、详述绘制元器件1488_1的具体步骤。 5、详述绘制PCB元件DIP8的具体步骤。 附录：实验步骤 1.打开PCB工程文件4 Port Serial Interface.PRJPCB, 该工程文件在\Altium Designer\ Examples\Reference Designs\4 Port Serial Interface 文件夹中 2. 打开此工程中的原理图文件ISA Bus and Address Decoding.SchDoc 3. 尝试使用视图菜单（View 菜单）的快捷键和工具栏来实现图纸显示区域的设置。 4. 使用鼠标进行图纸的平移和缩放。 5. 分别进行单个对象和多个对象的选择 6. 分别实现所中对象的连线拖动和不连线拖动 7. 双击其中一个元器件。器件属性对话框会显示，你可以编辑器件的任何属性。 8. 实现元器件的复制和粘贴 9. 选中网络标签+12V_U/P，将其删除；然后执行菜单Place ?Net Label添加一个+12V_U/P 的网络标签。 10. 删除原理图中的任一总线，然后执行菜单Place ?Bus重新添加一条总线。 11. 删除原理图中的任一导线，然后执行菜单Place ?Wire重新添加一条导线。 12. 删除原理图中的任一总线入口，然后执行菜单Place ?Bus Entry重新添加一条导线。
《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。
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。
基于Simulink 控制系统仿真与综合设计 一、实验目的 (1) 熟悉Simulink 的工作环境及其功能模块库； (2) 掌握Simulink 的系统建模和仿真方法； (3) 掌握Simulink 仿真数据的输出方法与数据处理； (4) 掌握利用Simulink 进行控制系统的时域仿真分析与综合设计方法； (5) 掌握利用 Simulink 对控制系统的时域与频域性能指标分析方法。 二、实验内容 图2.1为单位负反馈系统。分别求出当输入信号为阶跃函数信号)(1)(t t r =、斜坡函数信号t t r =)(和抛物线函数信号2/)(2t t r =时，系统输出响应)(t y 及误差信号)(t e 曲线。若要求系统动态性能指标满足如下条件：a) 动态过程响应时间s t s 5.2≤；b) 动态过程响应上升时间s t p 1≤；c) 系统最大超调量%10≤p σ。按图1.2所示系统设计PID 调节器参数。 图2.1 单位反馈控制系统框图
图2.2 综合设计控制系统框图 三、实验要求 (1) 采用Simulink系统建模与系统仿真方法，完成仿真实验； (2) 利用Simulink中的Scope模块观察仿真结果，并从中分析系统时域性能指标（系统阶跃响应过渡过程时间，系统响应上升时间，系统响应振荡次数，系统最大超调量和系统稳态误差）； (3) 利用Simulink中Signal Constraint模块对图2.2系统的PID参数进行综合设计，以确定其参数； (4) 对系统综合设计前后的主要性能指标进行对比分析，并给出PID参数的改变对闭环系统性能指标的影响。 四、实验步骤与方法 4.1时域仿真分析实验步骤与方法 在Simulink仿真环境中，打开simulink库，找出相应的单元部件模型，并拖至打开的模型窗口中，构造自己需要的仿真模型。根据图2.1 所示的单位反馈控制系统框图建立其仿真模型，并对各个单元部件模型的参数进行设定。所做出的仿真电路图如图4.1.1所示。
《控制系统仿真》实验 指导书 电子信息与电气工程系 自动化教研室 2011年8月
前言 电子信息与电气工程系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，学时为12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《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》。 自动化教研室 2011年8月
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MA TLAB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MA TLAB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MA TLAB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。 MA TLAB中矩阵运算、绘图、数据处理等内容参见教材《控制系统数字仿真与CAD(第2版)》P56-92。 Simulink是MATLAB的一个部件，它为MA TLAB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:
制造技术综合实验 指导书 （机械设计制造及其自动化专业）机汽学院制造工程系
附录一：车刀几何角度测量方法 一、回转工作台式量角台的构造 图1-1为回转工作台式量角台组成原理。底盘1为圆盘形，在零度线左右方向各有1000角度，用于测量车刀的主偏角和副偏角，通过底盘指针2读出角度值；工作台3可绕底盘中心在零刻线左右1000范围内转动；定位块4可在平台上平行滑动，作为车刀的基准；测量 1－底盘、2－工作台指针、3－工作台、4－定位块、 5－测量片、6－大扇形刻度盘、7－立柱、8－大螺帽、 9－旋钮、10－小扇形刻度盘 图1-1 量角台的构造图1-2 测量片 片5，如图1-2所示，有主平面（大平面）、底平面、侧平面三个成正交的平面组成，在测量过程中，根据不同的情况可分别用以代表剖面、基面、切削平面等。大扇形刻度盘6上有正负450的刻度，用于测量前角、后角、刃倾角，通过测量片5的指针指出角度值；立柱7上制有螺纹，旋转升降螺母8可调整测量片相对车刀的位置。 二、测量内容 利用车刀量角台分别测量外圆车刀的几何角度：κr、κr＇、λs、γo、αo、αo ＇等基本角度。记录测得的数据，并计算出刀尖角ε和楔角β。 三、测量方法 1、根据车刀参考平面及几何参数的定义，首先确定参考辅助平面的位置，在按照几何 角度的定义测出几何角度。 2、通过测量片的测量面与车刀刀刃、刀面的贴合（重合）使指针指出所测的各几何角 度。 四、测量步骤 1、测量前的调整：调整量角台使平台、大扇形刻度盘和小扇形刻度盘指针全部指零，使定位块侧面与测量片的大平面垂直，这样就可以认为测量片： 1）主平面垂直于平台平面，且垂直于平台对称线。