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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。
过程控制系统仿真实习报告一、实习目的与要求本次实习旨在通过使用MATLAB/Simulink仿真工具，对过程控制系统进行仿真研究，加深对控制理论的理解，提高控制系统设计和分析的能力。
实习要求如下：1. 熟练掌握MATLAB/Simulink的基本操作和仿真功能。
2. 了解过程控制系统的原理和常见控制策略。
3. 能够运用MATLAB/Simulink对过程控制系统进行建模、仿真和分析。
二、实习内容与过程1. 实习准备在实习开始前，先对MATLAB/Simulink进行学习和了解，掌握其基本的使用方法和功能。
同时，对过程控制系统的原理和常见控制策略进行复习，为实习做好充分的准备。
2. 实习过程(1) 第一个仿真项目：水箱液位控制系统在这个项目中，我们首先建立水箱液位的数学模型，然后根据该模型在Simulink中搭建仿真模型。
我们分别设计了单容、双容和三容水箱的液位控制系统，并分析了控制器参数对系统过渡过程的影响。
通过调整控制器参数，我们可以得到满意的控制效果。
(2) 第二个仿真项目：换热器温度控制系统在这个项目中，我们以换热器温度控制系统为研究对象，根据自动控制系统的原理，利用降阶法确定对象的传递函数。
在Simulink中，我们搭建了单回路、串级和前馈-反馈控制系统模型，并采用常规PID、实际PID和Smith预测器对系统进行仿真。
通过对比不同控制策略的仿真曲线，我们分析了各种控制策略的优缺点。
(3) 第三个仿真项目：基于模糊PID的控制系统在这个项目中，我们以工业锅炉燃烧过程控制系统为研究对象，利用模糊PID控制器优化锅炉燃烧过程控制系统的主要三个子系统：蒸汽压力控制系统、炉膛负压控制系统、燃料与空气比值系统的被控对象的函数。
通过仿真，我们优化了控制器的参数，使得系统在加入扰动后能够快速恢复稳定的状态。
三、实习收获与体会通过本次实习，我对MATLAB/Simulink仿真工具有了更深入的了解，掌握了其在过程控制系统仿真中的应用。
一、实验目的1. 了解控制系统的基本组成和原理。
2. 掌握控制系统调试和性能测试方法。
3. 培养动手能力和团队协作精神。
4. 熟悉相关实验设备和软件的使用。
二、实验原理控制系统是指通过某种方式对某个系统进行控制，使其按照预定的要求进行运行。
控制系统主要由控制器、被控对象和反馈环节组成。
控制器根据被控对象的输出信号，通过调节输入信号，实现对被控对象的控制。
本实验主要研究PID控制系统的原理和应用。
三、实验仪器与设备1. 实验箱：用于搭建控制系统实验电路。
2. 数据采集卡：用于采集实验数据。
3. 计算机：用于运行实验软件和数据处理。
4. 实验软件：用于控制系统仿真和调试。
四、实验内容1. 控制系统搭建：根据实验要求，搭建PID控制系统实验电路，包括控制器、被控对象和反馈环节。
2. 控制系统调试：对搭建好的控制系统进行调试，包括控制器参数的整定、系统稳定性和响应速度的调整等。
3. 控制系统性能测试：对调试好的控制系统进行性能测试，包括系统稳定性、响应速度、超调量等指标。
4. 控制系统仿真：利用实验软件对控制系统进行仿真，分析系统在不同参数下的性能。
五、实验步骤1. 控制系统搭建：按照实验要求，连接控制器、被控对象和反馈环节，搭建PID控制系统实验电路。
2. 控制系统调试：根据实验要求，调整控制器参数，使系统达到预定的性能指标。
3. 控制系统性能测试：对调试好的控制系统进行性能测试，记录测试数据。
4. 控制系统仿真：利用实验软件对控制系统进行仿真，分析系统在不同参数下的性能。
六、实验结果与分析1. 控制系统搭建：成功搭建了PID控制系统实验电路。
2. 控制系统调试：通过调整控制器参数，使系统达到预定的性能指标。
3. 控制系统性能测试：系统稳定性、响应速度、超调量等指标均达到预期效果。
4. 控制系统仿真：仿真结果表明，系统在不同参数下具有良好的性能。
七、实验总结1. 通过本次实验，了解了控制系统的基本组成和原理。
第1篇一、实验目的1. 掌握系统控制的基本原理和方法。
2. 熟悉最少拍控制系统的分析方法。
3. 了解输入信号对最小拍控制系统的影响及其改进措施。
4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理最少拍控制系统是一种直接数字设计方法，其目的是使闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，使系统输出值尽快地跟踪期望值的变化。
其闭环传递函数具有形式：\[ G(s) = \frac{1}{(z-1)^N} \]其中，N是可能情况下的最小正整数。
这一传递形式表明闭环系统的脉冲响应在N个采样周期后变为零，从而意味着系统在N拍之内到达稳态。
三、实验设备1. 硬件环境：- 微型计算机一台，Pentium 4以上各类微机2. 软件平台：- 操作系统：Windows 2000- 仿真软件：MATLAB6.0四、实验内容与步骤1. 计算控制器：- 按照系统要求计算最少拍有纹波控制器。
2. 构造系统结构图模型：- 在Simulink下构造系统结构图模型。
- 取输入信号为单位阶跃信号和单位速度信号。
3. 设计控制器：- 设计控制器，观察输入输出波型，标明参数，打印结果。
4. 观察系统输出波形：- 观察系统输出波形在采样点以外的波形。
五、实验结果与分析1. 单位阶跃输入下的最少拍有纹波控制系统：- 通过仿真，可以得到单位阶跃输入下的最少拍有纹波控制系统的输出波形，如图1-2所示。
- 从图中可以看出，系统在3个采样周期内达到稳态，且稳态误差较小。
2. 单位速度输入下的最少拍有纹波控制系统：- 通过仿真，可以得到单位速度输入下的最少拍有纹波控制系统的输出波形。
- 从图中可以看出，系统在3个采样周期内达到稳态，且稳态误差较小。
3. 输入信号对系统的影响：- 通过改变输入信号，可以观察到输入信号对系统输出波形的影响。
- 例如，当输入信号为单位阶跃信号时，系统输出波形呈现出明显的纹波现象；而当输入信号为单位速度信号时，系统输出波形则较为平滑。
一、实验目的1. 掌握控制系统仿真的基本原理和方法；2. 熟练运用MATLAB/Simulink软件进行控制系统建模与仿真；3. 分析控制系统性能，优化控制策略。
二、实验内容1. 建立控制系统模型2. 进行仿真实验3. 分析仿真结果4. 优化控制策略三、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 软件环境：MATLAB R2020a、Simulink3. 硬件环境：个人电脑一台四、实验过程1. 建立控制系统模型以一个典型的PID控制系统为例，建立其Simulink模型。
首先，创建一个新的Simulink模型，然后添加以下模块：（1）输入模块：添加一个阶跃信号源，表示系统的输入信号；（2）被控对象：添加一个传递函数模块，表示系统的被控对象；（3）控制器：添加一个PID控制器模块，表示系统的控制器；（4）输出模块：添加一个示波器模块，用于观察系统的输出信号。
2. 进行仿真实验（1）设置仿真参数：在仿真参数设置对话框中，设置仿真时间、步长等参数；（2）运行仿真：点击“开始仿真”按钮，运行仿真实验；（3）观察仿真结果：在示波器模块中，观察系统的输出信号，分析系统性能。
3. 分析仿真结果根据仿真结果，分析以下内容：（1）系统稳定性：通过观察系统的输出信号，判断系统是否稳定；（2）响应速度：分析系统对输入信号的响应速度，评估系统的快速性；（3）超调量：分析系统超调量，评估系统的平稳性；（4）调节时间：分析系统调节时间，评估系统的动态性能。
4. 优化控制策略根据仿真结果，对PID控制器的参数进行调整，以优化系统性能。
调整方法如下：（1）调整比例系数Kp：增大Kp，提高系统的快速性，但可能导致超调量增大；（2）调整积分系数Ki：增大Ki，提高系统的平稳性，但可能导致调节时间延长；（3）调整微分系数Kd：增大Kd，提高系统的快速性，但可能导致系统稳定性下降。
五、实验结果与分析1. 系统稳定性：经过仿真实验，发现该PID控制系统在调整参数后，具有良好的稳定性。
仿真实验一：控制系统的时域分析B08020312 朱仁杰一、实验目的：1．观察控制系统的时域响应；2．记录单位阶跃响应曲线；3．掌握时间响应分析的一般方法；4．初步了解控制系统的调节过程。
二、实验步骤：1．开机进入Matlab6.1运行界面。
2．Matlab指令窗："Command Window". 运行指令：con_sys; 进入本次实验主界面。
3．分别双击上图中的三个按键，依次完成实验内容。
4．本次实验的相关Matlab函数：tf([num],[den])可输入一传递函数。
step(G,t)在时间范围t秒内，画出阶跃响应图。
三、实验内容：1．观察一阶系统G=1/(T+s) 的时域响应：取不同的时间常数T，分别观察该系统的脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。
T=9T=162．二阶系统的时域性能分析：(1)调节时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。
(2)结合系统的零极点图，观察自然频率与阻尼比对极点位置的影响。
自然频率越大，阻尼比越小极点越大。
(3)结合时域响应图，观察自然频率与阻尼比对阶跃响应的影响。
自然频率和阻尼比越大，稳定越快。
(4)调节自然频率与阻尼比，要求：Tr<0.56sTp<1.29sTs<5.46超调不大于5％.记录下满足上述要求的自然频率与阻尼比。
自然频率: 9.338red/s阻尼比:0.69645s3．结合《自动控制原理》一书，Page 135，题3_10. 分别观察比例_微分与测速反馈对二阶系统性能的改善。
(1).按原始的调节参数输入，调节时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。
(2)分别取不同的K3，观察比例_微分控制对系统性能的改善。
K3=1K3=5(4)设置不同的K4，观察测速反馈对系统性能的影响。
K4=0.5K4=5(4).调节各个参数，使系统阶跃响应满足：上升时间Tr<3.5s超调量<2%.记录下此时各个参数数据。
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告实验报告：MATLAB与控制系统仿真引言在现代控制工程领域中，仿真是一种重要的评估和调试工具。
通过仿真技术，可以更加准确地分析和预测控制系统的行为和性能，从而优化系统设计和改进控制策略。
MATLAB是一种强大的数值计算软件，广泛应用于控制系统仿真。
实验目的本实验旨在掌握MATLAB在控制系统仿真中的应用，通过实践了解控制系统的建模与仿真方法，并分析系统的稳定性和性能指标。
实验内容1.建立系统模型首先，根据控制系统的实际情况，建立系统的数学模型。
通常，控制系统可以利用线性方程或差分方程进行建模。
本次实验以一个二阶控制系统为例，其传递函数为：G(s) = K / [s^2 + 2ζω_ns + ω_n^2]，其中，K表示放大比例，ζ表示阻尼比，ω_n表示自然频率。
2.进行系统仿真利用MATLAB软件，通过编写代码实现控制系统的仿真。
可以利用MATLAB提供的函数来定义传递函数，并通过调整参数来模拟不同的系统行为。
例如，可以利用step函数绘制控制系统的阶跃响应图像，或利用impulse函数绘制脉冲响应图像。
3.分析系统的稳定性与性能在仿真过程中，可以通过调整控制系统的参数来分析系统的稳定性和性能。
例如，可以改变放大比例K来观察系统的超调量和调整时间的变化。
通过观察控制系统的响应曲线，可以判断系统的稳定性，并计算出性能指标，如超调量、调整时间和稳态误差等。
实验结果与分析通过MATLAB的仿真，我们得到了控制系统的阶跃响应图像和脉冲响应图像。
通过观察阶跃响应曲线，我们可以得到控制系统的超调量和调整时间。
通过改变放大比例K的值，我们可以观察到超调量的变化趋势。
同时，通过观察脉冲响应曲线，我们还可以得到控制系统的稳态误差，并判断系统的稳定性。
根据实验结果分析，我们可以得出以下结论：1.控制系统的超调量随着放大比例K的增大而增大，但当K超过一定值后，超调量开始减小。
2.控制系统的调整时间随着放大比例K的增大而减小，即系统的响应速度加快。
控制系统仿真实验报告(总19页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除昆明理工大学电力工程学院学生实验报告实验课程名控制系统仿真实验称：开课实验室：计算中心2082015 年 6月 16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 。
IVSV 1V 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(1) I=Vs/(R1+R2)=2A , V1=I*R1 =6V , V2=I*R2=14V (2) I*R1+I*R2-Vs=0 , V1=I*R1 , V2=I*R2 ,=> I=2A,V1=6V,V2=14V.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（1）M文件源程序R1=3;R2=7;Vs=20;I=Vs/(R1+R2)V1=I*R1V2=Vs-V1（2）M文件求解结果I=2V1=6V2=14五、用simulink进行仿真建模（1）给出simulink下的电路建模图（2）给出simulink仿真的波形和数值电流I波形I=2A电压U1波形,U1=6V电压U2波形,U2=14V六、结果比较与分析根据M文件编程输入到matlab中，实验结果与理论计算结果一致。
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。
实验一经典的连续系统仿真建模方法
一实验目的
1．了解和掌握利用仿真技术对控制系统进行分析的原理和步骤。
2．掌握机理分析建模方法。
3．深入理解一阶常微分方程组数值积分解法的原理和程序结构，学习用Matlab 编写
数值积分法仿真程序。
4．掌握和理解四阶Runge-Kutta 法，加深理解仿真步长与算法稳定性的关系。
二实验内容
1. 编写四阶Runge_Kutta 公式的计算程序，对非线性模型（3）式进行仿真。
（1）将阀位u 增大10％和减小10％，观察响应曲线的形状;
u=0.45时的图像：
u=0.55
01002003004005006007008009001000 1.25
1.3
1.35
1.4
1.45
1.5
开大或关小阀位之后，稳态值会相应的从原液位上升或下降，这是符合实际的。
（2） 研究仿真步长对稳定性的影响，仿真步长取多大时RK4 算法变得不稳定？ 由（1）可知，当步长为40时，仿真结果是稳定的 当步长为80时的图像
01002003004005006007008009001000
1.35
1.4
1.45
1.5
1.55
1.6
1.65
1.7
1
2
3
4
5
6
7
h （1,1）的数值稳定，但是并不是实际求得的稳态值。
h （1,2）的值显然发散。
进一步取小步长，取hstep=42时，图像出现偏差，但是稳态值不变
Hstep=65时，图像偏差明显
0200400600800100012001400160018002000
-140
-120-100-80-60-40-200
20020040060080010001200
1.35
1.41.451.51.551.61.651.7
1.75
而hsetp=65.7时，图像就发散了
（3） 利用 MATLAB 中的ode45()函数进行求解，比较与（1）中的仿真结果有何区别。
Ode45调用的函数：
function [dh]=daoshu(t,x)
020040060080010001200140016001800
0.5
1
1.5
2
2.5
3
020040060080010001200140016001800
-25
-20
-15
-10
-5
5
u(1)=0.4;%此处可以修改阀位
dh=zeros(2,1);
u(2)=0.15;
A=2;
ku=0.1/0.5;
alpha12 = 0.25/sqrt(1.5);
alpha2 = 0.25/sqrt(1.4);
dh(1,1)=(ku*(u(1))+u(2)-alpha12*sqrt(x(1,1)))/A;
dh(2,1)=(alpha12*sqrt(x(1,1))-alpha2*sqrt(x(2,1)))/A;
end
在主程序中添加ode45的算法：
[T,Y]=ode45('daoshu',[0,1000],[1.5,1.4]);
figure(1)
plot(T,Y)
hold on
plot([0:hStep:nCounter*hStep]',Hlevel)
grid
将ode45与编写的龙格库塔算法画到同一个坐标系中（点表示ode45）：
01002003004005006007008009001000
可以发现，ode45更快达到稳定值，实际上，在缩小了编写算法中的步长后，两种算法的曲线基本重合，说明ode45的精度很高：
01002003004005006007008009001000 2. 编写四阶Runge_Kutta 公式的计算程序，对线性状态方程（18）式进行仿真
（1）将阀位增大10％和减小10％，观察响应曲线的形状;
增大10％，令u(1)=0.05
令u(1)=-0.05
（2） 研究仿真步长对稳定性的影响，仿真步长取多大时RK4 算法变得不稳定？
方法同上，大约在hstep=61时就不稳定了
（3） 阀位增大10％和减小10％，利用MATLAB 中的ode45()函数进行求解阶跃响
050100150200250
1.35
1.4
1.45
1.5
1.55
1.6
1.65
1.7
050100150200250
1.25
1.3
1.35
1.4
1.45
1.5
减小10%（实线为编写算法，点为龙格库塔法）：
050100150200250增大10%：
050100150200250程序实现：
调用微分函数：
function [dh] = dx( t,x )
%DX 被ode45调用的微分方程函数
u=zeros(2,1);
u(1)=0.05; %此处可以修改阀位
u(2)=0;
A=2;
ku=0.1/0.5;
alpha12 = 0.25/sqrt(1.5);
alpha2 = 0.25/sqrt(1.4);
R12=2*sqrt(1.5)/alpha12;
R2=2*sqrt(1.4)/alpha2;
AMTRIX = [-1/(A*R12) 0;1/(A*R12) -1/(A*R2)];
BMATRIX = [ku/A 1/A;0 0];
dh=AMTRIX*x+BMATRIX*u;
end
主程序中添加：
[T,Y]=ode45('dx',[0,250],[0,0]);
Y(:,1)=Y(:,1)+1.5
Y(:,2)=Y(:,2)+1.4
figure(3)
plot(T,Y,'.')
hold on
plot([0:hStep:nCounter*hStep]',Hlevel)
grid
三实验报告
实验完成后，要写出实验报告，内容包括：
1．实验步骤及说明；
2．实验所用的仿真程序清单，以及程序结构的简单说明；
3．实验结果曲线及分析，稳态值是多少；
四思考题
1．讨论仿真步长对稳定性和仿真精度的影响。
一般来说，仿真步长越长，系统越倾向于不稳定，仿真步长越短，系统越稳定，但是需要的仿真时间越长。
2．你是怎样实现阀位增大和减小10%的？对于非线性模型和线性模型方法一样吗？
线性模型与非线性模型实际改变方式不一样。
线性模型中，由于采用的是增量化的方程，所以在修改时只需要修改增量，即0.05或-
0.05。
非线性模型中，采用的绝对量的方程，所以在修改时应该修改绝对量，即改为0.45或
0.55。
五实验总结
通过本次实验，熟悉了对matlab软件的使用，加深了对微分方程数值积分解法的理
解，并通过编写程序进一步加深认识。
通过对系统微分方程的列写，加深了对控制系统的认识，同时对非线性系统的线性化有了更深的了解（增量化方程）。
