基于Simulink控制系统的稳态误差分析

实验三系统的稳态误差分析一.实验目的：1.了解系统开环增益和系统型别对稳态误差的影响。

2.了解输入信号的形式和幅值对系统稳态误差的影响。

3.分析扰动作用下对系统稳态误差的影响。

4.研究减小或消除稳态误差的措施。

1.分别观测输入信号为阶跃信号、斜坡信号、加速度信号时，不同系统型别稳态误差的变化情况。

2.对有差系统，增大或减小系统的开环增益，观察系统稳态误差的变化3.改变输入信号的幅值，观察系统稳态误差的变化。

4.观测有扰动作用时，系统稳态误差的变化。

5.采取一种措施消除阶跃扰动对系统的影响。

三.实验原理:阶跃输入信号作用丁0型系统，如图（3-1）所示:图（3-1）斜坡输入信号作用丁I型系统，如图（3-2）所示:图（3-2）加速度输入信号作用丁II型系统，如图（3-3）所示:图（3-3）图（3-4）四.实验步骤：利用MATLAB中的Simulink仿真软件。

1.参照实验一的步骤，建立如图（3-1）所示的实验方块图进行仿真;2.单击工具栏中的卜图标，开始仿真，观测在阶跃输入信号作用下,型系统的输出曲线和误差曲线，记录此时的稳态误差值，并与理论计算值相比较；3.有误差时，调整“ Gain”模块的增益，观察稳态误差的变化，分析系统开环增益对稳态性能的影响；4.有误差时，调整输入信号的幅值，观察稳态误差的变化，分析输入信号的大小对稳态误差的影响；5.将对象分别更换为I型和皿型系统，观察在阶跃输入信号作用下，型和皿型系统的输出曲线和误差曲线，记录此时的稳态误差值。

6.更换输入信号的形式为斜坡信号，参考图（3-2）所示的实验方块图，重复步骤2~4,分别观测0型、I型和II型系统的稳态误差。

7.再将输入信号的形式更换为加速度信号,参考图（3-3）所示的实验方块图，重复步骤2~4,分别观测0型、I型和II型系统的稳态误差。

8.在扰动信号作用下，仿真实验方块图如图(3-4)所示，输入阶跃扰动信号,观测系统的输出曲线和误差曲线，记录此时的稳态误差值，并与计算的理论值相比较；9.调整“Gain”模块的增益，观察稳态误差有无变化；,10.再调整“Gainl”模块的增益，观察稳态误差有无变化；11.在扰动作用点之前增加积分环节消除阶跃扰动对系统输出的影响。

基于simulink汽车速度控制系统的设计与仿真摘要：目前许多汽车把汽车速度控制系统作为配属设备或选配设备。

汽车装有汽车速度控制系统后，当驾驶员启动这一装置并进行一些简单的设置后，该装置可自动保持某一恒定速度行驶，而不踩油门。

由于电子系统能准确地控制车辆的速度，从而使高速行驶的车辆更加安全、平稳。

在文中，首先对汽车的运动原理进行分析，建立控制系统简化模型，根据研究对象的物理特性建立起汽车速度控制控制系统的微分方程，再将该微分方程进行线性化处理，运用PID控制理论的方法对汽车速度控制控制系统进行分析和控制。

然后对汽车速度控制系统进行设计分析，在已有的模型下，对设计的汽车速度控制系统进行Matlab语言仿真。

关键词：速度控制系统PID控制仿真指导老师签名:Design and Simulation of the vehicle speedcontrol systemStudent name Class:Supervisor:Abstract:At present, many cars make car speed control system as an attachment device or optional equipment. The car is fitted with the motor speed control system, when the driver start the device and make some simple settings, the device can automatically maintain a constant speed, and do not step on the accelerator. Because the electronic system can accurately control the speed of the vehicle, so that the high-speed vehicles more secure, stable.In this paper, the first principle of the movement of automobile is analyzed, establishing control system is simplified model, based on physical characteristics of the research object to establish the vehicle speed control differential equation of the control system, then the differential equation is linearized by using the method of control theory, analyze and control the motor speed control system. Then the design of the vehicle speed control system, the existing model, to design vehicle speed control system simulation language Matlab.Keyword：Speed control system PID control simulationSignature of Supervisor:目录1绪论 (1)1.1选题的依据及课题意义 (1)1.2汽车速度控制研究概况及发展趋势 (1)2速度控制系统的简述 (3)2.1汽车速度控制系统原理 (3)2.2速度控制系统的分类 (3)2.3速度控制系统的基本用途 (4)2.4电子式多功能速度控制系统功能 (4)3系统模型建立及性能分析 (6)3.1汽车受力分析 (6)3.2行驶汽车仿真模型 (7)3.3 动态性能和稳态性能指标 (8)4 PID控制器 (10)4.1 PID控制简述 (10)4.2 PID控制规律 (10)4.3 PID作用分析 (14)5 系统仿真及结果分析 (15)5.1 SIMULINK简介 (15)5.2实验方案选择 (15)5.2.1采用P控制 (15)5.2.2采用PI控制 (20)5.2.3采用PID控制 (22)5.3实验结果分析 (25)总结 (26)参考文献 (27)致谢 (28)1绪论1.1选题的依据及课题意义随着汽车工业和公路运输业的发展，汽车将走进千家万户，驾驶人员非职业化的特点将突出，车辆驾驶的自动化己成为汽车发展的主要趋势。

simulink仿真实验报告Simulink仿真实验报告一、引言Simulink是一种基于模型的设计和仿真工具，广泛应用于各领域的工程设计和研究中。

本次实验将利用Simulink进行系统仿真实验，通过搭建模型、参数调整、仿真运行等过程，验证系统设计的正确性和有效性。

二、实验目的本实验旨在帮助学生掌握Simulink的基本使用方法，了解系统仿真的过程和注意事项。

通过本实验，学生将能够：1. 熟悉Simulink的界面和基本操作；2. 理解和掌握模型构建的基本原理和方法；3. 学会调整系统参数、运行仿真和分析仿真结果。

三、实验内容本实验分为以下几个步骤：1. 绘制系统模型：根据实验要求，利用Simulink绘制出所需的系统模型，包括输入、输出、控制器、传感器等。

2. 参数设置：针对所绘制的系统模型，根据实验要求设置系统的参数，例如增益、阻尼系数等。

3. 仿真运行：通过Simulink的仿真功能，对所构建的系统模型进行仿真运行。

4. 仿真结果分析：根据仿真结果，分析系统的动态性能、稳态性能等指标，并与理论值进行对比。

四、实验结果与分析根据实验要求，我们绘制了一个负反馈控制系统的模型，并设置了相应的参数。

通过Simulink的仿真功能，我们进行了仿真运行，并获得了仿真结果。

仿真结果显示，系统经过调整参数后，得到了较好的控制效果。

输出信号的稳态误差较小，并且在过渡过程中没有发生明显的振荡或超调现象。

通过与理论值进行对比，我们验证了系统的稳态稳定性和动态响应性能较为理想。

五、实验总结通过本次实验，我们掌握了使用Simulink进行系统仿真的基本方法和技巧。

了解了系统模型构建的基本原理，并学会了参数调整和仿真结果分析的方法。

这对于我们今后的工程设计和研究具有重要的意义。

六、参考文献1. 《Simulink使用手册》，XXX出版社，20XX年。

2. XXX，XXX，XXX等.《系统仿真与建模实践教程》. 北京：XXX出版社，20XX年。

自动控制系统的稳定性和稳态误差分析本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March实验三 自动控制系统的稳定性和稳态误差分析一、实验目的1、研究高阶系统的稳定性，验证稳定判据的正确性；2、了解系统增益变化对系统稳定性的影响；3、观察系统结构和稳态误差之间的关系。

二、实验任务1、稳定性分析欲判断系统的稳定性，只要求出系统的闭环极点即可，而系统的闭环极点就是闭环传递函数的分母多项式的根，可以利用MATLAB 中的tf2zp 函数求出系统的零极点，或者利用root 函数求分母多项式的根来确定系统的闭环极点，从而判断系统的稳定性。

（1）已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为0.2( 2.5)()(0.5)(0.7)(3)s G s s s s s +=+++，用MATLAB 编写程序来判断闭环系统的稳定性，并绘制闭环系统的零极点图。

在MATLAB 命令窗口写入程序代码如下： z= p=[0,,,-3] k=Go=zpk(z,p,k) Gc=feedback(Go,1) Gctf=tf(Gc) 运行结果如下： Transfer function: s +--------------------------------------- s^4 + s^3 + s^2 + s +s^4 + s^3 + s^2 + s + 是系统的特征多项式，接着输入如下MATLAB程序代码：den=[1,,,,]p=roots(den)运行结果如下：p =+-p为特征多项式dens的根，即为系统的闭环极点，所有闭环极点都是负的实部，因此闭环系统是稳定的。

下面绘制系统的零极点图，MATLAB程序代码如下：z=p=[0,,,-3]k=Go=zpk(z,p,k)Gc=feedback(Go,1)Gctf=tf(Gc)[z,p,k]=zpkdata(Gctf,'v')pzmap(Gctf)grid运行结果如下：z =p =+-k =输出零极点分布图如图3-1所示。

实验三 自动控制系统的稳定性和稳态误差分析一、实验目的1、研究高阶系统的稳定性，验证稳定判据的正确性；2、了解系统增益变化对系统稳定性的影响；3、观察系统结构和稳态误差之间的关系。

二、实验任务1、稳定性分析欲判断系统的稳定性，只要求出系统的闭环极点即可，而系统的闭环极点就是闭环传递函数的分母多项式的根，可以利用MATLAB 中的tf2zp 函数求出系统的零极点，或者利用root 函数求分母多项式的根来确定系统的闭环极点，从而判断系统的稳定性。

（1）已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为0.2( 2.5)()(0.5)(0.7)(3)s G s s s s s +=+++，用MATLAB 编写程序来判断闭环系统的稳定性，并绘制闭环系统的零极点图。

在MATLAB 命令窗口写入程序代码如下： z=-2.5p=[0,-0.5,-0.7,-3] k=0.2 Go=zpk(z,p,k) Gc=feedback(Go,1) Gctf=tf(Gc) 运行结果如下： Transfer function: 0.2 s + 0.5 --------------------------------------- s^4 + 4.2 s^3 + 3.95 s^2 + 1.25 s + 0.5s^4 + 4.2 s^3 + 3.95 s^2 + 1.25 s + 0.5是系统的特征多项式，接着输入如下MATLAB程序代码：den=[1,4.2,3.95,1.25,0.5]p=roots(den)运行结果如下：p =-3.0058-1.0000-0.0971 + 0.3961i-0.0971 - 0.3961ip为特征多项式dens的根，即为系统的闭环极点，所有闭环极点都是负的实部，因此闭环系统是稳定的。

下面绘制系统的零极点图，MATLAB程序代码如下：z=-2.5p=[0,-0.5,-0.7,-3]k=0.2Go=zpk(z,p,k)Gc=feedback(Go,1)Gctf=tf(Gc)[z,p,k]=zpkdata(Gctf,'v')pzmap(Gctf)grid运行结果如下：z =-2.5000p =-3.0058-1.0000-0.0971 + 0.3961i-0.0971 - 0.3961ik =0.2000输出零极点分布图如图3-1所示。

自动控制技术与其应用实验报告系别：班级：XX：学号：实验二典型环节与其阶跃响应（▲）一、实验目的1. 学习构成典型环节的模拟电路，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，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。

3. 学习用MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。

二、实验设备和仪器1．计算机；2. MA TLAB软件三、实验结果分析与结论1.比例环节 G1(S)=1和G2(S)=2（二选一）比例环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图比例环节特点：成比例，无失真和延迟2.惯性环节 G1(S)=1/(S+1)和G2(S)=1/(0.5S+1) （二选一）绘制：仿真结构图、单位阶跃响应波形图(需要注明必要的特殊点)惯性环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图惯性环节特点：输出量不能立即随输入量的变化而变化，存在时间上延迟，输出无振荡3.积分环节G1(S)=(1/S)和G2(S)=(1/（0.5S）)绘制：仿真结构图、单位阶跃响应波形图(需要注明必要的特殊点)积分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图积分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图积分环节特点：输出量反应输入量的时间积累4.微分环节G1(S)=0.5S和G2(S)=2S绘制：仿真结构图、单位阶跃响应波形图(需要注明必要的特殊点)微分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图微分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图微分环节特点：输出能够预示输入信号的变化趋势5.比例微分环节G1(S)=(2+S)和G2(S)=(1+2S)绘制：仿真结构图、单位阶跃响应波形图(需要注明必要的特殊点)比例微分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图比例微分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图比例微分环节特点：调节与时，偏差小，当输出稳定时的幅值与比例环节的比例系数成正比6.比例积分环节G1（S）=(1+1/S)和G2（S）=2（1+1/2S）绘制：仿真结构图、单位阶跃响应波形图(需要注明必要的特殊点)比例积分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图比例积分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图比例积分环节特点：应速度变快，其输出与积分时间常数有关四、实验心得与体会通过实验可以更加形象生动、清晰、一目了然，让我们更容易掌握各个环节的特点，同时掌握了MATLAB 的一些基本绘图仿真知识。

MATLAB/Simulink与控制系统仿真实验报告姓名：喻彬彬学号：K031541725实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立一、实验目的1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识；2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。

二、实验设备电脑一台；MATLAB 仿真软件一个三、实验内容1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。

2、一个单位负反馈二阶系统，其开环传递函数为210()3G s s s =+。

用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。

3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+，其中250()23s G s s s+=+。

用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。

4、一闭环系统结构如图所示，其中系统前向通道的传递函数为320.520()0.11220s G s s s s s+=+++，而且前向通道有一个[-0.2，0.5]的限幅环节，图中用N 表示，反馈通道的增益为1.5，系统为负反馈，阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。

用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。

四、实验报告要求实验报告撰写应包括实验名称、实验内容、实验要求、实验步骤、实验结果及分析和实验体会。

五、实验思考题总结仿真模型构建及调试过程中的心得体会。

题1、（1）利用Simulink的Library窗口中的【File】→【New】，打开一个新的模型窗口。

（2）分别从信号源库（Sourse）、输出方式库（Sink）、数学运算库（Math）、连续系统库（Continuous）中，用鼠标把阶跃信号发生器（Step）、示波器（Scope）、传递函数（Transfern Fcn）和相加器（Sum）4个标准功能模块选中，并将其拖至模型窗口。

河南机电高等专科学校《自动控制原理》实验指导书专业：电气自动化技术、计算机控制技术生产过程自动化技术等吴君晓编2008年9月目录实验一 (2)实验二 (4)实验三 (6)实验四 (8)实验五 (10)实验六 (12)实验七 (14)实验八 (15)实验九 (17)实验一建立MATLAB环境下控制系统数学模型一. 实验目的1.熟悉MATLAB实验环境，掌握MATLAB命令窗口的基本操作。

2.掌握MATLAB建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。

3.掌握使用MATLAB命令化简模型基本连接的方法。

二、实验设备和仪器1．计算机2. MATLAB软件三、实验原理控制系统常用的数学模型有四种：传递函数模型（tf对象）、零极点增益模型（zpk对象）、结构框图模型和状态空间模型（ss对象）。

经典控制理论中数学模型一般使用前三种模型，状态空间模型属于现代控制理论范畴。

1.传递函数模型（也称为多项式模型）连续系统的传递函数模型为：在MATLAB中用分子、分母多项式系数按s的降幂次序构成两个向量：num = [ b0 , b1 ,…, bm ] ，den = [ a0 , a1 ,…, an]。

用函数tf ( )来建立控制系统的传递函数模型，其命令调用格式为：G = tf ( num , den )注意：对于已知的多项式模型传递函数，其分子、分母多项式系数两个向量可分别用G.num{1}与G.den{1}命令求出。

2.零极点增益模型零极点模型是是分别对原传递函数的分子、分母进行因式分解，以获得系统的零点和极点的表示形式。

式中，K为系统增益，z1，z2，…，z m为系统零点，p1，p2，…，p n为系统极点。

在MATLAB 中，用向量z，p，k构成矢量组[ z, p, k ]表示系统。

即z = [ z1, z2 ,…,z m ]，p = [ p1, p2,…, p n ]，k = [ k ],用函数命令zpk ( )来建立系统的零极点增益模型，其函数调用格式为：G = zpk ( z, p, k )3.控制系统模型间的相互转换零极点模型转换为多项式模型: G＝zpk(G)多项式模型转化为零极点模型: G＝tf(G)4.系统反馈连接之后的等效传递函数两个环节反馈连接后，其等效传递函数可用feedback ( )函数求得。

simulink仿真实验报告Simulink 仿真实验报告引言：Simulink 是一种常用的建模和仿真工具，它可以帮助工程师们在设计和开发过程中进行系统级建模和仿真。

本文将通过一个实际的仿真实验来展示 Simulink 的应用。

一、实验背景在现代工程领域中，系统的建模和仿真是非常重要的一步。

通过仿真实验，我们可以在实际制造之前对系统进行测试和优化，节省了时间和成本。

本实验的目标是使用 Simulink 对一个电机驱动系统进行建模和仿真，以验证其性能和稳定性。

二、实验步骤1. 系统建模在 Simulink 中，我们首先需要将电机驱动系统进行建模。

我们可以使用Simulink 提供的各种组件来构建系统模型，例如传感器、控制器、电机等。

在本实验中，我们将使用 PID 控制器来控制电机的转速。

2. 参数设置在建模过程中，我们需要设置各个组件的参数。

例如，我们需要设置 PID 控制器的比例、积分和微分系数，以及电机的转动惯量和阻尼系数等。

这些参数的设置将直接影响系统的性能。

3. 仿真运行在模型建立和参数设置完成后，我们可以进行仿真运行。

通过设置仿真时间和输入信号，我们可以观察系统在不同条件下的响应情况。

例如，我们可以通过改变输入信号的频率和幅度来测试系统的稳定性和鲁棒性。

4. 结果分析仿真运行完成后，我们可以分析仿真结果。

通过观察输出信号的波形和频谱，我们可以评估系统的性能和稳定性。

例如，我们可以计算系统的响应时间、超调量和稳态误差等指标，以评估系统的控制效果。

三、实验结果在本实验中，我们成功建立了一个电机驱动系统的 Simulink 模型，并进行了仿真运行。

通过观察仿真结果，我们发现系统在不同输入信号条件下的响应情况。

在一些情况下，系统的响应时间较短，稳态误差较小，表现出良好的控制效果。

然而，在一些极端情况下，系统可能出现超调或不稳定的现象，需要进一步优化参数和控制策略。

四、实验总结通过本次仿真实验，我们深入了解了 Simulink 的应用和优势。

实验一: 使用simulink对给定对象进行控制仿真一：原理说明：一般说, 增加控制系统比例增益, 可以提高系统的响应速度, 同时也会降低稳态误差。

尽管如此, 如果比例增益太大, 系统超调就会增大, 如果Kp再进一步增加, 震荡就会加大, 系统就会变得不稳定。

图a实验原理图如下图（a）所示, 其中原理图中给定的黄色的输入信号的理想的输入稳定值是1（如图（b）中的箭头所示）, 而根据误差中值定理算得它的实际的稳定值是0.6。

通过尝试使用不同的Kp值, 观察Kp的设定对系统动态过程的影响如下图(b)、 (c) 、(d) 、(e)所示。

当: A.要求系统的静差为给定值的40%时, 计算为: （1 -0.6）/1*100%=40%）, 系统的静差为给定值的40%的图像如左图（d）所示；B.系统要求它的超调量小于或者等于40%的条件下, 使得系统的上升时间尽量减少, 计算过程为: （1.4-1）/1*100%=40%）,系统要求超调量小于或者40%的条件下, 使得系统的上升时间尽量减少的图像如左图（e）所示。

一: 当给定KP 分别为 0.8、2.4、3.5 :Kp 的设定对系统动态过程的影响图像如左图（b ）所示:1_1: 当调节KP 分别为1.3.5:Kp 的设定对系统动态过程的影响图像如左图（c ）所示:1_2: 当调节KP 分别为 1.5.3.5 : 图（b ）图（c ）系统的静差为给定值40%（注: （1-0.6）/1*100%=40%）的图像如左图（d）所示:图（d）对于单位负反馈, 静差E(S)=R(S)-C(S), 其中输入信号为1（t）根据终值定理可知当KP取1.5时, 系统的静差刚好为给定值的40%。

1_3: 当调节KP分别为7、3.5:➢系统要超调量小于或40%（（1.4-1）/1*100%=40%）条件下, 使系统上升时间尽量减少如图（e）所示:➢总结: 联系上图（b）、（c）、（d）、（e）可知, KP由0.8一直增大到7可以看出, 增大比例系数KP可以加快系统的响应, 在有静差的时候有助于减小静差。