实验报告基于Matlab的控制系统仿真1

MATLAB语言与控制系统仿真实验报告册姓名：班级：学号：日期：实验一 MATLAB/Simulink 仿真基础一、 实验目的1、 掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识；2、能在Simulink 中实现简单模型的搭建。

二、 实验工具电脑、MATLAB 软件三、 实验内容1、绘制衰减曲线)3sin(.3t e y t -=及其包络30t e y -±=，其中]4,0[π∈t 。

2、用MATLAB 实现运算5ln 573sin 3+++=e y3、用simulink 建立subsystem 并封装，内容为正弦波发生器)sin(ϕω+=t A y ，要求幅值、频率和初相任意可调。

4、用simulink 实现下列程序语句： Int C=0;If 0≥-B A ; C++; Else C--。

四、实验过程1t=0:pi/50:4*pi;y=exp(-t/3).*sin(3*t); y0=exp(-t/3);plot(t,y,'c',t,y0,'b:',t,-y0,'b:'); axis([0 4*pi -1 1]); title('函数图形'); xlabel('时间/t') ylabel('幅值');legend('衰减曲线','包络线');2 y=sin(3)+sqrt(7)+5*exp(3)+log(5)y =104.82403五、实验结论1衰减曲线包络线值幅时间/t2 y = 104.824034实验二控制系统模型的MATLAB实现四、实验目的3、掌握MATLAB/Simulink仿真的基本知识；4、熟练应用MATLAB软件建立控制系统模型。

五、实验工具电脑、MATLAB软件六、实验内容已知单位负反馈控制系统开环传递函数为)1)(5()(++=As s s Bs G ，其中，A表示自己学号最后一位数（可以是零），B 表示自己学号的最后两位数。

这篇文章是关于基于Matlab的PID控制仿真课程设计的，主要内容包括PID控制的基本原理、Matlab的应用、课程设计的目的和意义、课程设计的具体步骤和具体操作步骤。

文章采用客观正式的语气，结构合理，旨在解释基于Matlab的PID控制仿真课程设计的重要性和实施方法。

1. 简介PID控制是一种常见的控制算法，由比例项（P）、积分项（I）和微分项（D）组成，可以根据被控对象的实际输出与期望输出的偏差来调整控制器的输出，从而实现对被控对象的精确控制。

Matlab是一种强大的数学建模与仿真软件，广泛应用于工程领域，尤其在控制系统设计和仿真方面具有独特优势。

2. PID控制的基本原理PID控制算法根据被控对象的实际输出与期望输出的偏差来调整控制器的输出。

具体来说，比例项根据偏差的大小直接调整输出，积分项根据偏差的积累情况调整输出，微分项根据偏差的变化速度调整输出。

三者综合起来，可以实现对被控对象的精确控制。

3. Matlab在PID控制中的应用Matlab提供了丰富的工具箱，其中包括控制系统工具箱，可以方便地进行PID控制算法的设计、仿真和调试。

利用Matlab，可以快速建立被控对象的数学模型，设计PID控制器，并进行系统的仿真和性能分析，为工程实践提供重要支持。

4. 课程设计的目的和意义基于Matlab的PID控制仿真课程设计，旨在帮助学生深入理解PID控制算法的原理和实现方法，掌握Matlab在控制系统设计中的应用技能，提高学生的工程实践能力和创新思维。

5. 课程设计的具体步骤（1）理论学习：学生首先需要学习PID控制算法的基本原理和Matlab在控制系统设计中的应用知识，包括控制系统的建模、PID控制器的设计原理、Matlab的控制系统工具箱的基本使用方法等。

（2）案例分析：学生根据教师提供的PID控制实例，在Matlab环境下进行仿真分析，了解PID控制算法的具体应用场景和性能指标。

（3）课程设计任务：学生根据所学知识，选择一个具体的控制对象，如温度控制系统、水位控制系统等，利用Matlab建立其数学模型，设计PID控制器，并进行系统的仿真和性能分析。

班级 姓名 学号XXXXXX 电子与信息工程学院实验报告册课程名称：自动控制原理 实验地点： 实验时间同组实验人： 实验题目： 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、实验原理及SIMULINK 图形：1．比例环节的传递函数为 221211()2100,200Z R G s R K R K Z R =-=-=-==其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。

2．惯性环节的传递函数为2211211212()100,200,110.21R Z R G s R K R K C uf Z R C s =-=-=-===++其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-4所示。

3．积分环节(I)的传递函数为uf C K R s s C R Z Z s G 1,1001.011)(111112==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-5所示。

图1-5 积分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形 图1-4 惯性环节的模拟电路及SIMULINK 图形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1-6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1-7所示。

6．比例+积分环节（PI ）的传递函数为)11(1)(11212s R 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1-8所示。

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。

重庆交通大学学生实验报告实验课程名称计算机控制实验开课实验室交通装备与制造工程实训中心学院机电与汽车工程学院年级2012专业班二班学生姓名朱瑞学号631224030230开课时间2014 至2015 学年第二学期2015年6 月z/(2*(z - exp(-T))) + z/(2*(z - exp(-3*T)))>> pretty(FZ)z z --------------- + ----------------- 2 (z - exp(-T)) 2 (z - exp(-3 T)) 3、求下列各函数的Z 反变换。

（1）：5.0)(-=z zz F>> f=z/(z-0.5); >> iztrans(f) ans = (1/2)^n（2）：)1.0)(8.0()(2--=z z z z F>> f=z^2/((z-0.8)*(z-0.1)); >> iztrans(f) ans =8/7*(4/5)^n-1/7*(1/10)^n 第三章 习题 P561、试求如题图3.1所示的采样控制系统在单位阶跃信号作用下的输出响应y *（t ）。

设G(s)=)10(20+s s ，采样周期T=0.1s 。

>> gs=tf([20],[1 10 0]); >> gz=c2d(gs,0.1,'imp'); >> gzb2=feedback(gz,1);>> rz=tf([1 0],[1 -1],0.1); %阶跃输入信号的Z 变换 >> yz=rz*gzb2; >> impulse(yz)2 试求如题图3.1所示的控制系统在单位速度作用下的稳态误差 设G(s)=)11.0(1s s ，采样周期T=0.1s 。

>> gs=tf([1],[0.1 1 0]); >> T=0.1;>> gz=c2d(gs,T,'imp');>> gzb=feedback(gz,1); % 先求Z 变换，再求闭环传递函数和响应，正确 >> rz = tf([0.1 0],[1 -2 1],T); %单位速度信号 >> rz1 = zpk([0],[1 1],T,T); %效果相同 >> yz=rz*gzb; >> impulse(yz);>> t=[0:0.1:10]'; %效果相同>> ramp=t;>> lsim(gzb,ramp,t)>> [y,t1] = lsim(gzb,ramp,t);>> ER = ramp - y>> plot(ER,t),grid %误差曲线>> gs=tf([1],[0.1 1 0]); %连续情况，稳态误差为1 >> gsb=feedback(gs,1);>> rs = tf([1],[1 0 0]); %单位速度信号>> ys=rs*gsb;>> t1=0:0.01:10;>> impulse(ys,t1);>> t=[0:0.01:10]'; %效果相同 >> ramp=t;>> lsim(gsb,ramp,t)5 如题图3.1所示的控制系统 设G(s)=)1(10s s ，采样周期T=1s 。

电力拖动自动控制系统Matlab仿真实
验报告
电力拖动自动控制系统
---Matlab仿真实验报告
实验一二极管单相整流电路一．【实验目的】
1．经过对二极管单相整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；
2．经过实验进一步加深理解二极管单向导通的特性。

图1-1 二极管单相整流电路仿真模型图
二．【实验步骤和内容】
1.仿真模型的建立
①打开模型编辑窗口；
②复制相关模块；
③修改模块参数；
④模块连接；
2.仿真模型的运行
①仿真过程的启动；
②仿真参数的设置；
3.观察整流输出电压、电流波形并作比较，如图1-2、1-3、1-4所示。

三．【实验总结】
由于负载为纯阻性，故输出电压与电流同相位，即波形相同，但幅值不等，如图1-4所示。

图1-2 整流电压输出波形图图1-3 整流电流输出波形图
图1-4 整形电压、电流输出波形图
实验二三相桥式半控整流电路
一．【实验目的】
1．经过对三相桥式半控整流电路的仿真，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识；
2．研究三相桥式半控整流电路整流的工作原理和全过程。

二．【实验步骤和内容】
1.仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块
参数，模块连接。

2.仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置。

相应的参数设置：
（1）交流电压源参数U=100 V，f=25 Hz，三相电源相位依次延迟120°。

matlab控制系统仿真设计Matlab控制系统仿真设计控制系统是现代工业领域中的关键技术之一，用于实现对系统行为的预测和调节。

在控制系统设计中，仿真是一个重要的工具，可以帮助工程师和研究人员理解和评估系统的性能。

在本文中，我们将以Matlab的控制系统仿真设计为主题，介绍控制系统仿真的基本概念、方法和工具。

一、控制系统仿真基础1.1 什么是控制系统仿真？控制系统仿真是指通过计算机模拟系统的动态行为来评估和验证控制策略的一种方法。

仿真可以帮助工程师在构建实际系统之前，通过计算机模型对系统的运行过程进行预测和分析。

1.2 为什么要进行控制系统仿真？控制系统仿真可以帮助工程师在实际系统建造之前对系统进行评估和优化。

它可以提供系统的动态响应、稳定性、鲁棒性等信息，帮助工程师优化控制策略和设计参数。

此外，仿真还可以帮助工程师调试和验证控制算法，减少实际系统建造和测试的成本和风险。

1.3 Matlab在控制系统仿真中的作用Matlab是一款功能强大的科学计算软件，也是控制系统仿真的重要工具之一。

Matlab提供了丰富的控制系统设计和分析工具箱，使得控制系统仿真变得更加简单和高效。

二、Matlab控制系统仿真设计的步骤2.1 确定系统模型在进行控制系统仿真设计之前，首先需要确定系统的数学模型。

系统模型可以通过物理原理、实验数据或系统辨识方法得到。

在Matlab中，可以使用符号计算工具箱或数值计算工具箱来建立系统的数学模型。

2.2 设计控制器根据系统模型和性能要求，设计合适的控制器。

常用的控制器设计方法包括PID控制、根轨迹设计、频率响应设计等。

在Matlab中，可以使用Control System Toolbox来设计控制器，并进行性能分析和优化。

2.3 仿真系统响应利用Matlab的仿真工具，对系统进行动态仿真，观察系统的响应。

仿真可以根据预先设定的输入信号和初始条件，计算系统的状态和输出变量随时间的变化。

兰州理工大学《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告院系：电气工程与信息工程学院班级：电气工程及其自动化四班姓名：学号：时间：年月日电气工程与信息工程学院《自动控制原理》MATLAB 分析与设计仿真实验任务书（2014） 一、仿真实验内容及要求 1．MATLAB 软件要求学生通过课余时间自学掌握MATLAB 软件的基本数值运算、基本符号运算、基本程序设计方法及常用的图形命令操作；熟悉MATLAB 仿真集成环境Simulink 的使用。

2．各章节实验内容及要求1）第三章 线性系统的时域分析法∙ 对教材第三章习题3-5系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较，分析仿真结果；∙ 对教材第三章习题3-9系统的动态性能及稳态性能通过仿真进行分析，说明不同控制器的作用；∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第三章习题3-30，并对结果进行分析； ∙ 在MATLAB 环境下完成英文讲义P153.E3.3；∙ 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，在100=a K 时，试采用微分反馈控制方法，并通过控制器参数的优化，使系统性能满足%5%,σ<3250,510s ss t ms d -≤<⨯等指标。

2）第四章 线性系统的根轨迹法∙ 在MATLAB 环境下完成英文讲义P157.E4.5； ∙ 利用MATLAB 绘制教材第四章习题4-5；∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-10及4-17，并对结果进行分析；∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-23，并对结果进行分析。

3）第五章 线性系统的频域分析法∙ 利用MATLAB 绘制本章作业中任意2个习题的频域特性曲线；4）第六章 线性系统的校正∙ 利用MATLAB 选择设计本章作业中至少2个习题的控制器，并利用系统的单位阶跃响应说明所设计控制器的功能；∙ 利用MATLAB 完成教材第六章习题6-22控制器的设计及验证；∙ 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，试采用PD控制并优化控制器参数，使系统性能满足给定的设计指标ms t s 150%,5%<<σ。

基于MATLABSimulink的控制系统设计与仿真控制系统设计是现代工程领域中至关重要的一部分，它涉及到对系统动态特性的分析、建模、控制器设计以及系统性能评估等方面。

MATLAB Simulink作为一款强大的工程仿真软件，在控制系统设计与仿真领域有着广泛的应用。

本文将介绍基于MATLAB Simulink的控制系统设计与仿真过程，包括系统建模、控制器设计、性能评估等内容。

1. 控制系统设计概述控制系统是通过对被控对象施加某种影响，使其按照既定要求或规律运行的系统。

在控制系统设计中，首先需要对被控对象进行建模，以便进行后续的分析和设计工作。

MATLAB Simulink提供了丰富的建模工具和仿真环境，可以帮助工程师快速准确地建立系统模型。

2. 系统建模在MATLAB Simulink中，可以利用各种不同的模块来构建系统模型，如传感器、执行器、控制器等。

通过简单拖拽这些模块并连接起来，就可以构建出完整的系统结构。

同时，Simulink还支持连续系统和离散系统的建模，可以方便地进行时域和频域分析。

3. 控制器设计控制器是控制系统中至关重要的一部分，它根据系统反馈信息对输出信号进行调节，以实现对被控对象的精确控制。

在MATLAB Simulink中，可以使用各种不同类型的控制器设计工具，如PID控制器、状态空间反馈控制器等。

通过这些工具，工程师可以快速设计出符合系统要求的控制器。

4. 性能评估在完成控制器设计后，需要对系统性能进行评估。

MATLAB Simulink提供了丰富的仿真功能，可以对系统进行动态响应、稳定性、鲁棒性等方面的评估。

通过仿真结果，工程师可以及时发现问题并进行调整优化。

5. 实例分析为了更好地说明基于MATLAB Simulink的控制系统设计与仿真过程，我们以一个温度控制系统为例进行分析。

首先建立被控对象的数学模型，然后设计PID控制器，并利用Simulink进行仿真验证。

最后根据仿真结果对系统性能进行评估，并进行必要的调整。