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matlab自控仿真实验报告

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目录实验一 MATLAB及仿真实验（控制系统的时域分析） (1)实验二 MATLAB及仿真实验（控制系统的根轨迹分析） (4)实验三 MATLAB及仿真实验（控制系统的频域分析） (7)实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析）学习利用MATLAB 进行以下实验，要求熟练掌握实验内容中所用到的指令，并按内容要求完成实验。

一、实验目的学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点1、 系统的典型响应有哪些？2、 如何判断系统稳定性？3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法（一） 四种典型响应1、 阶跃响应：阶跃响应常用格式：1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。

2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。

3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。

4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。

2、 脉冲响应：脉冲函数在数学上的精确定义：0,0)(1)(0〉==⎰∞t x f dx x f其拉氏变换为：)()()()(1)(s G s f s G s Y s f ===所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。

脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ②);,();,(T sys impulse Tn sys impulse③ ),(T sys impulse Y =（二） 分析系统稳定性 有以下三种方法：1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图；2、 利用tf2zp 求出系统零极点；3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.四、实验内容 (一) 稳定性1． 系统传函为()27243645232345234+++++++++=s s s s s s s s s s G ，试判断其稳定性den=[1 3 4 2 7 2]; p=roots(den) 输出结果是：p =-1.7680 + 1.2673i -1.7680 - 1.2673i 0.4176 + 1.1130i 0.4176 - 1.1130i -0.2991有实部为正根，所以系统不稳定。

2． 用Matlab 求出253722)(2342++++++=s s s s s s s G 的极点。

den=[1 7 3 5 2];p=roots(den) 输出结果：p = -6.6553 0.0327 + 0.8555i 0.0327 - 0.8555i -0.4100（二）阶跃响应1. 二阶系统()102102++=s s s G1）键入程序，观察并记录单位阶跃响应曲线 num=10;den=[1 2 10];t=10;sys=tf(num,den);step(sys,t)0123456789100.20.40.60.811.21.4System: sysTime (sec): 1.11Amplitude: 1.34System: sysTime (sec): 3.14Amplitude: 1.04Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e2）计算系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率，并记录 P1 =-1.0000 + 3.0000i; P2=-1.0000 - 3.0000i;ξ=10/√10；w=√103）记录实际测取的峰值大小、峰值时间及过渡过程时间，并填表：实际值 理论值 峰值C max 1.35 峰值时间t p 1.03过渡时间t s%5± %2±4）修改参数，分别实现1=ζ和2=ζ的响应曲线，并记录 5）修改参数，分别写出程序实现0121w w n =和022w w n =的响应曲线，并记录2. 作出以下系统的阶跃响应，并与原系统响应曲线进行比较，作出相应的实验分析结果（1）()10210221+++=s s s s G ，有系统零点的情况num=[2 10];den=[1 2 10];t=10;sys=tf(num,den);step(sys,t)Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e1234567891000.511.5System: sys Time (sec): 1.84Amplitude: 0.85System: sysTime (sec): 0.821Amplitude: 1.43（2）()102105.0222++++=s s s s s G ，分子、分母多项式阶数相等num=[1 0.5 10];den=[1 2 10];t=10;sys=tf(num,den);step(sys,t)0123456789100.650.70.750.80.850.90.9511.051.11.15System: sysTime (sec): 0.497Amplitude: 0.697System: sys Time (sec): 1.42Amplitude: 1.11System: sys Time (sec): 3.57Amplitude: 1.01Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e（3）()1025.0222+++=s s s s s G ，分子多项式零次项为零num=[1 0.5 0];den=[1 2 10];t=10;sys=tf(num,den);step(sys,t)12345678910-0.4-0.20.20.40.60.81System: sys Time (sec): 2.01Amplitude: 0.134System: sysTime (sec): 0.959Amplitude: -0.383System: sys Time (sec): 3.07Amplitude: -0.0468Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e（4）()10222++=s s s s G ，原响应的微分，微分系数为1/100123456789100.020.040.060.080.10.120.14System: sys Time (sec): 3.18Amplitude: 0.104System: sys Time (sec): 1.14Amplitude: 0.133Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e3. 单位阶跃响应：25425)()(2++=s s s R s C 求该系统单位阶跃响应曲线,并在所得图形上加网格线和标题 Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e0123456789100.20.40.60.811.21.4Sy stem: sy sPeak amplitude: 1.25Ov ershoot (%): 25.4At time (sec): 0.68System: sysSettling Time (sec): 1.68System: sysRise Time (sec): 0.295（三）系统动态特性分析 用Matlab 求二阶系统12012120)(2++=s s s G 和01.0002.001.0)(2++=s s s G 的峰值时间p t 上升时间r t 调整时间s t 超调量。

%σnum1=[120];den1=[1 12 120];sys1=tf(num1,den1); num2=[0.01];den2=[1 0.002 0.01];sys2=tf(num2,den2); t=0:0.01:10; figure(1) step(sys1,t);grid figure(2) step(sys2,t);gridStep ResponseTime (sec)A m p l i t u d e0123456789100.20.40.60.811.21.4Sy stem: sy s1Peak amplitude: 1.13Ov ershoot (%): 12.8At time (sec): 0.34Sy stem: sy s1Settling Time (sec): 0.532System: sys1Rise Time (sec): 0.159System: sys2P eak amplitude: 0.457Overshoot (%): 0At time (sec): 10由图知第一个的峰值时间p t =0.34 ，上升时间r t =0.159 ，调整时间s t =0.532 ，超调量%σ=12.8由图知第二个的调整时间s t =10 ，超调量%σ=0五．实验报告要求：a) 完成上述各题b)分析阻尼比、无阻尼振荡频率对系统阶跃响应和脉冲响应的影响 c)分析零初值、非零初值与系统模型的关系 d)分析响应曲线的稳态值与系统模型的关系 e)分析零极点对系统性能的影响实验二 MATLAB 及仿真实验（控制系统的根轨迹分析）一 实验目的1．利用计算机完成控制系统的根轨迹作图 2．了解控制系统根轨迹图的一般规律 3．利用根轨迹图进行系统分析 二 预习要点1. 预习什么是系统根轨迹？2. 闭环系统根轨迹绘制规则。

三 实验方法（一） 方法：当系统中的开环增益k 从0到变化时，闭环特征方程的根在复平面上的一组曲线为根轨迹。

设系统的开环传函为：)()()(0s Q s N ks G =，则系统的闭环特征方程为：0)()(1)(10=+=+s Q s N ks G 根轨迹即是描述上面方程的根，随k 变化在复平面的分布。

（二） MATLAB 画根轨迹的函数常用格式：利用Matlab 绘制控制系统的根轨迹主要用pzmap ，rlocus ，rlocfind ，sgrid 函数。

1、零极点图绘制❑ [p,z]=pzmap(a,b,c,d)：返回状态空间描述系统的极点矢量和零点矢量，而不在屏幕上绘制出零极点图。

❑ [p,z]=pzmap(num,den)：返回传递函数描述系统的极点矢量和零点矢量，而不在屏幕上绘制出零极点图。

❑ pzmap(a,b,c,d)或pzmap(num,den)：不带输出参数项，则直接在s 复平面上绘制出系统对应的零极点位置，极点用×表示，零点用o 表示。

❑ pzmap(p,z)：根据系统已知的零极点列向量或行向量直接在s 复平面上绘制出对应的零极点位置，极点用×表示，零点用o 表示。

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MATLAB与控制系统仿真实验报告

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MATLAB与控制系统仿真实验报告第一篇：MATLAB与控制系统仿真实验报告《MATLAB与控制系统仿真》实验报告2013-2014学年第 1 学期专业：班级：学号：姓名：实验三 MATLAB图形系统一、实验目的：1.掌握绘制二维图形的常用函数。

2.掌握绘制三维图形的常用函数。

3.熟悉利用图形对象进行绘图操作的方法。

4.掌握绘制图形的辅助操作。

二、实验原理：1，二维数据曲线图（1）绘制单根二维曲线plot(x,y);（2）绘制多根二维曲线plot(x,y)当x是向量，y是有一维与x同维的矩阵时，则绘制多根不同颜色的曲线。

当x，y是同维矩阵时，则以x，y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。

（3）含有多个输入参数的plot函数plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn)（4）具有两个纵坐标标度的图形plotyy(x1,y1,x2,y2)2,图形标注与坐标控制1）title(图形名称)；2）xlabel（x轴说明）3）ylabel（y轴说明）4）text（x，y图形说明）5）legend（图例1，图例2，…）6）axis（[xmin xmax ymin ymax zmin zmax]）3, 图形窗口的分割 subplot（m,n,p）4,三维曲线plot3（x1,y1,z1,选项1，x2,y2，选项2，…,xn,yn,zn,选项n）5，三维曲面mesh(x,y,z,c)与surf(x,y,z,c)。

一般情况下，x，y，z是维数相同的矩阵。

X，y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同高度下的颜色范围。

6，图像处理1）imread和imwrite函数这两个函数分别用于将图象文件读入matlab工作空间，以及将图象数据和色图数据一起写入一定格式的图象文件。

2）image和imagesc函数这两个函数用于图象显示。

为了保证图象的显示效果，一般还应使用colormap函数设置图象色图。

自控仿真实验报告

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一、实验目的1. 熟悉MATLAB/Simulink仿真软件的基本操作。

2. 学习控制系统模型的建立与仿真方法。

3. 通过仿真分析，验证理论知识，加深对自动控制原理的理解。

4. 掌握控制系统性能指标的计算方法。

二、实验内容本次实验主要分为两个部分：线性连续控制系统仿真和非线性环节控制系统仿真。

1. 线性连续控制系统仿真（1）系统模型建立根据题目要求，我们建立了两个线性连续控制系统的模型。

第一个系统为典型的二阶系统，其开环传递函数为：\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)} \]第二个系统为具有迟滞环节的系统，其开环传递函数为：\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)(s+3)} \]（2）仿真与分析（a）阶跃响应仿真我们对两个系统分别进行了阶跃响应仿真，并记录了仿真结果。

（b）频率响应仿真我们对两个系统分别进行了频率响应仿真，并记录了仿真结果。

（3）性能指标计算根据仿真结果，我们计算了两个系统的性能指标，包括上升时间、超调量、调节时间等。

2. 非线性环节控制系统仿真（1）系统模型建立根据题目要求，我们建立了一个具有饱和死区特性的非线性环节控制系统模型。

其传递函数为：\[ W_k(s) = \begin{cases}1 & |s| < 1 \\0 & |s| \geq 1\end{cases} \]（2）仿真与分析（a）阶跃响应仿真我们对非线性环节控制系统进行了阶跃响应仿真，并记录了仿真结果。

（b）相轨迹曲线绘制根据仿真结果，我们绘制了四条相轨迹曲线，以分析非线性环节对系统性能的影响。

三、实验结果与分析1. 线性连续控制系统仿真（a）阶跃响应仿真结果表明，两个系统的性能指标均满足设计要求。

（b）频率响应仿真结果表明，两个系统的幅频特性和相频特性均符合预期。

2. 非线性环节控制系统仿真（a）阶跃响应仿真结果表明，非线性环节对系统的性能产生了一定的影响，导致系统响应时间延长。

(最新版)自动控制原理MATLAB仿真实验报告

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实验一 MATLAB及仿真实验（控制系统的时域分析）一、实验目的学习利用MATLAB进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性；二、预习要点1、系统的典型响应有哪些？2、如何判断系统稳定性？3、系统的动态性能指标有哪些？三、实验方法（一）四种典型响应1、阶跃响应：阶跃响应常用格式：1、；其中可以为连续系统，也可为离散系统。

2、；表示时间范围0---Tn。

3、；表示时间范围向量T指定。

4、；可详细了解某段时间的输入、输出情况。

2、脉冲响应：脉冲函数在数学上的精确定义：其拉氏变换为：所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。

脉冲响应函数常用格式：①；②③（二）分析系统稳定性有以下三种方法：1、利用pzmap绘制连续系统的零极点图；2、 利用tf2zp 求出系统零极点；3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.四、实验内容 (一) 稳定性1． 系统传函为()27243645232345234+++++++++=s s s s s s s s s s G ，试判断其稳定性2． 用Matlab 求出的极点。

%Matlab 计算程序num=[3 2 5 4 6];den=[1 3 4 2 7 2];G=tf(num,den);pzmap(G);p=roots(den) 运行结果： p =-1.7680 + 1.2673i -1.7680 - 1.2673i 0.4176 + 1.1130i 0.4176 - 1.1130i -0.2991P ole-Zero MapReal AxisI m a g i n a r y A x i s-2-1.5-1-0.500.5-1.5-1-0.50.511.5图1-1 零极点分布图由计算结果可知，该系统的2个极点具有正实部，故系统不稳定。

自动控制原理 matlab实验报告

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自动控制原理实验（二）一、实验名称：基于MATLAB的控制系统频域及根轨迹分析二、实验目的：（1）、了解频率特性的测试原理及方法；（2）、理解如何用MATLAB对根轨迹和频率特性进行仿真和分析；（3）、掌握控制系统的根轨迹和频率特性两大分析和设计方法。

三、实验要求：（1）、观察给定传递函数的根轨迹图和频率特性曲线；（2）、分析同一传递函数形式，当K值不同时，系统闭环极点和单位阶跃响应的变化情况；（3）、K值的大小对系统的稳定性和稳态误差的影响；（4）、分析增加系统开环零点或极点对系统的根轨迹和性能的影响。

四、实验内容及步骤（1）、实验指导书：实验四（1）、“rlocus”命令来计算及绘制根轨迹。

会出根轨迹后，可以交互地使用“rlocfind”命令来确定点击鼠标所选择的根轨迹上任意点所对应的K值，K值所对应的所有闭环极点值也可以使用形如“[K, PCL] = rlocfind(G1)”命令来显示。

（2）、波特图：bode(G1, omga)另外，bode图还可以通过下列指令得出相位和裕角：[mag,phase,w] = bode(sys)（3）、奈奎斯特图：nuquist(G, omega)（2）课本：例4-1、4-2、4-7五实验报告要求（1）、实验指导书：实验四思考题请绘制下述传递函数的bode图和nyquist图。

1. 根据实验所测数据分别作出相应的幅频和相频特性曲线；2. 将思考题的解题过程(含源程序)写在实验报告中。

幅频特性曲线相频特性曲线Gs = zpk([10], [-5; -16; 9], 200)subplot(1, 2, 1)bode(Gs)gridsubplot(1, 2, 2)nyquist(Gs)grid（2）课本：例4-1、4-2、4-7图像结果：程序：Gs = zpk([-1], [0; -2; -3],1) rlocus(Gs)图像结果：程序：Gs = zpk([-2], [-1-j; -1+j],1) rlocus(Gs)程序：K=[0.5 1 2]for i=1:1:3num=[1,1,0,0]; den=[1,1,K(i)]; sys=tf(num,den); rlocus(sys); hold ongrid onend图像结果：目标：改变增益K和转折频率依次调节源程序：k1=[4.44,10,20];num=[1,2];den=conv([1,1],[1,2,4]);%一阶转折频率 1/T（wn1=2,wn2=1）二阶转折频率 wn3=wn'=2，伊布西塔=1/2 num1=[1,1];den1=conv([1,2],[1,2,4]);%一阶转折频率 1/T（wn1=1,wn2=2）二阶转折频率 wn3=wn'=2，伊布西塔=1/2 t=[0:0.1:7]; %for i=1:3g0=tf(k1(i)*num,den);g=feedback(g0,1);[y,x]=step(g,t);c(:,i)=y;g1=tf(k1(i)*num1,den1);g(1)=feedback(g1,1);[y1,x]=step(g(1),t);c1(:,i)=y1;endplot(t,c(:,1),'-',t,c(:,2),'-',t,c(:,3),'-',t,c1(:,1),'-',t,c1(:,2), '-',t,c1(:,3),'-');gridxlabel('Time/sec'),ylabel('out')结果分析：在本题中（1）改变k值：k值越大，超调量越大，调节时间越长，峰值时间越短，稳态误差越小（2）改变转折频率：超调量，调节时间，峰值时间，稳态误差同样有相应的变化。