典型环节的MATLAB仿真 实验二

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。

实验一 典型环节的MATLAB 仿真一、实验目的1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。

2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。

3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、实验原理1．比例环节的传递函数为 K R K R R R Z ZsG 200,1002)(211212==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1所示。

2．惯性环节的传递函数为uf C K R K R s C R R R Z Z s G 1,200,10012.021)(121121212===+-=+-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图2所示。

图1 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形3．积分环节(I)的传递函数为uf C K R s s CR Z Z s G 1,1001.011)(111112==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图3所示。

4．微分环节(D)的传递函数为uf C K R s s C R Z Z s G 10,100)(111112==-=-=-= uf C C 01.012=<<其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图4所示。

5．比例+微分环节（PD ）的传递函数为)11.0()1()(111212+-=+-=-=s s C R R R Z Z s G uf C C uf C K R R 01.010,10012121=<<===其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图5所示。

图3 积分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形图4 微分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形6．比例+积分环节（PI ）的传递函数为 )11(1)(11212sR s C R Z Z s G +-=+-=-= uf C K R R 10,100121=== 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图6所示。

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 、step ( sys ) ；其中 sys 可以为连续系统，也可为离散系统。

2 、step ( sys ,Tn ) ；表示时间范围0---Tn 。

3 、step ( sys ,T ) ；表示时间范围向量T 指定。

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

2、脉冲响应：f (x)dx 1脉冲函数在数学上的精确定义：f ( x) 0, t 0f ( s) 1其拉氏变换为：Y ( s) G (s) f (s) G ( s)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：①impulse ( sys ) ；impulse ( sys , Tn );②impulse ( sys , T );③Y impulse ( sys ,T )（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4 3 23s 2s 5s 4s 6G s ，试判断其稳定性5 4 3 2s 3s 4 s 2s 7s 22．用 Matlab 求出2s 2 s 2G 的极点。

( s)4 3 2s 7 s 3s 5 s 2%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 - 1.2673i0.4176 + 1.1130i0.4176 - 1.1130i-0.2991Pole-Zero Map 1.510.5sixAyranigamI-0.5-1-1.5-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5Real Axis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。

实验二基于MATLAB的2ASK和2FSK调制仿真（综合性实验）要求编写2ASK和2FSK调制程序，任意给定一组二进制数，计算经过这两种调制方式的输出信号。

程序书写要规范，加必要的注释；经过程序运行的调制波形要与理论计算出的波形一致。

1）熟悉2ASK和2FSK调制原理。

2）编写2ASK和2FSK调制程序。

3）画出原信号和调制信号的波形图。

实验报告要求如下内容：1）2ASK和2FSK调制原理；对给定信号画出理论调制波形；实验原理1．2ASK二进制振幅键控（2ASK）信号码元为：S(t)=A(t)cos(w0t+θ) 0﹤t≤T式中w0=2πf0为载波的角频率；A(t)是随基带调制信号变化的时变振幅，即╱A 当发送“1”时A(t)=╲0 当发送“0”时在式中给出的基带信号码元A(t)的波形是矩形脉冲。

产生2ASK的调制方法，主要有两种。

第一种方法采用相乘电路，用基带信号A（t）和载波cosw0t相乘就得到已调信号输出。

第二种方法是采用开关电路，开关由输入基带信号A（t）控制，用这种方法可以得到同样的输出波形。

2. 2FSK二进制频移键控（2FSK）信号码元的“1”和“0”分别用两个不同频率的正弦波形来传送，而其振幅和初始相位不变。

故其表达式为；╱Acos（w1t+Φ1）发送“1”时S（t）=╲Acos（w0t+Φ0）发送“0”时式中，假设码元的初始相位分别为Φ1和Φ0；w1 =2πf1和w0 =2πf0为两个不同频率码元的角频率；A为一常数，表明码元的包络是矩形脉冲。

2FSK信号的调制方法主要有两种。

第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其能够输出两个不同频率的码元。

第二种方法是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出。

2) 程序设计思想，画出流程图;编程思想：对于2ASK1首先假设一个随机序列来代表二进制基带信号：a=[1,1,0,0,1,0,1];2设定二进制载波信号为A cos（w1t+Φ1）为5cos（2*pi*t），则：╱5 cos（2*pi*t）当发送“1”时S(t)=A(t)cos(w0t+θ)=╲0 当发送“0”时设置周期T为13条件判断，如果a为1时，则在一个周期内，2ASK图像中对应一个5 cos（2*pi*t），a为0时，在一个周期内输出为0，并用plot画图画出来。

Matlab仿真实验报告姓名：黄涛学号：2011302540056学院：电气工程学院[在此处键入文档的摘要。

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]实验一直流电路一实验目的1、加深对直流电路的节点电压法和网孔电流法的理解。

2、学习MATLAB的矩阵运算方法。

二、实验内容：1、电阻电路的计算如图，已知：R1=2，R2=6,R3=12,R4=8,R5=12,R6=4,R7=2.(1) 如Us=10V,求i3,u4,u7;(2) 如U4=4V,求Us,i3,i7.（1）Z = [20 -12 0;-12 32 -12;0 -12 18];V = [10 0 0]';I = inv(Z)*V;i3 = I(1)-I(2);u4 = 8*I(2);u7 = 2*I(3);fprintf('i3=%f \n',i3)fprintf('u4=%f \n',u4)fprintf('u7=%f \n',u7)仿真结果：i3=0.357143u4=2.857143u7=0.476190（2）Z = [0 8 0;-12 32 -12;0 -12 18];V = [4 0 0]';I = inv(Z)*V;Us = 20*I(1)-12*I(2);i3 = I(1)-I(2);i7 = I(3);fprintf('Us=%f \n',Us)fprintf('i3=%f \n',i3)fprintf('i7=%f \n',i7)仿真结果：Us=14.000000i3=0.500000i7=0.3333332、求解电路里的电压，例如V1,V2,……V5.Y = [1 -1 2 -2 0;0 5 -13 8 0;2 0 4 -11 0;176 -5 5 -196 0;0 0 0 0 1];I = [0 -200 -120 0 24]';V = inv(Y)*I;fprintf('V1=%fV\nV2=%fV\nV3=%fV\nV4=%fV\nV5=%fV\n',V(1),V(2),V(3),V(4),V(5))仿真结果：V1=117.479167VV2=299.770833VV3=193.937500VV4=102.791667VV5=24.000000V3、如图，已知R1=R2=R3=4,R4=2,控制常数k1=0.5,k2=4,is=2,求i1和i2.Z = [1 0 0 0;-4 16 -8 -4;0 0 1 0.5;0 -8 4 6];V = [2 0 0 0]';I = inv(Z)*V;i1 = I(2)-I(3);i2 = I(4);fprintf('i1=%f V\ni2=%f V\n',i1,i2)仿真结果：i1=1.000000 Vi2=1.000000 V三、实验总结Matlab可用于计算矩阵，方便电路分析过程中的计算。

MATLAB仿真实验报告MATLAB仿真实验报告实验三PID控制仿真实验一、实验目的1．掌握MATLAB6.5软件的使用方法。

2．完成直流伺服电机PID典型控制系统结构图设计及调试。

二、实验内容1．熟悉MATLAB6.5软件各菜单作用。

2．完成直流伺服电机PID典型系统结构图设计并调试成功。

三、实验设备微型计算机1台四、实验步骤1．双击桌面MATLAB6.5快捷图标，进入MATLAB仿真环境。

2．单击菜单simulink选项，进入其界面。

单击filenew--model进入新建文件界面。

3．在新建文件界面中，通过simulink选项的下拉菜单中选择仿真需要的函数及器件，组成仿真系统结构图。

4．仿真调试：鼠标单击“黑三角”图标，再双击“SCOPE”示波器，即可显示仿真结果。

5．改变参数，观察调试结果。

五、实验报告要求1．写出实验具体过程。

2．画出仿真结果图和仿真系统结构图。

实验四直流电机双闭环系统仿真实验一、实验目的1．掌握MATLAB6.5软件的使用方法。

2．完成双闭环典型系统结构图设计及调试。

二、实验内容1．熟悉MATLAB6.5软件各菜单作用。

2．完成PID典型系统结构图设计并调试成功。

三、实验设备微型计算机1台四、实验步骤1．双击桌面MATLAB6.5快捷图标，进入MATLAB仿真环境。

2．单击菜单simulink选项，进入其界面。

单击filenewmodel进入新建文件界面。

3．在新建文件界面中，通过simulink选项的下拉菜单中选择仿真需要的函数及器件，组成仿真系统结构图。

4．仿真调试：鼠标单击“黑三角”图标，再双击“SCOPE”示波器，即可显示仿真结果。

5．改变参数，观察调试结果。

五、实验报告要求1．写出实验具体过程。

2．画出仿真结果图和仿真系统结构图。

实验五直流电机控制模型仿真实验一、实验目的1．掌握MATLAB6.5软件的使用方法。

2．完成直流电机仿真系统结构图设计及调试。

二、实验内容1．熟悉MATLAB6.5软件各菜单作用。

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。

自动实验一——典型环节的MATLAB仿真报告引言：典型环节的MATLAB仿真是一种常见的模拟实验方法，通过使用MATLAB软件进行建模和仿真，可以有效地研究和分析各种复杂的物理系统和控制系统。

本报告将介绍一个典型环节的MATLAB仿真实验，包括实验目的、实验原理、实验步骤、实验结果和讨论等内容。

一、实验目的本实验旨在通过MATLAB仿真实验，研究和分析一个典型环节的动态特性，深入了解其响应规律和控制方法，为实际系统的设计和优化提供理论支持。

二、实验原理典型环节是控制系统中的重要组成部分，一般包括惯性环节、惯性耦合和纯滞后等。

在本实验中，我们将重点研究一个惯性环节。

惯性环节是一种常见的动态系统，其特点是系统具有自身的动态惯性，对输入信号的响应具有一定的滞后效应，并且在输入信号发生变化时有一定的惯性。

三、实验步骤1.建立典型环节的数学模型。

根据实际情况，我们可以选择不同的数学模型描述典型环节的动态特性。

在本实验中，我们选择使用一阶惯性环节的传递函数模型进行仿真。

2.编写MATLAB程序进行仿真。

利用MATLAB软件的控制系统工具箱，我们可以方便地建立惯性环节的模型，并利用系统仿真和分析工具进行仿真实验和结果分析。

3.进行仿真实验。

选择合适的输入信号和参数设置，进行仿真实验，并记录仿真结果。

4.分析实验结果。

根据仿真结果，可以分析典型环节的动态响应特性，比较不同输入信号和控制方法对系统响应的影响。

四、实验结果和讨论通过以上步骤，我们成功地完成了典型环节的MATLAB仿真实验，并获得了仿真结果。

通过对仿真结果的分析，我们可以得到以下结论：1.惯性环节的响应规律。

惯性环节的响应具有一定的滞后效应，并且对输入信号的变化具有一定的惯性。

随着输入信号的变化速度增加，惯性环节的响应时间呈指数级减小。

2.稳态误差与控制增益的关系。

控制增益对稳态误差有重要影响，适当调整控制增益可以减小稳态误差。

3.不同输入信号的影响。

matlab仿真实验报告,Matlab仿真及其应⽤实验报告.doc Matlab仿真及其应⽤ 实验报告温州⼤学物理与电⼦信息⼯程学院Matlab仿真及其应⽤ 实验报告课程名称：Matlab仿真及其应⽤班 级：10电信姓名：吴** 学号：1011000****实验地点：5B305⽇期：12.25实验⼆ Matlab 基本编程基础[实验⽬的和要求]熟悉MATLAB环境与⼯作空间熟悉变量与矩阵的输⼊、矩阵的运算熟悉M⽂件与M函数的编写与应⽤熟悉MATLAB控制语句与逻辑运算掌握if语句、switch语句、try语句的使⽤。

掌握利⽤for语句、while语句实现循环结构的⽅法。

[实验内容]1⾏100列的Fibonacc 数组a，a(1)=a(2)=1,a(i)=a(i-1)+a(i-2),⽤for循环指令来寻求该数组中第⼀个⼤于10000的元素，并之处其位置i。

编写M函数表⽰曲线以及它的包络线，并从命令窗⼝输⼊命令语句绘制曲线。

t的取值范围是[0，4π]。

设，编写⼀个M函数⽂件，使得调⽤f(x)时，x可⽤矩阵代⼊，得出的f(x)为同阶矩阵。

根据，求时的最⼤n值；与(1)的n值对应的y值。

已知求中，最⼤值、最⼩值、各数之和，以及正数、零、负数的个数。

输⼊⼀个百分制成绩，要求输出成绩等级A,B,C,D,E。

其中，90~100分为A，80~89分为B，70~79分为C，60~69分为D，60分以下为E。

求分段函数的值。

⽤if语句实现输出x=-5.0, -3.0, 1.0, 2.0, 2.5, 3.0, 5.0时的y值。

编写⼀M函数，实现近似计算指数，其中x为函数参数输⼊，当n+1步与n步的结果误差⼩于0.00001时停⽌。

编写⼀M函数，a和x作为M函数参数输⼊，函数⾥⾯分别⽤if结构实现函数表⽰实验结果及分析：1.a=ones(1,100); %定义数组for i=3:100a(i)=a(i-1)+a(i-2);if(a(i)>10000)a(i),break;endend ,i2.function y=ff(t)y1=exp(-t/3);y2=exp(-t/3).*sin(3*t); y=[y1;y2]3.function y=f(x);a=input('输⼊a值：');x=input('输⼊x值：');if(x<=-a)y=-1;elseif(x-a)y=x/a;elsey=1;endend4.for n=1:100f(n)=1./(2*n-1);y=sum(f)if y>=3my=y-f(n)breakendendmy5.f(1)=1,f(2)=0,f(3)=1; for n=4:100f(n)=f(n-1)-2*f(n-2)+f(n-3);enda=sum(f);b=max(f);c=min(f);p=f==0,d=sum(p);%p等于f为0的个数p1=f>0,e=sum(p1);p2=f<0,f=sum(p2);a,b,c,d,e,f6.clear;n=input('输⼊成绩：');m=floor(n/10);%取整switch mcase num2cell(9:10)disp('A'); %显⽰在控制框case 8disp('B');case 7disp('C');case 6disp('D');case num2cell(0:5)disp('E');otherwisedisp('error')end7.function y=ex3_4(x)for i=1:length(x)if (x(i)<0)&(x(i)~=-3)y(i)=x(i)^2+x(i)-6elseif (x(i)>=0)&(x(i)<5)&(x(i)~=2)&(x(i)~=3) y(i)=x(i)^2-5*x(i)+6else y(i)=x(i)^2-x(i)-1 endendy8.function t=ex3_4(x) n=0;t=1;y=1;x=input(‘’);while y>=0.00001n=n+1;y=x^n/factorial(n);t=t+y;endn9.function y=f(x);a=input('输⼊a值：'); x=input('输⼊x值：'); if。

实验一 典型环节的MATLAB 仿真 一、实验目的1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。

2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。

3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、实验内容① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ；Simulink 图形实现：示波器显示结果：② 惯性环节11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s GSimulink 图形实现：示波器显示结果：③ 积分环节s s G 1)(1Simulink 图形实现：示波器显示结果：④ 微分环节s s G )(1Simulink 图形实现：波器显示结果：⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G1）、G1（s ）=s+2Simulink 图形实现：示波器显示结果：2）、G2（s）=s+1 Simulink图形实现：示波器显示结果：⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+=1）、G1（1）=1+1/sSimulink 图形实现：示波器显示结果：2）G2（s）=1+1/2s Simulink图形实现：示波器显示结果：三、心得体会通过这次实验我学到了很多，对课本内容加深了理解，熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法，加深对各典型环节响应曲线的理解，这为对课程的学习打下了一定基础。

实验二线性系统时域响应分析一、实验目的1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。

2．通过响应曲线观测特征参量ζ和nω对二阶系统性能的影响。

3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。

二、实验内容1．观察函数step( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为243237()4641s s G s s s s s ++=++++绘制出系统的阶跃响应曲线？2．对典型二阶系统222()2n n n G s s s ωζωω=++1）分别绘出2(/)n rad s ω=，ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响，并计算ζ=0.25时的时域性能指标,,,,p r p s ss t t t e σ。

利用simulink进行仿真的步骤：1.打开Matlab软件；2.在Command Window命令行>>后输入simulink并回车或点击窗口上部图标直接进入simulink界面；3.点击File-New-Modle就可以在新的界面上建立系统的仿真模型了；4.在左面的器件模型库中找到所需模型，用鼠标将器件模型拖到建立的界面上，然后用鼠标将它们用连线连起来，系统的仿真模型就建立起来了；5.点击界面上部的图标‘’进行仿真，双击示波器就可以看到仿真结果。

实验要用到的元件模型的图标及解释如下：阶跃信号：在simulink-source中可以找到，双击可以设定阶跃时间。

sum：在simulink-math operations中可以找到，双击可以改变器属性以实现信号相加还是相减；比例环节：在simulink-math operations中可以找到，双击可以改变器属性以改变比例系数；积分环节：在simulink-continues中可以找到；传函的一般数学模型表达形式：在simulink-continues中可以找到，双击可以对传递函数进行更改（通过设定系数）。

示波器：在simulink-sinks中可以找到。

实验二二阶系统的Matlab仿真一、实验目的1、研究二阶系统的特征参数―阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn对系统动态性能的影响。

2、利用simulink工具和MATLAB语句实现二阶系统的仿真。

3、熟悉MATLAB语句对二阶系统传函的表达形式以及阶跃响应的表达形式。

二、实验内容1、simulink仿真（标准二阶系统ωn=1,ζ＝0.5）2、用Matlab语句实现二阶系统仿真(1)对于标准二阶系统,当ωn=4,改变ζ值对性能的影响-1<ζ<0（负阻尼）>> step(tf(4^2,[1,2*(-0.5)*4,4^2]))ζ<-1（负阻尼）>> step(tf(4^2,[1,2*(-1.5)*4,4^2]))ζ＝0（零阻尼）>> step(tf(4^2,[1,2*0*4,4^2]))0<ζ<1（欠阻尼）>> figure>> step(tf(4^2,[1,2*0.1*4,4^2]))>>hold on>> step(tf(4^2,[1,2*0.2*4,4^2]))>> step(tf(4^2,[1,2*0.3*4,4^2]))>> step(tf(4^2,[1,2*0.4*4,4^2]))>> step(tf(4^2,[1,2*0.5*4,4^2]))>> step(tf(4^2,[1,2*0.6*4,4^2]))>> step(tf(4^2,[1,2*0.7*4,4^2]))>> step(tf(4^2,[1,2*0.8*4,4^2]))>> step(tf(4^2,[1,2*0.9*4,4^2]))ζ=1（临界阻尼）>> figure>> step(tf(4^2,[1,2*1*4,4^2]))ζ>1（过阻尼）>> hold on>> step(tf(4^2,[1,2*2.0*4,4^2]))>> step(tf(4^2,[1,2*4.0*4,4^2]))>> step(tf(4^2,[1,2*8.0*4,4^2]))(2)对于标准二阶系统,当ζ＝0.5，改变ωn时的情况：>> figure>> step(tf(1^2,[1,2*0.5*1,1^2])) （ωn＝1）>> hold on>> step(tf(2^2,[1,2*0.5*2,2^2])) （ωn＝2）>> step(tf(4^2,[1,2*0.5*4,4^2])) （ωn＝4）>> step(tf(8^2,[1,2*0.5*8,8^2])) （ωn＝8）三、实验报告要求：1、记录由matlab仿真所得到的阶跃响应曲线。

实验六① 典型环节的MATLAB 仿真实验内容1.按下列各典型环节的传递函数,建立相应的SIMULINK 仿真模型,观察并记录其单位阶跃响应波形.① 比例环节1)(1=s G SIMULINK 仿真模型:单位阶跃响应波形:② 惯性环节11)(1+=s s G SIMULINK 仿真模型:单位阶跃响应波形:③ 积分环节ss G 1)(1SIMULINK 仿真模型:单位阶跃响应波形:④ 微分环节s s G =)(1 SIMULINK 仿真模型:单位阶跃响应波形:⑤ 比例+微分环节(PD)2)(1+=s s G SIMULINK 仿真模型:单位阶跃响应波形:⑥ 比例+积分环节(PI)ss G 11)(1+=SIMULINK 仿真模型:单位阶跃响应波形:2.观察1()1G s Ts =+,随着T 的变化输出波形的变化T=1时:T=2时:T=5时:T=50时:结论:随着T的增大,输出波形的变化会越来越慢.实验六② 典型系统的时域响应和稳定性分析1.实验目的(1)研究二阶系统的特征参数（n ως，）对过渡过程的影响。

(2)研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线和系统的稳定性。

(3)熟悉Routh 判据，用Routh 判据对三阶系统进行稳定性分析。

2.实验原理及内容(1)典型的二阶系统稳定性分析(取T0=1,T1=0.2,K1=200/R,其中R=10,50,160,200) ●结构框图●模拟电路图● 系统的开环传递函数To K K S T S ToK S T ToS K s G /;)1(/)1()(11111=+=+=开环增益● 实验内容(1)先算出临界阻尼，欠阻尼，过阻尼时电阻R 的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。

图1.14中的：401025;1010/5/2)(;/200;2.0;1112122211R R T K T K s s T K s s s W R K s T s To n n n n n ====++=++====ωςωωςωω其中：闭环传递函数为： (2)典型的三阶系统稳定性分析 （T0=1,T1=0.1,T2=0.5,K=8,12,20）●结构框图● 模拟电路图● 系统的开环传递函数2020120)()(1/500;)15.0)(11.0(/500)()(23=+++⇒=+=++=K s s s s H s G R K S S S Rs H s G 系统统特征方程开环传递函数：实验前由Routh 判据得Routh 阵列为：20020)3/5(20122010123K s K s K s s +- 为保证系统稳定，第一列各值应为正数：⎪⎩⎪⎨⎧>>+-02002035K K 得：系统不稳定系统临界稳定系统稳定Ω<⇒>Ω=⇒=Ω>⇒<<K R K K R K K R K 7.41127.41127.411203.实验步骤：(1)将信号源单元的“ST ”端插针与“S ”端插针用“短路块”短接。

● 题 实验一 Matlab 基本操作 一． 实验目的： 1． 掌握矩阵和多项式构造和运算方法。

2． 能够用常用函数进行简单问题求解。

3． 能够进行Matlab 数值运算。

二． 实验内容：1． 用Matlab 可以识别的格式输入下面两个矩阵A=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡49819323753175323321， B=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+++345981243576224553328763441i i i 再求出它们的乘积矩阵C 。

2．解线性方程⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡5432141097539108627810715675X=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡601514035144361363496243． 设矩阵A=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡321212113， B=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---111012111，求⑴ 2A+B ⑵ 42A -32B⑶ AB ⑷ BA ⑸ AB-BA 4． 求解一元六次方程组 36x +125x +44x +73x +8x+1=0 的根5．求多项式36x +125x +44x +73x +8x+1被（x-3）(3x +5x)除后的结果6． 设二阶矩阵A ，B ，X ，满足X-2A=B-X ，其中A=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--2112，B=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--0220，求矩阵X 。

● 题 实验二 Matlab 基本操作（二）一 实验目的：1． 掌握矩阵方程的构造和运算方法 2． 掌握基本Matlab 控制语句 3． 学会使用Matlab 绘图 二 实验内容1． 求解下列线性方程，并进行解的验证：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡----1323151122231592127x=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-0174 2、进行下列计算。

（1）k=∑=6322i i（2）求出y=x*sin(x)在0<x<100条件下的每个峰值。

3、绘制下列图形。

（1）sin(1/t), -1<t<1; （2）1-)7(cos 3t4、已知系统闭环传递函数G （S ），分析系统稳定性及单位脉冲、单位阶跃响应。

自动控制原理MATLAB仿真实验实验指导书电气电子信息工程系自动化教研室实验一 典型环节的MATLAB 仿真一、实验目的1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。

2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。

3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、SIMULINK 的使用MATLAB 中SIMULINK 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。

利用SIMULINK 功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。

1．运行MA TLAB 软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink 命令，按Enter 键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK 仿真环境下。

2．选择File 菜单下New 下的Model 命令，新建一个simulink 仿真环境常规模板。

3．在simulink 仿真环境下，创建所需要的系统。

以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下： 1）进入线性系统模块库，构建传递函数。

点击simulink 下的“Continuous ”，再将右边窗口中“Transfer Fen ”的图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口。

2）改变模块参数。

在simulink 仿真环境“untitled ”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。

其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数，数字之间用空格隔开；设置完成后，选择OK ，即完成该模块的设置。

3）建立其它传递函数模块。

按照上述方法，在不同的simulink 的模块库中，建立系统所需的传递函数模块。

例：比例环节用“Math ”右边窗口“Gain ”的图标。

4）选取阶跃信号输入函数。

用鼠标点击simulink 下的“Source ”，将右边窗口中“Step ”图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口，形成一个阶跃函数输入模块。

实验二非线性系统的数字仿真实验一、实验目的学会用数字仿真方法分析线性和非线性系统的动态特性以及各种典型非线性环节对控制系统动态特性的影响。

二、实验内容系统模型如习题2.17所示。

根据控制理论分析，该系统将出现振幅为0.3，频率为0.8的自激振荡。

1. 按实验目的、要求和已知条件，建立系统的Simulink模型。

2. 在不引入非线性环节的情况下运行仿真模型，观察纪录系统动态特性的变化。

3. 在同样的条件下，引入滞环继电特性非线性环节，再运行仿真模型，观察纪录该非线性环节对系统过渡过程的影响。

4. 将滞环继电特性非线性环节换成饱和非线性环节，C1仍为0.3，运行仿真模型，观察纪录饱和非线性环节对系统过渡过程的影响。

实验解答：1.按实验目的、要求和已知条件，建立系统的Simulink模型。

建立Simulink模型如下：2．在不引入非线性环节的情况下运行仿真模型，观察纪录系统动态特性的变化。

去掉上图中的非线性环节—Relay，得到下图仿真结果：从图可以看出，开始会有突变，之后趋于稳定。

3. 在同样的条件下，引入滞环继电特性非线性环节，再运行仿真模型，观察纪录该非线性环节对系统过渡过程的影响。

如下，加入了滞环继电特性非线性环节从图中可以看出，系统产生了自激振荡，可以通过编程找到仿真曲线上的极值点，求出该图线的周期、角频率以及振幅。

通过仿真，由仿真图像可以很明白地看出，产生了自激振荡，且该自激振荡幅度约为0.6，周期约为8，则角频率约为0.8。

仿真结果与题目一致。

4. 将滞环继电特性非线性环节换成饱和非线性环节，C1仍为0.3，运行仿真模型，观察纪录饱和非线性环节对系统过渡过程的影响。

由图可得，仿真曲线的变化趋于缓和，但同时进入稳定的速率变慢。

即加入的饱和环节在系统中起到了限幅的作用。

饱和非线性环节使得系统更加平和的进入了稳定状态。

自动控制原理MATLAB仿真实验实验指导书电子信息工程教研室实验一典型环节的MA TLAB仿真一、实验目的1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。

2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。

3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、SIMULINK的使用MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。

利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。

1．运行MA TLAB软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令，按Enter键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。

2．选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。

图1-1 SIMULINK仿真界面图1-2 系统方框图3．在simulink仿真环境下，创建所需要的系统。

以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下：1）进入线性系统模块库，构建传递函数。

点击simulink下的“Continuous”，再将右边窗口中“Transfer Fen”的图标用左键拖至新建的“untitled”窗口。

2）改变模块参数。

在simulink仿真环境“untitled”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。

其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数，数字之间用空格隔开；设置完成后，选择OK，即完成该模块的设置。

3）建立其它传递函数模块。

按照上述方法，在不同的simulink的模块库中，建立系统所需的传递函数模块。

例：比例环节用“Math”右边窗口“Gain”的图标。

4）选取阶跃信号输入函数。

用鼠标点击simulink下的“Source”，将右边窗口中“Step”图标用左键拖至新建的“untitled”窗口，形成一个阶跃函数输入模块。

实验⼀典型环节的MATLAB仿真实验⼀典型环节的MATLAB仿真⼀、实验⽬的1．熟悉MATLAB桌⾯和命令窗⼝，初步了解SIMULINK功能模块的使⽤⽅法。

2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作⽤下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。

3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。

⼆、SIMULINK的使⽤MATLAB中SIMULINK是⼀个⽤来对动态系统进⾏建模、仿真和分析的软件包。

利⽤SIMULINK功能模块可以快速的建⽴控制系统的模型，进⾏仿真和调试。

1．运⾏MATLAB软件，在命令窗⼝栏“>>”提⽰符下键⼊simulink命令，按Enter键或在⼯具栏单击按钮，即可进⼊如图1-1所⽰的SIMULINK仿真环境下。

2．选择File菜单下New下的Model命令，新建⼀个simulink仿真环境常规模板。

图1-1SIMULINK仿真界⾯图1-2系统⽅框图3．在simulink仿真环境下，创建所需要的系统。

以图1-2所⽰的系统为例，说明基本设计步骤如下：1）进⼊线性系统模块库，构建传递函数。

点击simulink下的“Continuous”，再将右边窗⼝中“Transfer Fen”的图标⽤左键拖⾄新建的“untitled”窗⼝。

2）改变模块参数。

在simulink仿真环境“untitled”窗⼝中双击该图标，即可改变传递函数。

其中⽅括号内的数字分别为传递函数的分⼦、分母各次幂由⾼到低的系数，数字之间⽤空格隔开；设置完成后，选择OK，即完成该模块的设置。

3）建⽴其它传递函数模块。

按照上述⽅法，在不同的simulink的模块库中，建⽴系统所需的传递函数模块。

例：⽐例环节⽤“Math”右边窗⼝“Gain”的图标。

4）选取阶跃信号输⼊函数。

⽤⿏标点击simulink下的“Source”，将右边窗⼝中“Step”图标⽤左键拖⾄新建的“untitled”窗⼝，形成⼀个阶跃函数输⼊模块。

5）选择输出⽅式。