第3章 MATLAB的仿真测量仪器

第3章MATLAB的仿真测量仪器

3.1 概述

3.2 电压测量

3.3 时间域的测量仪器

3.4 频率域的测量仪器

3.5 其他显示仪器

3.6 误码表

3.1 概述

测量仪器是学习、研究开发、检测验证过程中进行试验所必需的设备。对于从事工程技术工作的人，没有测量仪器是不可想象的。近年来，电子科学技术突飞猛进，相当多的工程技术人员因为种种原因，难以拥有与技术进步同步的测量仪器来进行科学研究及试验工作，而应用MA TLAB的Simulink仿真试验方法可以建立仿真的试验环境。在掌握正确的方法后，可以直接应用MA TLAB 工具箱中的测量仪器或者构建满足工作需要的测量仪器，以便提高仿真试验工作的效率，使仿真试验更加丰富多彩。

特别需要说明的是，虽然仿真有许多的用途和优点，但是仿真不是万能的，不能完全取代实际的试验。

应用MATLAB软件的M文件的编程作图功能，同样能够实现将数据文件表示为时间域、频率域的可视化的图形。本章主要介绍应用Simulink来构建和使用测量仪器的方法。

3.2 电压测量

3.2.1 指针式电压表

指针式仪表将输入的量值用图形化的指针与相应的刻度表示出来。可以通过参数设置对话框来设置仪表的外观、量程、刻度、颜色、字型等。

图3-1所示为指针式电压表仿真的模型。指针式仪表因为指针摆动有惯性，通常适用于直流参数测量。作为演示，不妨接入一个正弦波发生器。将它的信号频率设置为0.1Hz，电压表的指示范围为0～100V，采用了一个取绝对值的模块Abs（取自Simulink＼MathOperations），它也可以看成是全波整流器。指针式电压表的指针随着超低频的脉动直流电压而摆动。表3-1显示了SineWave(正弦信号发生器)的主要参数。

图3-1 指针式电压表仿真框图

表3-1 SineWave(正弦信号发生器)的主要参数

图3-2所示是指针式电压表当激活标签Ticks时的参数设置对话框。激活不同的标签，可以弹出不同的对话框。在不同的对话框里，根据对话框的提示，即可完成参数的设置。如果没有重新设置，就沿用原来的缺省设置。表3-2所示是ActiveXControl属性对话框中各种标签的列表。表3-3 所示是LowerLeft(指针式电压表)的主要参数。

图3-2指针式电压表参数设置对话框（激活标签Ticks）

表3-2 ActiveXControl属性对话框的标签内容

表3-3 LowerLeft（指针式电压表）的主要参数

3.2.2 数字式电压表

图3-3显示了数字式电压表仿真的模型。由于使用了超低频的正弦信号发生器作信号源（与上例相同），在演示时可以看清数字的变化而又不至于太快。仿真模型里采用了两种数码显示器，大的数码显示器选自Dials&GaugesBlockset（拨号盘和仪表板）工具箱，小的数码显示器就选自Simulink（仿真）的Sinks（信宿）模块库。表3-4显示了Scope(示波器)的主要参数。表3-5显示了Display(显示器)的主要参数。

图3-3 数字式电压表仿真框图

表3-4 Scope（示波器）的主要参数

表3-5 Display(显示器)的主要参数

图3-3中右上角的设备是通用数字发光二极管。图3-4显示了数字式电压表参数设置对话框。激活不同的标签，可以弹出不同的对话框。该对话框中有General（通用）、Library（库）、Background （背景）等标签。

图3-4 数字式电压表参数设置对话框

表3-6显示了GenericNumericLED（通用数字发光二极管）的主要参数。通过参数设置可以得到不同的背景色，发光二极管的开启、关闭的颜色，笔画的宽度、间距，显示器的位数等。

表3-6 GenericNumericLED（通用数字发光二极管）的主要参数

3.3 时间域的测量仪器

3.3.1 示波器

无论是通信还是信号与系统分析，电子工程领域绝大多数信号是时间的函数，系统的时间域特性也用冲激响应来描述。从事信号与系统的分析和试验离不开时间域的测量仪器。

让人们最先想到的时间域的测量仪器就是普通示波器和数字存储示波器。

普通示波器最基本的构成如下：

(1)Y（信号）通道设有宽带（直流到高频）放大器和与之相应的步进宽带衰减器，以及直流电压调节的位移旋钮。它们共同作用可以实现将小到毫伏量级、大到几百伏量级的电压信号不失真地放大，或者衰减到若干伏量级的大小，与示波管的偏转灵敏度相适应，使得屏幕上显示便于观测和分析的图像，得到合适的大小与位置的时域电波形。

(2) X（扫描）单元设有精密锯齿波产生器(亦称为时基系统)、大动态范围的线性放大器和相应的触发同步电路。应用它们可将被观测信号用不同档次的时间坐标展开，当信号与扫描同步时，显示的波形是稳定的。

数字存储示波器通过采样、模/数变换器将连续的模拟信号转换为数字信号，以便存储和显示。

用计算机仿真的示波器应用的是数字技术，具备脉冲示波器、同步示波器的功能，可以观测单次现象。正确地设置参数后，可以保持结束时的波形。数字信号存储也有许多方法。图3-5所示是一个用Scope（示波器）显示1GHz正弦波的例子（不是任何实验室中都有可以观察1GHz正弦波的示波器）。在仿真条件下正确应用Scope模块，可以观察任意频率的信号。

图3-5 1 GHz正弦波显示仿真系统框图

用鼠标左键双击仿真图3-5中的Scope（示波器）模块，弹出TimeScope显示窗，如图3-6所示。用鼠标左键单击图3-6显示窗上部工具栏中左起第二个图标，弹出的对话框如图3-7所示，主要参数设置见表3-7。表3-8给出了仿真的起始和结束时间。

图3-6 1 GHz正弦波的示波器显示图3-7 示波器显示对话框1

表3-7 Scope（示波器）的主要参数

表3-8 SimulationParameters仿真参数的设置

关键参数有两个：

（1)Timerange（时间范围）。它决定了时窗的宽度，相当于示波器的扫描速度开关。

频率愈高的信号，自然需要短的时窗（高的扫描速度），信号关于时间快速变化的特性才能得以展现。本例中，1GHz的正弦信号一个周期为1×10-9 s，在MATLAB中表示为T=1e-9，时间范围设为5e-9（即5×10-9s），刚好显示五个完整的正弦波。

（2)Sampletime（取样时间）。通常为了还原出正弦波形，一个周期内至少有20个取样点。本例取2e-11s，也就是一个周期用50个点来描述。采样点的多少，以能够不失真地再现信号的波形为原则。

表3-7中的带“*”的参数设置，是在图3-8所示的对话框里进行的（将鼠标置于图3-6所示的显示窗内，单击右键即可弹出该对话框）。对话框设置的参数决定了信号在显示窗中的垂直方向的位置和大小，其作用类似于示波器Y衰减开关和Y位移电位器。写上Title（标题）以后看起来会一目了然。

图3-8 示波器显示对话框2

下面是示波器另一应用的例子——多踪示波器。

图3-9所示是一个用示波器显示七踪信号的仿真系统。图3-10所示是示波器显示的波形。实践中的多踪示波器多数为双踪，四踪的已经非常少见。MATLAB仿真中可以构建任意多踪示波器（视需要而定）。本例中使用一个七踪信号源（伯努利信号发生器），参数设置参看表3-9。该随机数发生器可以设定 Probability ofazero（零出现的概率），本例设为0.5，即1和0出现的概率都是50%。一个由0.5组成的1行7列的矢量，以及表示7个不同的种子InitialSeed的另一个1行7列的矢量，共同决定了发生器产生7列不同的二进制随机数，它们的0出现的概率都是50%。在较复杂的电路仿真时也可以用7个不同的信号送入示波器观察。

图3-9 七踪信号显示在同一示波器上的仿真框图图3-10 七

踪信号显示在同一示波器上

其次是有一个Constant（常数矢量），它是一个7列的行矢量，在运行时叠加在信号发生器输出的7列数据流上，譬如第7列信号的每一个值加上了3.6，相当于直流电平增加了 3.6V，在示波器上波形垂直平移了3.6V（等效于调节了示波器的垂直位移旋钮）。应用这样的方法可以将每一列信号移动到希望摆放的位置。示波器参数设置时，应考虑到多踪信号与常数矢量叠加后，在垂直方向占有较大的空间，Y量程的上、下限Y max、Y min设置范围不够大时，有的信号就看不见了（在屏幕外）。表3-9~表3-11分别给出了信号源、常数、示波器的主要参数。表3-12显示了图3-9所示仿真系统的Simulationparameters（仿真时间参数）的设置。

表3-9 BernoulliRandomBinaryGenerat（伯努利二进制随机数产生器）的主要参数

表3-10 Constant（常数）的主要参数

表3-11 Scope（示波器）的主要参数

表3-12 SimulationParameters仿真参数的设置

3.3.2 X-Y记录仪

X-Y记录仪是水平X、垂直Y方向都有输入信号端子，与X、Y输入端相连的放大器分别连接到显示屏的水平与垂直偏转板的示波器。最早的应用是观察李沙育图形，用标准信号与待测信号形成的李沙育图形来进行频率的测量。数字频率计出现后，已经很少有人用这种方法测频率，但是X-Y记录仪在电子工程中仍然有许多应用。

图3-11所示是一个用X-Y记录仪显示李沙育图形的例子，分别用两个不同频率的正弦信号源接在X-Y记录仪的水平与垂直的输入端子上，X-Y记录仪(XYGraph)上面的端口是X输入端，下面的端口是Y输入端。由于接Y端子（下）的信号频率是接X端子（上）的信号频率的四倍，李沙育图形显示了一个横向排列的四个封闭图形，如图3-12所示。如果X信号频率是Y信号频率的四倍，图3-12显示的图形将旋转90°，成为纵向排列的四个封闭图形。表3-13~表3-15分别显示了X、Y输入信号的两个信号发生器、X-Y记录仪、仿真时间的参数设置。

图3-11 X-Y记录仪应用框图图3-12 X-Y记录仪显示的李沙育图形

表3-13 SignalGenerator（信号发生器）的主要参数

表3-14 X-Y记录仪(XYGraph)的主要参数

表3-15 仿真参数设置

3.3.3 逻辑分析仪

逻辑分析仪是数字电路开发、研究试验中不可缺少的仪器。它具有类似多踪示波器的特征，所不同的是：逻辑分析仪显示的是代表二进制码元的波形或者状态，信号数据流不停地进入存储器，一旦工作（存储）停止时，存储器中保留的是最后进入的，等于存储器容量的数据信息。十多路甚至几十路的码元序列以相同的时间坐标排列在屏幕上，可以沿时间轴滚动来观察。同时，可以设定特定的触发字，以此作为停止存储的参考时间坐标。

图3-13所示是一个逻辑分析仪仿真试验的例子，其显示部分是一个前面介绍过的多踪示波器（右下部分）。这里介绍一个新的示波器。它是出自DSPBlockset（数字信号处理模块）的信宿Sinks2。信号源是前面介绍过的7路伯努利二进制随机数产生器。

图3-13 逻辑分析仪仿真试验的框图

Constant1（常数）、Xor（异或门）、MatrixSum（矩阵求和，位置在DPSBlokset＼MathFunction

＼MathOperations中）、Relay（继电器）、TransDelay（传输延迟,位置在DPSBlokset＼SignalOperations 中）、Constant（常数）、trigss（触发门控开关,位置在Simulink＼Ports&Subsystem中）、StopSimulink （停止仿真,位置在Simulink＼Sinks中）等模块，共同构成了触发字控制功能电路。当7路信息流的数据在某一个时刻与原先设定的常数矢量Constant1吻合时，异或门输出一个7个零的行矢量，此时多路加法器输出最小值，由继电器整形出一个1到0的下跳，这就是触发字对应的触发脉冲，也是一个时间标记。我们常常关心的是该标记之前、之后若干时间内的信息数据，标记之后的长度由传输延迟设定。达到设定的延迟后，仿真立即停止。存储器存储的信息就是以触发字为标记之后传输延迟时间为界限之前的信息。存储器里面存储了从停止仿真倒数回去，等于存储器容量深度的所有信息。仿真停止时刻由Display模块显示。

矢量示波器设置为基于时间的，显示时长为1帧。之前是数据缓存器，可设置缓存区大小为600，重叠区为580，零阶采样保持电路设为0.01，数据速率为100b/s。这样适量示波器一次将显示600个样值。

表3-16给出了本例中采用的时间帧示波器的主要参数。示波器的使用是与采样时间联系在一起的，Horizontaldisplayspan（水平显示跨度）用于设定在屏幕上显示多少个采样点，点数与采样时间的乘积就是示波器的扫描时间。Numberofinput(输入信道数)表示输入多少路信号，它与前一款示波器不同的是，前者当注明多个信道时，是用多个显示窗显示输入的每个信号，后者则是用一个显示窗显示多个信号。如果希望将多个信号在垂直Y方向上分开，在输入之前将信号与一个长度与信号数相等的矢量相加，就可以实现将它们分开的目的。

表3-16 vector Scope（矢量示波器）的主要参数

模块名称vector scope

电器产生下降沿，经过30个样值（3s）延迟后触发STOP模块兵停止仿真。这样，矢量示波器上将显示触发字温和时刻之后的30个样值，以及触发字温和之前的30个样值。Buffer大小设置为600，它决定时间窗的大小。零阶采样保持电路设为0.01，一个码元采样10次，可使波形具有更接近方波的形状。Buffer overlap设为580，它与Buffer大小的差值越大，波形移动越快。

图3-14给出了仿真系统中Scope显示的波形，可见，5.2s时刻，七路信号同时输出“1”，与触发字（Constant1）吻合，继电器输出为零，产生下降边沿，经过3s延迟后（8.2s时刻），触发仿真停止。

图3-14 仿真系统中scope1显示的波形

图3-15所示是scope2（示波器2，即逻辑分析仪的显示屏）显示的七路随机数字信号。在水平刻度为“300”的地方，信号的值为［1111111］，此时与触发字吻合，产生最初的下跳脉冲，其后显示了300个样值。

图3-15 逻辑分析仪scope2显示的波形

表3-17给出了三个Constant（常数）模块的主要参数设置，表3-18是Relay（继电器）模块的主要参数。

表3-17 三个Constant（常数）模块参数的设置

表3-18 Relay（继电器）的主要参数

图3-16所示是仿真图中Relay（继电器）（位于Simulink＼Discontinuities中）的对话框。

图3-16 仿真图中继电器Relay的对话框

图3-17所示是系统中vector scope（矢量示波器）的对话框。

图3-17 系统中示波器scope1的对话框

图3-18所示是仿真系统中触发电路的展开图，它是由位于Simulink＼Ports&Systems中的TriggeredSubsystem模块增加了Sum（加法器）和Constant（常数）而组成的。

图3-18 仿真系统中触发电路的展开图

图3-19所示是图3-18中Trigger激活后的对话框，本例中参数Triggertype设定为Falling，表示是下降沿触发。

图3-19 在图3-18中的Trigger激活后的对话框

读者在按照本节所述的连接与参数设置建立了逻辑分析仪以后，可以改变Constant1（常数）的设置，观察在运行后矢量示波器的显示，，将伯努利二进制随机数产生器换成你所进行的仿真试验电路中各点的信号输入，就可以体验逻辑分析仪为你的仿真试验带来的方便。

3.3.4 相位仪

相位仪就是显示复信号相角随时间变化特性的仪器。它就是一个显示相角时域特性的示波器。应用MA TLAB的相关模块可以构成相位仪，在MATLAB5.3及以前的版本中也有与频谱仪、示波器做在一起的相位仪。图3-20所示是一个相位仪仿真试验的例子，应用两个正弦信号产生器分别产生复信号的实部和虚部，通过一个Real ImagtoComplex（实部虚部复合器，位于Simulink＼MathOperations中）产生一个复信号，再通过一个ComplextoMagnitudeAngle（复信号分解器,位于Simulink＼MathOperations中）将复信号分解为模与相角成分，将相角函数用示波器展示，即是一

个简单的相位仪的仿真试验系统。

图3-20 相位仪仿真试验框图

图3-21所示是相位仪仿真试验的显示图形。表3-19~表3-21分别是信号发生器、示波器、仿真时间的参数设置。

图3-21 相位仪仿真试验显示

表3-19 SignalGenerator（信号发生器）的主要参数

表3-20 Scope（示波器即相位仪）的主要参数

表3-21 SimulationParameters 仿真参数的设置

3.4 频率域的测量仪器 3.

4.11GHz 信号的频谱

信号与系统频率域特性的测量与时间域的测量同样重要，在一些特定的环境下，频率域特性的获取甚至是不可取代的。 频谱仪的基本构成如下： (1)垂直通道：宽带前置放大器，后面是外差式的带宽极窄的“中频” fm 放大器，最后是视频放大器连接到垂直偏转板。

(2)水平通道：连接到水平偏转板的扫描锯齿波电压与线性扫频信号fL~ fH 同步,线性扫频信号的范围是f L ~f H 。 线性扫频信号是外差式接收机的本振信号。输入信号的频率fc 刚好等于线性变化的扫频信号的某个频率fI( fL

由于扫频信号与显示器的锯齿波同步，水平刻度显示出与fI-fm 对应的频率刻度fc 。如果fc 由多个频率成分fck (k=1,2,…) 组成，在扫频信号变化的周期里就使fc 中的各个频率成分随着本振信号频率的线性增长，依次满足fck=fIk-fm,在显示屏上留下各自的踪迹。在水平刻度的fIk-fm 相应位置，显示出了频率为fck 的谱线，并且可以读出相应于fck 的频率刻度值。由于频谱仪的价格较贵，因此频谱仪并不普及。 计算机仿真中的频谱仪应用的是数字信号处理中的快速傅立叶变换(FFT)技术。在现代数字信号的测量仪器中，许多已经具备了FFT 的功能。在这里简要介绍FFT 的由来。

离散傅立叶变换的公式如下：

可以看出，求出离散时间域的信号x(n)的N 点离散傅立叶变换f(k)，需要N2次复数乘法和N(N-1)次复数加法运算。当N 很大时，大量的计算需要很长的时间和很多资源，影响了它的推广和应用。快速傅立叶变换FFT 利用了表达式中旋转因子W 的对称性和周期性： (3-1）

W m+LN N =W m N W -m N =W N-m N ［WN-mN ］*=WmN W m+N/2N =-W m N 将上述计算的复数乘法的次数降低为 (N/2) lbN ，复数加法的次数降低为NlbN 。计算量的锐减，极大地扩展了它的应用范围。

?????

??-===-==--=--=∑

∑

1

,...2,1,0 )(1)( 1,...2,1,0 )()(1

0210

N n W k f N k f e W N k W n x k f nk N N n N j N nk N N n π

下面介绍频谱仪的参数设置。

图3-22所示是图3-5中的SpectrumScope(频谱仪)显示的1GHz信号的频谱。表3-22所示是用鼠标点击图3-5中的SpectrumScope（频谱仪）后，弹出的对话框(如图3-23、图3-24所示)中的参数设置内容。

图3-22 图3-5中的频谱仪显示的1GHz信号的频谱

表3-22 SpectrumScope（频谱仪）的主要参数

图3-23 频谱仪参数设置对话框（激活Showaxisproperties)

频谱仪参数设置要点如下：

(1)频谱仪应用快速傅立叶变换FFT完成数据流从时域到频域的变换。

首先将时域的数据流取出一段来，FFTsize（快速傅立叶变换的长度）确定为N，以便进行FFT 的运算。通常要求N是2的幂。正因为要取出长度为N的一段数据，就需要设置相应长度的Buffersize （缓存长度），通常这两个长度是一样的。N的大小，即时窗的长短，决定了频谱仪的分辨率。时窗N愈长，频率分辨率愈高（可以将相隔很近的谱线区分开来）,但是计算出相关结果所需要的时间也愈长。

数据流分段的方法会影响FFT的结果，分段时Bufferoverlap（重叠的长度）、Numberofspectralaverages（频谱数据的平均数）会影响频谱特性的平滑程度，这两个数值愈大，特性愈平滑。时窗愈长，重叠的长度愈长，计算的时间就愈长，即频谱出现的时间延迟就要长一些。 值得注意的是，对于非平稳随机现象进行研究时，作短时傅立叶变换，本来就是想得到频谱特性随时间变化的规律。时窗N太长，降低了时频特性的时间分辨率。因此，参数的设置应具体情况具体分析。

(2)希望所研究的谱线内容出现在频谱仪显示窗的中间部分，能看到在频率轴上谱线的低端和高端的情况，以便于观察和分析。要做到这一点，将输入信号的采样频率取为期望的频率显示窗最大值的两倍即可。参数中的FrequencyRange（频率范围）选［0...Fs/2］就是这个道理（Fs就是采样频率，亦是采样时间的倒数）。此时，采样频率是频谱仪显示窗的中点频率的4倍。

(3)注意频谱仪的采样频率与被测信号的采样频率要一致。

该频谱仪完全用于数字信号测量，通常输入端与一个Zero Orderhold（采样保持电路）相连。特别是观测连续信号时，如果没有采样保持电路，频谱仪就不工作。

采样保持电路设定的参数Sampletime应与后面的频谱仪的采样时间相同。本例中，采样保持电路Hold与频谱仪的采样时间均设为2.5e-10，采样频率即为Fs=4e9（4GHz），此时1GHz的频率刻度正好在频谱仪显示窗的中心。当采样时间减小时，采样频率提高，显示窗的刻度值变大，1GHz的谱线就左移，反之就右移。

(4)在双击频谱仪模块后，从弹出的参数设置对话框中可以发现有四种激活Show（显示）的选项，下面是对激活每种选项能够进行设置的参数的介绍：

当激活Axis Properties（显示坐标轴特性）时，弹出图3-23所示的对话框。它用于设定采样时间、频率范围、坐标刻度是对数还是线性、Y轴显示的范围等与显示窗的水平垂直坐标刻度有关的量。

图3-24 频谱仪参数设置对话框（激活Showscopeproperties）

当激活Showscopeproperties（显示示波器特性）时，弹出图3-24所示的对话框。它用于设定存储器长度、FFT长度、交叠的长度、计算平均值的点数等与计算快速傅立叶变换的方法有关的量。 当激活Showdisplayproperties（显示特性）时，弹出的对话框可设定：显示时是否加Showgrid （坐标刻度线），是否保持所有的显示内容Persistence（长余辉），显示窗口是否有legend（图例），是否有Framenumber（帧数显示）等。

当激活Showlineproperties（线条特性）时，弹出的对话框可设定与线条显示有关的参数，如Linevisibility（可视性）、Styles（线形）、Markers（标记）、Colors（颜色）等。

Matlab结构图控制系统仿真

图5. 利用 SIMULINK仿

4. 建立如图11-54所示的仿真模型，其中PID控 制器采用Simulink子系统封装形式，其内部 结构如图11-31（a)所示。试设置正弦波信号 幅值为5、偏差为0、频率为10πHz\始终相位 为0，PID控制器的参数为Kp=10.75、 Ki=1.2、Kd=5，采用变步长的ode23t算法、 仿真时间为2s，对模型进行仿真。 （6)观察仿真结果。系统放着结束后，双击仿真模型中的示波器模块，得到仿真结果。单击示波器窗口工具栏上的Autoscale按钮，可以自动调整坐标来 使波形刚好完整显示，这时的波形如图所示。 图3 2. 题操作步骤如下： (1） 打开一个模型编辑窗口。 (2） 将所需模块添加到模型中。在模块库浏览器中单击Sources,将 Clock（时钟）拖到模型编辑窗口。同样，在User-Defined Functions（用户定义模块库）中把Fcn(函数模块）拖到模型编辑窗口，在Continuous（连续系统模块库）中把 Integrator（积分模块）拖到模型编辑窗口，在Sinks中把Display模块编辑窗口。 (3） 设置模块参数并连接各个模块组成仿真模型。双击Fcn模块，打开Function Block operations中把Add模块拖到模型编辑窗口，在Sinks中把Scope模块拖到模型编辑窗口。 （3） 设置模块参数并连接各个模块组成仿真模型。先双击各个正弦源，打开其Block Parameters对话框，分别设置Frequency（频率）为2*pi、 6*pi、10*pi、 14*pi、18*pi，设置Amplitude（幅值）为1、1/3、1/5、1/7和1/9，其余参数不改变。对于求和模块，將符号列表List of signs设置为 +++++。 （4） 设置系统仿真参数。单击模型

控制系统MATLAB仿真基础

系统仿真 § 4.1控制系统的数学模型 1、传递函数模型（tranfer function） 2、零极点增益模型（zero-pole-gain） 3、状态空间模型（state-space） 4、动态结构图（Simulink结构图） 一、传递函数模型(transfer fcn-----tf) 1、传递函数模型的形式 传函定义：在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换C（S）与输入量的拉氏变换R（S）之比。 C(S) b1S m+b2S m-1+…+b m G（S）=----------- =- -------------------------------- R(S) a1S n + a2S n-1 +…+ a n num(S) = ------------ den(S) 2、在MATLAB命令中的输入形式 在MATLAB环境中，可直接用分子分母多项式系数构成的两个向量num、den表示系统： num = [b1, b2, ..., b m]; den = [a1, a2, ..., a n]; 注：1）将系统的分子分母多项式的系数按降幂的方式以向量的形式输入两个变量，中间缺项的用0补齐，不能遗漏。 2）num、den是任意两个变量名，用户可以用其他任意的变量名来输入系数向量。 3）当系统种含有几个传函时，输入MATLAB命令状态下可用n1,d1;n2,d2…….。 4）给变量num，den赋值时用的是方括号；方括号内每个系数分隔开用空格或逗号；num,den方括号间用的是分号。 3、函数命令tf( ) 在MATLAB中，用函数命令tf( )来建立控制系统的传函模型，或者将零极点增益模型、状态空间模型转换为传函模型。 tf( )函数命令的调用格式为： 圆括号中的逗号不能用空格来代替 sys = tf ( num, den ) [G= tf ( num, den )]

三相异步电动机Matlab仿真

中国石油大学胜利学院综合课程设计总结报告 题目：三相异步电机直接启动特性实验模型 学生姓名：潘伟鹏 系别：机械与电气工程系 专业年级： 2012级电气工程专业专升本2班 指导教师：王铭

2013年 6 月 27日

一、设计任务与要求 普通异步电动机直接起动电流达到额定电流的6--7倍，起动转矩能达到额定转矩的1.25倍以上。过高的温度、过快的加热速度、过大的温度梯度和电磁力，产生了极大的破坏力，缩短了定子线圈和转子铜条的使用寿命。但在电网条件和工艺条件允许的情况下，异步电动机也可以直接启动。本次课程设计通过MATLAB软件建模模拟三相异步电动机直接启动时的各个元器件上的电量变化。 参考： 电力系统matlab仿真类书籍 电机类教材 二、方案设计与论证 三相异步电动机直接起动就是利用开关或接触器将电动机的定子绕组直接接到具有额定电压的电网上。 由《电机学》知三相异步电动机的电磁转矩M与直流电动机的电磁转矩有相似的表达形式。它们都与电机结构（表现为转矩常数）和每级下磁通有关，只不过在三相异步电动机中不再是通过电枢的全部电流，而是点数电流的有功分量。三相异步电机电磁转矩的表达式为： （1-1）式中——转矩常数 ——每级下磁通 ——转子功率因数 式(1-1)表明，转子通入电流后，与气隙磁场相互作用产生电磁力，因此，反映了电机中电流、磁场和作用力之间符合左手定则的物理关系，故称为机械特性的物理表达式。该表达式在分析电磁转矩与磁通、电流之间的关系时非常方便。 从三相异步电动机的转子等值电路可知， （1-2） （1-3）将式(1-2)、(1-3)代入(1-1)得：

matlab控制系统仿真.

课程设计报告 题目PID控制器应用 课程名称控制系统仿真院部名称龙蟠学院 专业自动化 班级M10自动化 学生姓名 学号 课程设计地点 C208 课程设计学时一周 指导教师应明峰 金陵科技学院教务处制成绩

一、课程设计应达到的目的 应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 二、课程设计题目及要求 1．单回路控制系统的设计及仿真。 2．串级控制系统的设计及仿真。 3．反馈前馈控制系统的设计及仿真。 4．采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。 三、课程设计的内容与步骤 (1)．单回路控制系统的设计及仿真。 （a）已知被控对象传函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。 （b）画出单回路控制系统的方框图。 （c）用MatLab的Simulink画出该系统。

（d）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应曲线。注明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=50(5s+1)/(3s+1) 给定值为单位阶跃响应幅值为3。 有积分作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 2 5 有积分作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 0 5

大比例作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 0 0 （e）修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响？ 答：由上图分别可以看出无积分作用和大比例积分作用下的系数响应曲线，这两个PID调节的响应曲线均不如前面的理想。增大比例系数将加快系统的响应，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏；

控制系统的MATLAB仿真与设计课后答案

控制系统的MATLAB仿真与设计课后答案

>>z=-4*sqrt(2)*sin(t); >>plot3(x,y,z,'p'); >>title('Line in 3-D Space'); >>text(0,0,0,'origin'); >>xlabel('X'),ylable('Y'),zlable('Z');grid; 4>>theta=0:0.01:2*pi; >>rho=sin(2*theta).*cos(2*theta); >>polar(theta,rho,'k'); 5>>[x,y,z]=sphere(20); >>z1=z; >>z1(:,1:4)=NaN; >>c1=ones(size(z1)); >>surf(3*x,3*y,3*z1,c1); >>hold on >>z2=z; >>c2=2*ones(size(z2)); >>c2(:,1:4)=3*ones(size(c2(:,1:4))); >>surf(1.5*x,1.5*y,1.5*z2,c2); >>colormap([0,1,0;0.5,0,0;1,0,0]); >>grid on >>hold off 第四章 1>>for m=100:999 m1=fix(m/100); m2=rem(fix(m/10),10); m3=rem(m,10); if m==m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3 disp(m) end end 2M文件：function[s,p]=fcircle(r) s=pi*r*r; p=2*pi*r; 主程序： [s,p]=fcircle(10) 3>>y=0;n=100; for i=1:n y=y+1/i/i; end >>y

哈工大 电机学 MATLAB 仿真 实验报告

基于MATLAB的电机学计算机辅助分析与仿真 实验报告 班级： 学号： 姓名： 完成时间：

一、实验内容 1.1单相变压器不同负载性质的相量图 通过MATLAB 画出单相变压器带感性，阻性，容性三种不同性质负载的变压器向量图 1.2感应电机的S T -曲线 通过MATLAB 画出三相感应电动机的转矩转差率曲线 二、实验要求 2.1单相变压器不同负载性质的相量图 根据给定的仿真实例画出负载相位角30,0,302-=j 三种情况下得向量图，观察电压大小与相位的关系，了解总结负载性质不同对向量图的影响 2.2感应电机的S T -曲线 根据给定的实例，画出3.1~3.1-=s 的S T -曲线，了解感应电机临界转差率的大小和稳定工作区间的大小，给出定性分析 三、实验方法 3.1单相变压器不同负载性质的相量图 1.单相变压器不同负载性质的相量图 (1)先画出负载电压'2U 的相量； (2)根据负载的性质和阻抗角画出二次电流（规算值）的相量 (3)在2U 上加上一个与电流方向相同的压降，其大小为二次电流规算值'2I 与二次漏电阻规算值'2R 之积；再加上一个超前电流方向?90的压降，其大小为二次电流'2I 规算值与二次漏电抗规算值'2χ之积； (4)根据上一步结果连线，得出'2E ； (5)超前'2E 方向?90画出m Φ； (6)根据励磁电阻与电抗的大小得出励磁阻抗角，并超前m Φ一个励磁阻抗角的大小得出m I 的方向； (7)根据平行四边形法则，做出'2I -与m I 的和，即为1I ； (8)根据'21E E =得出1E ，并得出1E -。

(9)在1E -上加上一个与电流方向相同的压降，其大小为一次电流1I 与一次漏电阻1R 之积；再加上一个超前电流方向?90的压降，其大小为一次电流1I 与一次漏电抗1χ之积； (10) 根据上一步结果连线，得出1U ； 3.2感应电机的S T -曲线 实验采用matlab 对转矩转差率曲线进行仿真。 由转矩转差率关系公式知， 2212 2122 1)()(x c x s r c r s r U m T s s +++?Ω= 只有s 为自变量，其他参数均为已知。 编程时，先取s 在0.01-1.3正区间的S T -，进行绘图；再取相应负区间对S T -绘图；最后加入（0,0） 四、实验源程序(1分) 4.1单相变压器不同负载性质的相量图 见附录 4.2感应电机的T-S 曲线 %T-S 曲线绘制 %定义常量 R2 = 0.04; R1 = 0.06; M1 = 3; U1 = 380; W = 2*pi*1485/60; X1 = 0.27; X2 = 0.56; C = 1+X1/16.4; %画出s=0.01~1.3的T-S 曲线 s = 0.01:0.01:1.3; T=ones(1,length(s));

MatLab与控制系统仿真(重点编程)

第 4 章 MatLab 的程序设计 MatLab 是一个工具、开发平台，同时它也是一门编程语言。与在命令窗口用交互的方式工作相比，通过程序运行来解决实际问题，其效率更高，因此，凡是复杂的、大型的应用都是以程序的方式执行。相对其它高级语言， MatLab 更简单、编程的效率更高、调试过程也更容易。 MatLab 中的程序文件是以 m 为后缀，所以通常将 MatLab 的程序文件称为 m 文件。MatLab提供了两种形式的m文件，即：脚本（Script）式m文件（就简称m文件）、函数型 m 文件。在 MatLab 中已经嵌入了一个功能强大的集成开发环境—— m 文件编辑器，用它来进行程序的编辑、修改、调试、运行等，完成应用开发工作。 4.1 MatLab 程序设计基础 通过前面内容的学习，大家对 MatLab 已经有了一个初步的认识和印象，到目前为止，我们都是在“命令”窗口中，以交互的方式运行，完成我们的工作。实际上简单的m 文件，就是一个批处理程序，它是若干条命令的集合。 例： 4.1.1 M 文件规则和属性 函数 M 文件必须遵循一些特定的规则。除此之外，它们有许多的重要属性，这其中包括： 1. 函数名和文件名必须相同。例如，函数 fliplr 存储在名为 fliplr.m 文件中。 2. MATLAB 头一次执行一函数个 M 文件时，它打开相应的文本文件并将命令编辑成存储器的内部表示，以加速执行以后所有的调用。如果函数包含了对其它函 数 M 文件的引用，它们也同样被编译到存储器。普通的脚本 M 文件不被编译，即使它们是从函数 M 文件内调用；打开脚本 M 文件，调用一次就逐行进行注释。 3. 在函数 M 文件中，到第一个非注释行为止的注释行是帮助文本。当需要帮助时，返回该文本。例如， ? help fliplr 返回上述前八行注释。 4. 第一行帮助行，名为 H1 行，是由 lookfor 命令搜索的行。 5. 函数可以有零个或更多个输入参量。函数可以有零个或更多个输出参量。

电机学matlab仿真大作业报告

. 基于MATLAB的电机学计算机辅助分析与仿真 实验报告

一、实验内容及目的 1.1 单相变压器的效率和外特性曲线 1.1.1 实验内容 一台单相变压器，N S =2000kVA, kV kV U U N N 11/127/21=，50Hz ，变压器的参数 和损耗为008.0* ) 75(=C k o R ，0725.0*=k X ，kW P 470=，kW P C KN o 160)75(=。 (1)求此变压器带上额定负载、)(8.0cos 2滞后=?时的额定电压调整率和额定效率。 (2)分别求出当0.1,8.0,6.0,4.0,2.0cos 2=?时变压器的效率曲线，并确定最大效率和达到负载效率时的负载电流。 (3)分析不同性质的负载（),(8.0cos 0.1cos ),(8.0cos 222超前，滞后===???）对变压器输出特性的影响。 1.1.2 实验目的 （1）计算此变压器在已知负载下的额定电压调整率和额定效率 （2）了解变压器效率曲线的变化规律 （3）了解负载功率因数对效率曲线的影响 （4）了解变压器电压变化率的变化规律 （5）了解负载性质对电压变化率特性的影响 1.1.3 实验用到的基本知识和理论 （1）标幺值、效率区间、空载损耗、短路损耗等概念 （2）效率和效率特性的知识 （3）电压调整率的相关知识 1.2串励直流电动机的运行特性 1.2.1实验内容 一台16kw 、220V 的串励直流电动机，串励绕组电阻为0.12Ω，电枢总电阻为0.2Ω。电动势常数为.电机的磁化曲线近似的为直线。其中为比例常数。假设电枢电流85A 时，磁路饱和(为比较不同饱和电流对应的效果，饱和电流可以自己改变）。

MATLAB控制系统各种仿真例题(包括simulink解法)

一、 控制系统的模型与转换 1． 请将下面的传递函数模型输入到matlab 环境。 ]52)1)[(2(24)(322 33++++++=s s s s s s s G ) 99.02.0)(1(568 .0)(22+--+=z z z z z H ，T=0.1s >> s=tf('s'); G=(s^3+4*s+2)/(s^3*(s^2+2)*((s^2+1)^3+2*s+5)); G Transfer function: s^3 + 4 s + 2 ------------------------------------------------------ s^11 + 5 s^9 + 9 s^7 + 2 s^6 + 12 s^5 + 4 s^4 + 12 s^3 >> num=[1 0 0.56]; den=conv([1 -1],[1 -0.2 0.99]); H=tf(num,den,'Ts',0.1) Transfer function: z^2 + 0.56 ----------------------------- z^3 - 1.2 z^2 + 1.19 z - 0.99 2． 请将下面的零极点模型输入到matlab 环境。请求出上述模型的零极点，并绘制其位置。 )1)(6)(5()1)(1(8)(22 +++-+++=s s s s j s j s s G ) 2.8() 6.2)(2.3()(1 511-++=----z z z z z H ，T=0.05s >>z=[-1-j -1+j]; p=[0 0 -5 -6 -j j]; G=zpk(z,p,8) Zero/pole/gain: 8 (s^2 + 2s + 2) -------------------------- s^2 (s+5) (s+6) (s^2 + 1) >>pzmap(G)

Simulink仿真软件辅助电机学教学的探索

Simulink 仿真软件辅助电机学教学的探索 张建辉，许莹莹 （华东交通大学 电气与电子工程学院，江西南昌330013） 摘 要：介绍了Simulink 的特点及其仿真建模的方法，并给出了用Simulink 仿真软件来辅助电机学教 学的具体仿真实例．实践表明，在电机学教学中使用Simulink 仿真软件，可以帮助学生理解课程中的难点，使抽象的概念形象化，既调动了学生的学习积极性，又可以提高教学效果和质量． 关键词：仿真软件；电机学；教学方法 中图分类号：TM301；TP273文献标志码：A 文章编号：1673-0143 01-0063-04 电机学是高校电类各专业一门重要的专业基础课，它所研究的对象具有实用性、普遍性，是其他后续课程的基础，在课程设置中具有关键性地位，是该专业每个学生必须学好的一门课程．但调查显示，电机学是部分学生大学期间最讨厌的两门课之一． 电机学之所以被公认为一门难学难教的课程，主要是由该课程自身的特点和教学中客观存在的一些问题引起的．电机中，电磁量随时间、空间坐标的复杂变化、旋转关系及部分电磁量的非线性关系让学生难以理解；同时，繁多的课程内容令学生“应接不暇”．电机学的研究对象本来比较实际具体，但传统教学过多地依赖理论教学，理论与实践脱节，使学生失去了应有的学习兴趣．另一方面，随着高校扩招，实验条件受到制约，学生进行动手操作的实践机会很少，难以达到应有的教学目标． 要打破这种僵化的局面、提高学生的学习积极性，必须对传统的教学方法进行改进，在教学中引入Simulink 仿真软件进行辅助教学，可以加深学生对理论知识的理解和深化，提高学生的学习兴趣，同时还能弥补硬件实验条件的不足． 1Matlab/Simulink 动态仿真软件 由美国MathWorks 公司推出的Matlab 软件是 目前国内外最流行的计算机仿真软件，旗下的 Simulink 动态建模仿真工具，具有建模方便、直观，更改参数容易，能动态显示图形等优点，在自动控制、电机拖动仿真领域得到了广泛应用，在电机学课程的教学上也能利用其发挥作用． 对电机系统进行仿真分析主要采用Simulink 下的SimPowerSystems 库．它包括6个子模块库：电源(Electrical Sources )子库含有单相交流电源、直流电压源、受控源、三相交流电源等；元件子库(Elements )有各种支路、负载和开关、变压器等主要电力设备元件；附加子库(Extra Library )含有各种附加的控制、测量模块和特殊变压器等模块；电机子库(Machines )有直流、交流、控制等各种电机；测量子库(Measurement )含有电压、电流和阻抗等测量元件；电力电子子库(Power Electronics )里有GTO 、IGBT 、MOSFET 、Thyristor 等各种电力电子元器件． 建立仿真模型时，只需通过鼠标点击相关模块库内的模型，简单拖移到模型窗口，即可建立所研究系统的仿真模型，再利用模型元件的属性对话框设置相关参数后就可以直接对系统仿真．使用Simulink 提供的示波器(Scope )模型，可显示观测点的信号波形．从而使得复杂的系统建模和仿真变得十分容易，而且这种方式非常直观、灵活，特别适合初学者． 收稿日期：2009－10－27 基金项目：教育部特色专业建设基金项目(TS10331) 作者简介：张建辉(1979—)，男，河南郾城人，讲师，硕士，主要从事电气工程及其自动化研究． 第38卷第1期2010年3月 江汉大学学报(自然科学版) Journal of Jianghan University (Natural Sciences )Vol.38No.1Mar.2010

《MATLAB与控制系统。。仿真》实验报告剖析

《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MA TLAB常用命令 表1 MA TLAB常用命令 3.MATLAB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 4.MATLAB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。

matlab电机学重难点仿真

电机学难重点的MATLAB仿真 实验报告

铁磁材料磁化曲线的拟合 一、实验内容及目的 1.实验目的 （1）了解磁化曲线的非线性和饱和特性。 （2）掌握采用MATLAB进行曲线拟合的方法。 2.基本知识 在非铁磁材料中，磁通密度B和磁场强度H之间是线性关系，其系数就是空气的磁导率。而在铁磁材料中，二者是非线性关系，称为磁化曲线。一段典型的磁化曲线如图1所示。一般的，磁化曲线都有开始阶段，线性增长阶段，拐弯阶段和饱和阶段四部分，其中线性增长阶段和拐弯阶段的交界点就是曲线的膝点。 图1 变压器磁化曲线 由于表征磁化曲线是用磁通密度B和磁场强度H两维数组表示的，是不连续的，而且其变化特征也比较复杂。当数据量很大的时候采用这种数组形式很不方便，也占用存储量，最好的处理方式，是采用曲线拟合方法，把磁化曲线表示成显函数形式的解析表达式。 二、实验要求及要点描述 （1）采用屏幕图形方式直观显示磁化曲线。 （2）利用编程方法和MATLAB的拟合函数。 （3）根据所提供的数据，合理选取全部和部分数据绘制磁化曲线，并进行比较，

不少于4条曲线。 （4）绘制每条磁化曲线对应的图和表。 （5）在一个图中显示全部曲线，并进行区分。 三、基本知识及实验方法描述 （1）利用编程方法和MATLAB的拟合函数进行曲线拟合。 （2）由于磁感应强度B与电动势E之间是呈线性关系的，而磁场强度H和电流I之间也是呈线性关系的，所以在绘制磁化曲线时可以用E-I曲线来表示B-H 曲线，作为磁化曲线。 （3）实验中利用多项式函数来进行曲线的拟合，在MATLAB中的拟合函数为p=polyfit(H1,B1,n); poly2str(p,'x'); z=polyval(p,H1);，分别选择全部数据或者部分数据进行拟合，先将数据选择好，然后再确定用几次多项式进行拟合，分别在一个图中显示四组数据拟合的曲线，更换拟合函数的多项式次数在进行实验，然后分析实验结果。 四、实验源程序 四张表的数据都进行13次拟合 >>H1=[1.40 1.43 1.46 1.49 1.52 1.55 1.58 1.61 1.64 1.67... 1.71 1.75 1.79 1.83 1.87 1.91 1.95 1.99 2.03 2.07... 2.12 2.17 2.22 2.27 2.32 2.37 2.42 2.48 2.54 2.60... 2.67 2.74 2.81 2.88 2.95 3.02 3.09 3.16 3.24 3.32... 3.40 3.48 3.56 3.64 3.72 3.80 3.89 3.98 4.07 4.16... 4.25 4.35 4.45 4.55 4.65 4.76 4.88 5.00 5.12 5.24... 5.36 5.49 5.62 5.75 5.88 6.02 6.16 6.30 6.45 6.60... 6.75 6.91 7.08 7.26 7.45 7.65 7.86 8.08 8.31 8.55... 8.80 9.06 9.33 9.61 9.90 10.2 10.5 10.9 11.2 11.6... 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.6 16.2 16.8... 17.4 18.2 18.9 19.8 20.6 21.6 22.6 23.8 25.0 26.4... 28.0 29.7 31.5 33.7 36.0 38.5 41.3 44.0 47.0 50.0... 52.9 55.9 59.0 62.1 65.3 69.2 72.8 76.6 80.4 84.2... 88.0 92.0 95.6 100.0 105.0 110.0 115.0 120.0 126.0 132.0... 138.0 145.0 152.0 166.0 173.0 181.0 189.0 197.0 205.0 ]; >> B1=0.4:0.01:1.89 a=polyfit(h1,b1,13) for n=1:151 hf1(n)=173*(n-1)/150

MATLAB控制系统与仿真设计

MATLAB控制系统与仿真 课 程 设 计 报 告 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级：测控技术与仪器1301班 姓名：吴凯 学号：1306070127

指导教师：杨洁昝宏洋 基于MATLAB的PID恒温控制器 本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。 关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。 Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid

电机学实验报告

课程名称：电机学实验指导老师：章玮成绩：__________________ 实验名称：异步电机实验实验类型：______________同组学生：旭东 一、实验目的和要求（必填）二、实验容和原理（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 1、测定三相感应电动机的参数 2、测定三相感应电动机的工作特性 二、实验项目 1、空载试验 2、短路试验 3、负载试验 三、实验线路及操作步骤 电动机编号为D21，其额定数据：P N=100W，U N=220V，I N=0.48A，n N=1420r/min，R=40Ω，定子绕组△接法。 1、空载试验 （1）所用的仪器设备：电机导轨，功率表（DT01B），交流电流表（DT01B），交流电压表（DT01B）。 （2）测量线路图：见图4-4，电机绕组△接法。 （3）仪表量程选择：交流电压表250V，交流电流表0.5A，功率表250V、0.5A。（4）试验步骤： 安装电机时，将电机和测功机脱离，旋紧固定螺丝。 试验前先将三相交流可调电源电压调至零位，接通电源，合上起动开S1，缓缓升高电源电压使电机起动旋转，注意观察电机转向应符合测功机加载的要求（右视机组，电机旋转方向为顺时针方向），否则调整电源相序。注意：调整相序时应将电源电压调至零位并切断 电源。

接通电源，合上起动开关S1，从零开始缓缓升高电源电压，起动电机，保持电动机在额定电压时空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。 调节电源电压由1.2倍（264V~66V）额定电压开始逐渐降低，直至电机电流或功率显著增大为止，在此围读取空载电压、空载电流、空载功率，共读取7~9组数据，记录于表4-3中。注意：在额定电压附近应多测几点。 试验完毕，将三相电源电压退回零位，按下电源停止按钮，停止电机。 表4-3 2、短路试验 （1）所用的仪器设备：同空载试验 （2）测量线路图：见图4-4，电机绕组△接法。 （3）仪表量程选择：交流电压表250V，交流电流表1A，功率表250V、2A。

电机MATLAB仿真实验

实验一单相变压器空载仿真实验 一、实验目的 1 用仿真的方法了解并求取变压器的空载特性。 2 通过变压器空载仿真了解并求取变压器的参数和损耗。 二、预习要点 1 变压器空载运行有什么特点？ 2 在变压器空载实验仿真中，如何通过仿真测取变压器的铁耗。 三、仿真项目 1 完成变压器空载运行仿真模型的搭建和参数设定。 2 仿真测取空载特性U0=f(I0)，P0= f(U0)，cosΦ0= f(U0)。 四、仿真方法 1 仿真模块 三相交流电压源 可饱和单相变压器 交流电压表 交流电流表 有功、无功功率表 示波器 显示测量数据 计算均方根值（有效值）模块 电力系统仿真环境模块（电力系统仿 真模型中必须含有一个） 2 仿真模型

三 相交流 电 压 源 V1 W A V2 U V W P0 U0 I0 a A x X 55V U AX * * 图1 变压器空载实验接线图 图2 单相变压器空载仿真模型示例图 图3 变压器参数设置示例图（右侧饱和曲线数据请输入到左侧Saturation Characteristic一栏） 3 空载仿真 1）根据图1的接线图进行仿真模型搭建，搭建仿真模型如图2所示，所有频率的设置均改成50。 2）对单相变压器以及其他元器件模块的参数设置，选定额定电压，变压器变比等。设定其额定容量S N=77 V A，U1N/U2N=55/220V。变压器低压侧接电源，高压侧开路。变压器参数设置如图3所示。

3）可自行根据需要选择需要测量的波形以及有效值量，加入示波器以及计算模块进行测量并设定仿真时间。 4）调节电压源电压，调节范围在（1.25~0.2）U N范围内，测取变压器的U0，I0，P0，cosΦ0以及二次侧电压U AX等数据。 5）测取数据时，在额定电压附近侧的点较密，共测取10组数据记录于下表。 表1 空载实验数据 五、实验报告 1. 完成表1 2. 绘制U0-I0特性曲线 3. 计算变压器变比 4. 计算低压侧的励磁参数

《控制系统MATLAB仿真》实验讲义88

《自动控制原理实验》 目录 第一部分实验箱的使用 第二部分经典控制实验 第一章基本实验 实验一典型环节及其阶跃响应 实验二二阶系统阶跃响应 实验三控制系统的稳定性分析 实验四控制系统的频率特性 实验五连续控制系统的串联校正 实验六数字PID控制实验 第二章综合实验 第三部现代控制理论实验 第一章基本实验 第二章综合实验

实验一 典型环节及其阶跃响应 预习要求： 1、复习运算放大器的工作原理；了解采用A μ741运算放大器构成各种运算电路的方法； 2、了解比例控制、微分控制、积分控制的物理意义。 一、实验目的 1、学习自动控制系统典型环节的电模拟方法，了解电路参数对环节特性的影响。 2、学习典型环节阶跃响应的测量方法； 3、学会根据阶跃响应曲线计算确定典型环节的传递函数。 二、实验内容 1、比例环节 电路模拟： 图1-1 传递函数： 2211 ()()()U s R G s U s R ==- 2、惯性环节 电路模拟： 图1-2 传递函数： 22112()/()()11 U s R R K G s U s Ts R Cs = =-=- ++ 3、积分环节 电路模拟： A/D1 D/A1 A/D1

图1-3 传递函数： 21()11 ()()U s G s U s Ts RCs = =-=- 4、微分环节 电路模拟： 图1-4 传递函数： 211() ()() U s G s s RC s U s τ= =-=- 5、比例微分 电路模拟： 图1-5 传递函数： 222111 ()()(1)(1)()U s R G s K s R C s U s R τ= =-+=-+ 6、比例积分 电路模拟： 图1-6 A/D1 2 R D/A1 A/D1 A/D1 A/D1 C

MatLab与控制系统仿真(重点编程)

第4章MatLab的程序设计 MatLab是一个工具、开发平台，同时它也是一门编程语言。与在命令窗口用交互的方式工作相比，通过程序运行来解决实际问题，其效率更高，因此，凡是复杂的、大型的应用都是以程序的方式执行。相对其它高级语言，MatLab更简单、编程的效率更高、调试过程也更容易。 MatLab中的程序文件是以m为后缀，所以通常将MatLab的程序文件称为m文件。MatLab提供了两种形式的m文件，即：脚本（Script）式m文件（就简称m文件）、函数型m文件。在MatLab中已经嵌入了一个功能强大的集成开发环境——m文件编辑器，用它来进行程序的编辑、修改、调试、运行等，完成应用开发工作。 4.1 MatLab程序设计基础 通过前面内容的学习，大家对MatLab已经有了一个初步的认识和印象，到目前为止，我们都是在“命令”窗口中，以交互的方式运行，完成我们的工作。实际上简单的m文件，就是一个批处理程序，它是若干条命令的集合。 例： 4.1.1 M文件规则和属性 函数M文件必须遵循一些特定的规则。除此之外，它们有许多的重要属性，这其中包括： 1. 函数名和文件名必须相同。例如，函数fliplr存储在名为fliplr.m文件中。 2. MATLAB头一次执行一函数个M文件时，它打开相应的文本文件并将命令编辑成存储器的内部表示，以加速执行以后所有的调用。如果函数包含了对其它函数M文件的引用，它们也同样被编译到存储器。普通的脚本M文件不被编译，即使它们是从函数M文件内调用；打开脚本M文件，调用一次就逐行进行注释。 页脚内容1

3. 在函数M文件中，到第一个非注释行为止的注释行是帮助文本。当需要帮助时，返回该文本。例如，? help fliplr返回上述前八行注释。 4. 第一行帮助行，名为H1 行，是由lookfor命令搜索的行。 5. 函数可以有零个或更多个输入参量。函数可以有零个或更多个输出参量。 6. 函数可以按少于函数M文件中所规定的输入和输出变量进行调用，但不能用多于函数M文件中所规定的输入和输出变量数目。如果输入和输出变量数目多于函数M文件中function语句一开始所规定的数目，则调用时自动返回一个错误。 相对于函数m文件，脚本式m文件就简单多了，它没有严格的格式要求，只要将有关的命令或函数一一敲入即可，但是还是有几个问题需要注意： 1. m文件的名称不得与MatLab的内部函数同名、第一个字符不得为数字（这点与变量的命名规则相同）； 2. 最好在文件的头部加上注释，对该m文件的作用、功能作一个简要说明，而在一些重要命令行后也加上注释行，以方便使用者阅读、查找； 3. 要特别注意m文件的保存路径或位置，如果不是保存在MatLab默认的路径下，可以使用addpath函数来设置、添加路径，否则，m文件不能运行。 脚本式m文件与函数m文件还有一个重要区别：脚本式m文件中的变量均为全局变量，而函数m文件中的变量则是局部变量。这可以从这两种程序文件运行后在Workspace中留下痕迹看出。当然，在函数m文件中也可以专门将某些变量定义为全局变量（关键字是：global）。不过，在使用全局变量（函数m文件中）时应特别注意： ①.全局变量需要函数体的变量赋值语句之前定义或说明； ②.全局变量名最好是大写，而且要尽量长，能反映它本身的含义； 页脚内容2

(完整版)电机电机学实验报告

电机学实验报告

实验一直流他励电动机机械特性一．实验目的 了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性 二．预习要点 1．改变他励直流电动机械特性有哪些方法？ 2．他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？ 3．他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。 三．实验项目 1．电动及回馈制动特性。 2．电动及反接制动特性。 3．能耗制动特性。 四．实验设备及仪器 1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。 2．电机导轨及转速表（MEL-13、MEL-14） 3．三相可调电阻900Ω（MEL-03） 4．三相可调电阻90Ω（MEL-04） 5．波形测试及开关板（MEL-05） 6、直流电压、电流、毫安表（MEL-06） 7．电机起动箱（MEL-09） 五．实验方法及步骤 1．电动及回馈制动特性

接线图如图5-1 M为直流并励电动机M12（接成他励方式），U N=220V，I N=0.55A，n N=1600r/min，P N=80W；励磁电压U f=220V，励磁电流I f＜0.13A。 G为直流并励电动机M03（接成他励方式），U N=220V，I N=1.1A，n N=1600r/min; 直流电压表V1为220V可调直流稳压电源自带，V2的量程为300V（MEL-06）； 直流电流表mA1、A1分别为220V可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表； mA2、A2分别选用量程为200mA、5A的毫伏表、安培表（MEL-06） R1选用900Ω欧姆电阻（MEL-03） R2选用180欧姆电阻（MEL-04中两90欧姆电阻相串联） R3选用3000Ω磁场调节电阻（MEL-09） R4选用2250Ω电阻（用MEL-03中两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联） 开关S1、S2选用MEL-05中的双刀双掷开关。 按图5-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻等的设置； （1）开关S1合向“1”端，S2合向“2”端。 （2）电阻R1至最小值，R2、R3、R4阻值最大位置。 （3）直流励磁电源船形开关和220V可调直流稳压电源船形开关须在断开位置。 实验步骤。 a．按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为U N=220伏，调节R2阻值至零。 b．分别调节直流电动机M的磁场调节电阻R1，发电机G磁场调节电阻R3、负载电阻R4（先调节相串联的900Ω电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器，再调节900Ω电阻相并联的旋钮），使直流电动机M的转速n N=1600r/min，I f+I a=I N=0.55A，此时I f=I fN，记录此值。