基于MATLAB的控制系统时域分析
实验二 利用MATLAB进行时域分析
实验二利用MATLAB进行时域分析本实验内容包含以下三个部分:基于MATLAB得线性系统稳定性分析、基于MATLAB得线性系统动态性能分析、与MATALB进行控制系统时域分析得一些其它实例。
一、基于MATLAB得线性系统稳定性分析线性系统稳定得充要条件就是系统得特征根均位于S平面得左半部分。
系统得零极点模型可以直接被用来判断系统得稳定性。
另外,MATLAB语言中提供了有关多项式得操作函数,也可以用于系统得分析与计算。
(1)直接求特征多项式得根设p为特征多项式得系数向量,则MATLAB函数roots()可以直接求出方程p=0在复数范围内得解v,该函数得调用格式为:v=roots(p) 例3、1 已知系统得特征多项式为:特征方程得解可由下面得MATLAB命令得出。
>> p=[1,0,3,2,1,1];v=roots(p)结果显示:v =0、3202 + 1、7042i0、3202 - 1、7042i-0、72090、0402 + 0、6780i0、0402 - 0、6780i利用多项式求根函数roots(),可以很方便得求出系统得零点与极点,然后根据零极点分析系统稳定性与其它性能。
(2)由根创建多项式如果已知多项式得因式分解式或特征根,可由MATLAB函数poly()直接得出特征多项式系数向量,其调用格式为:p=poly(v) 如上例中:v=[0、3202+1、7042i;0、3202-1、7042i;-0、7209;0、0402+0、6780i; 0、0402-0、6780i];>> p=poly(v)结果显示p =1、0000 0、0001 3、00002、0001 0、9998 0、9999由此可见,函数roots()与函数poly()就是互为逆运算得。
(3)多项式求值在MATLAB 中通过函数polyval()可以求得多项式在给定点得值,该函数得调用格式为: polyval(p,v)对于上例中得p值,求取多项式在x点得值,可输入如下命令:>> p=[1,0,3,2,1,1];x=1polyval(p,x)结果显示x =1ans =8(4)部分分式展开考虑下列传递函数:式中,但就是与中某些量可能为零。
实验1 利用matlab进行系统的时域分析
实验1 利用matlab进行系统的时域分析一．实验目的:1．了解离散时间序列卷积与的matlab实现;2．利用卷积与求解系统的零状态响应;二．实验原理:1．连续时间系统零状态响应的求解连续时间LTI系统以常系数微分方程描述,系统的零状态响应可通过求解初始状态为零的微分方程得到。
在MATLAB中,控制系统工具箱提供了一个用于求解零初始状态微分方程数值解的函数lsim。
其调用方式为y= lsim( sys,x,t)式中t表示计算系统响应的抽样点向量,x就是系统输入信号向量,sys就是连续时间LTI系统模型,用来表示微分方程、差分方程、状态方程。
在求解微分方程时,微分方程的连续时间LTI系统模型sys要借助tf函数获得,其调用方式为sys= tf(b,a)式中b与a分别为微分方程右端与左端各项的系数向量。
例如对3阶微分方程+++=+++可用a=[ a3, a2, a1, a0];b=[b3 ,b2, b1,b0]; sys=tf( b,a)获得连续时间LTI模型。
注意微分方程中为零的系数一定要写入向量a与b中。
【例2-1】描述某力学系统中物体位移y(t)与外力f(t)的关系为++y(t)=x(t)物体质量m=l kg,弹簧的弹性系数ks= 100 N/m,物体与地面的摩擦系数fd=2 N·s/m,系统的初始储能为零,若外力x(t)就是振幅为10、周期为1的正弦信号,求物体的位移y(t)。
解:由已知条件,系统的输入信号为x(t)=10sin(2πt),系统的微分方程为++100y(t)=x(t)计算物体位移y(t)的MATLAB程序如下:%program2_1微分方程求解ts=0;te=5;dt=0、01;sys=tf([1],[1 2 100]);t=ts:dt:te;x=10*sin(2*pi*t);y=lsim(sys,x,t);plot(t,y);xlabel('Time(sec)')ylabel('y(t)')-0.25-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.2Time(sec)y (t )图2-1系统的零状态响应2、连续时间系统冲激响应与阶跃响应的求解在MATLAB 中,求解系统冲激响应可应用控制系统工具箱提供的函数impulse,求解阶跃响应可利用函数step 。
基于MATLAB的线性系统时域分析及仿真
基于MATLAB的线性系统时域分析及仿真MATLAB是一种高级计算软件，广泛应用于各个领域中的科学和工程问题的分析与仿真。
在信号与系统领域，MATLAB提供了强大的工具来进行线性系统的时域分析与仿真。
线性系统是指具有线性特性的系统，它们满足叠加原理和比例原理。
在时域分析中，我们通常关注系统的时域响应，即系统对输入信号的输出响应。
MATLAB提供了许多实用的函数来分析线性系统的时域行为。
首先，我们可以通过建立线性系统模型来研究其时域特性。
MATLAB 中的tf和ss函数可以用于创建传递函数和状态空间模型。
传递函数是输入输出之间的比值关系，而状态空间模型描述了系统的状态变量和输入/输出之间的关系。
可以通过输入系统的差分方程或频域特性来创建或导入线性系统的模型。
接下来，我们可以使用step、impuls和lsim函数来分析线性系统的时域响应。
step函数用于计算系统的单位阶跃响应，impuls函数用于计算系统的单位脉冲响应，而lsim函数用于计算系统对任意输入信号的响应。
这些函数能够绘制系统的时域响应曲线，并提供有关系统稳定性和动态特性的信息。
除了时域分析，MATLAB还提供了一些仿真工具来模拟线性系统的时域行为。
Simulink是MATLAB的一个强大的仿真环境，它可以用于构建复杂的线性系统模型，并通过仿真来分析系统的时域响应。
Simulink提供了丰富的模块库，包括线性系统模型、输入信号源和观测器等，使用户能够快速搭建系统模型并进行仿真。
在仿真过程中，Simulink提供了多种仿真方法，如固定步长仿真和变步长仿真。
固定步长仿真通过以固定的时间步长进行仿真，可以在仿真过程中保持较高的精度。
变步长仿真则根据系统响应的动态特性自适应地调整仿真步长，以确保在不同仿真阶段获取较高的精度和仿真效率。
总之，MATLAB提供了强大的工具来进行线性系统的时域分析与仿真。
通过建立线性系统模型、使用时域分析函数和Simulink仿真工具，用户可以方便地研究和分析系统的时域特性，并得到系统的时域响应曲线，进而了解系统的稳定性、动态特性和性能等信息。
基于MATLAB的时域分析法实现
性 定 常 系 统 中 ，我 们 根 据 系 统 的 闭环 传 递 函数 分 母 的最 高 次 幂 把 系 统 分 为 一 阶 、二 阶 、高 阶
系统 ，一 阶 、二 阶 系 统 可 以求 得 时 问响 应 的 解 析 解 ，亦 能 求 得 性 能 指 标 超 调 量 ％ 、 调 节 时
中 图 分 类 号 ：Ｔ １ ＭＡ Ｐ３２ 文 献标识 码 ：Ａ
ＭＡ Ｌ Ｂ是 由 Ｃ Ｅ Ｅ博 士 和 Ｊ Ｈ Ｉ Ｉ Ｅ工 程 师 开 发 的 一 套 高 性 能 的 数 值 计 算 和 数 据 ＴＡ ＬＶ Ｏ Ｎ ＬＴ Ｌ 可 视化 软 件 ． 具 有 语 言 简单 、紧 凑 ，语 法 限制 不 严 格 ，库 函数 、运 算 符 丰 富 ，程 序 设 计 自 它 由度 大 ，绘 图功 能 强 大 的 特点 ． 另外 ，它 针 对 不 同 学科 研 制 了 功 能 强 大 的 工 具 箱 ，这 些 工 具
具 有 极 高 的 编 程 效 率 ． 用 Ｍ Ｔ Ａ 编 程 实 现 线 性 定 常 系 统 分 析 ，使 整 个 分 析 过 程 变 得 简 单 、 易 操 运 Ａ ＬＢ 作 ． 绍 了用 ＭＡ Ｌ Ｂ实 现 时 域 分 析 的 编 程 方 法 ，并 给 出相 应 的 仿 真 波 形 ， 介 ＴＡ 关 键 词 ：ＭＡ Ｌ Ｂ；根 轨 迹 法 ； 时 域 分 析 ； 线 性 定 常 系 统 ＴＡ
２ 基于 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ的 时域 分 析 法 实现
收 稿 日期 ：２ ｏ ～ Ｏ ～ ｌ ｏ２ ｌ Ｏ 作 者 简 介 ：宋 维 君 （９７ ） 女 ，辽 宁 抚 顺 人 ，讲 师 ， 主 要 从 事 计 算 机 语 言 研 究 １６ 一 ，
自动控制原理MATLAB仿真实验报告
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、)(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2． 用Matlab 求出253722)(2342++++++=s s s s s s s G 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 =+ - + -P 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。
实验三：线性控制系统的MATLAB时域分析
实验三：线性控制系统的MATLAB 时域分析一、 实验目的1、掌握如何使用Matlab 进行系统的稳定性分析；2、掌握如何使用Matlab 进行系统的时域分析。
二、 实验目标（1）、能够掌握线性系统稳定性的MATLAB 判定方法；（2）、掌握MATLAB 动态性能分析；（3）、掌握二阶系统的时域分析方法。
三、 实验内容（一） 线性系统稳定性的MATLAB 判定方法 传递函数32432()72424()()10355024C s s s s G s R s s s s s +++==++++，利用MATLAB 命令判断系统的稳定性。
1、基础知识：系统的稳定性，根据系统传递函数（s ）极点的实部来进行判断：稳定——全为负，临界稳定——有一个为0，不稳定——有一个为负。
在MA TLAB 命令中，roots 、tf2zp()、pzmap()指令可以用于判断系统的稳定性。
（1）直接求特征多项式的根A 、roots()可以直接求出传递函数的特征方程p=0在复数范围内的解x,该函数的调用格式为：x=roots(p) ，返回值为特征方程的根（即传递函数的极点）。
系统的特征方程式432103550240s s s s ++++=，直接在MATLAB 的命令窗口中输入： >> p=[1,10,35,50,24];>> x=roots(p)按回车键，在MATLAB 命令窗口中观察运算结果，如右图所示，特征根的实部全部为负数，系统稳定。
B 、利用tf2zp()命令可以将传递函数的一般形式转换成传递函数的零点、极点及增益。
直接在MATLAB 的命令窗口中输入：>> num=[1,7,24,24];den=[1,10,35,50,24];[z,x,k]=tf2zp(num,den);x按回车键，在MATLAB 命令窗口中观察运算结果，如右图所示，特征根的实部全部为负数，系统稳定。
（2）零极点分布图pzmap()函数绘制连续系统的零、极点（系统特征方程的根）图，从而分析系统的稳定性，该函数调用格式为：pzmap(num,den)在MATLAB 的命令窗口中输入：>> num=[1,7,24,24];den=[1,10,35,50,24];pzmap(num,den)按回车键，在MATLAB 图形窗口得出零极点分布图，如右图所示，特征根的实部全部为负数，系统稳定。
第3章用MATLAB进行控制系统时域分析
第3章用MATLAB进行控制系统时域分析MATLAB是一种功能强大的计算机软件，被广泛用于进行控制系统分析和设计。
在控制系统领域，时域分析是一种常用的方法，它可以用来评估和改进系统的性能及稳定性。
在MATLAB中，有几个重要的函数可以用于进行控制系统时域分析，包括step、impulse、lsim和initial等。
这些函数可以帮助我们了解系统的响应和行为。
首先，我们可以使用step函数来绘制系统的阶跃响应。
阶跃响应表示系统对输入信号的反应。
通过分析阶跃响应曲线的特性，我们可以评估系统的稳定性和性能。
例如，我们可以从阶跃响应曲线中获取系统的超调量、上升时间和峰值时间等信息。
step函数的使用方法如下：```step(sys)```其中，sys是一个控制系统的传递函数或状态空间模型。
调用step 函数后，MATLAB会自动绘制系统的阶跃响应曲线，并且返回一个包含系统响应数据的结构体。
另一个常用的时域分析函数是impulse，它可以用来绘制系统对冲击输入的响应。
冲击响应是系统对于单位冲击信号的输出。
通过分析冲击响应曲线，我们可以了解系统的固有特性，例如共振频率和阻尼比。
impulse函数的使用方法与step函数类似：```impulse(sys)```同样，调用impulse函数后，MATLAB会绘制系统的冲击响应曲线，并且返回一个包含系统响应数据的结构体。
除了阶跃响应和冲击响应外，我们还可以使用lsim函数来绘制系统对任意输入信号的响应。
lsim函数可以接受用户自定义的输入信号，并给出系统的输出响应。
通过分析系统的输出信号，我们可以更加全面地了解系统的性能和行为。
lsim函数的使用方法如下：```lsim(sys,u,t)```其中，sys是一个控制系统的传递函数或状态空间模型，u是输入信号，t是时间向量。
调用lsim函数后，MATLAB会根据输入信号和时间向量绘制系统的输出响应曲线，并返回一个包含系统响应数据的结构体。
基于MATLAB自动控制系统时域频域分析与仿真
基于MATLAB自动控制系统时域频域分析与仿真MATLAB是一款强大的数学软件，也是自动控制系统设计的常用工具。
它不仅可以进行时域分析和频域分析，还可以进行相关仿真实验。
本文将详细介绍MATLAB如何进行自动控制系统的时域和频域分析，以及如何进行仿真实验。
一、时域分析时域分析是指对系统的输入信号和输出信号进行时域上的观察和分析，以了解系统的动态特性和稳定性。
MATLAB提供了一系列的时域分析工具，如时域响应分析、稳态分析和步骤响应分析等。
1.时域响应分析通过时域响应分析，可以观察系统对于不同的输入信号的响应情况。
在MATLAB中，可以使用`lsim`函数进行系统的时域仿真。
具体步骤如下：- 利用`tf`函数或`ss`函数创建系统模型。
-定义输入信号。
- 使用`lsim`函数进行时域仿真，并绘制系统输出信号。
例如，假设我们有一个二阶传递函数模型，并且输入信号为一个单位阶跃函数，可以通过以下代码进行时域仿真：```num = [1];den = [1, 1, 1];sys = tf(num, den);t=0:0.1:10;u = ones(size(t));[y, t, x] = lsim(sys, u, t);plot(t, y)```上述代码中，`num`和`den`分别表示系统的分子和分母多项式系数，`sys`表示系统模型，`t`表示时间序列，`u`表示输入信号，`y`表示输出信号。
通过绘制输出信号与时间的关系，可以观察到系统的响应情况。
2.稳态分析稳态分析用于研究系统在稳态下的性能指标，如稳态误差和稳态标准差。
在MATLAB中，可以使用`step`函数进行稳态分析。
具体步骤如下：- 利用`tf`函数或`ss`函数创建系统模型。
- 使用`step`函数进行稳态分析，并绘制系统的阶跃响应曲线。
例如，假设我们有一个一阶传递函数模型，可以通过以下代码进行稳态分析：```num = [1];den = [1, 1];sys = tf(num, den);step(sys)```通过绘制系统的阶跃响应曲线，我们可以观察到系统的稳态特性。
实验三 利用MATLAB进行时域分析
实验三
一、实验目的
(1)学会使用MATLAB编程绘制控制系统的单位阶跃响应曲线；
(2)研究二阶控制系统中，、n对系统动态特性和时域指标的影响；
(3)掌握准确读取动态特性指标的方法；
lab2='zunibi = 0.25';text(0.3,1.5,lab2),
>> lab3='zunibi = 0.5';text(0.3,1.2,lab3),
lab4='zunibi = 0.75';text(0,3,1.05,lab4),
lab5='zunibi = 1';text(0,35,0.9,lab5),
den=[1,4,25];
step(num,den)
grid%绘制网格线。
title(¹Unit-Step Response of G(s)=25/(s^2+4s+25) ¹) %图像标题
图3-2MATLAB绘制的响应曲线
还可以用下面的语句来得出阶跃响应曲线
>> G=tf([0,0,25],[1,4,25]);
den = [1 2*sigma*10 100];
damp(den)
sys = tf(num,den);
i=i+1;
step(sys,2)
hold on
end
Eigenvalue Damping Freq. (rad/s)
0.00e+000 + 1.00e+001i 0.00e+000 1.00e+001
自动控制 Matlab仿真实验一
仿真实验○一：控制系统的时域分析一、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。
结论：时间常数越小，响应越迅速。
2、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。
（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。
结论：阻尼比越小，极点越靠近虚轴，超调量减小，但响应速度变慢。
自然频率减小，极点靠近虚轴，响应速度减小，超调几乎不变。
（4）调节自然频率与阻尼比，要求：Tr<0.56s ，Tp<1.29s，Ts<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。
调节完成之后的响应曲线如图。
此时自然频率为14.5872rad/sec,阻尼比为0.77456。
各项参数完全满足要求。
3、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）采用不同的G输入，观察各项性能指数。
结论：增大分母中间的参数，相当于增大系统阻尼比，从而减小超调量(3).分别取不同的K3，观察比例_微分控制对系统性能的改善。
基于MATLAB的系统分析
图3-66 二阶系统的单位阶跃响应曲线
基于MATLAB的系统分析
1.2 基于MATLAB的根轨迹分析
使用 rlocus 命令可以得到连续单输入单输出系统的根轨迹图，此命令有两种基本形式： rlocus(num,den) 或 rlocus(num,den,k) 用 MATLAB 绘制根轨迹图时，具有 x，y 坐标轴自动定标功能。如果希望自行设置显示 图形的坐标范围，可以用 axis 命令定义绘制图形的轴线区域。例如， axis([-2.5,1 -3,3]); 表示 x 轴的显示范围是 2.5～1，y 轴的显示范围是 3～3 。
其中，z 为系统的零点；p 为系统的极点；k 为增益；num 为分子多项式降幂排列的系数向
量；den 为分母多项式降幂排列的系数向量。
基于MATLAB的系统分析
1.1 基于MATLAB的时域分析
2. 用MATLAB求取连续系统的输出响应
MATLAB提供了多种求取连续系统输出响应的函数，它们在MATLAB中的调用格 式分别为
1.1 基于MATLAB的时域分析
2. 用MATLAB求取连续系统的输出响应
【例 3-13】
已知典型二阶系统的传递函数为
G(s)
s2
n2 2n s
n2
其中 n 6 ，试绘制系统在 0.1，0.3，0.5，0.7，1.0 时的单位阶跃响应曲线。
【解】 输入以下MATLAB程序，运行结果如图3-66所示 wn=6; num=[wn^2] t=[0:0.1:10]; zeta1=0.1;den1=[1,2*zeta1*wn,wn^2]; zeta2=0.3;den2=[1,2*zeta2*wn,wn^2];
图3-68 连续系统的伯德图
基于MATLAB的系统分析
基于MATLAB的控制系统时域分析
基于MATLAB的控制系统时域分析控制系统的时域分析是通过对控制系统的输入与输出进行观察、计算和分析，研究系统的动态特性和稳态特性，以便设计出性能良好的控制系统。
MATLAB是一种功能强大的数学软件，也是控制系统分析和设计常用的工具。
基于MATLAB的控制系统时域分析包括系统的零极点分析、步跃响应分析、频域响应分析以及稳态误差分析等方面。
首先，零极点分析是控制系统时域分析的基础。
零极点是系统传递函数的根，可以通过MATLAB的roots函数来求解。
根据零极点的位置，可以判断系统的稳定性、阻尼比和共振频率等信息。
例如，根在左半平面的系统为稳定系统，零根的个数与极根的个数之差即为系统的阶数；根在右半平面的系统为不稳定系统；根在虚轴上的系统为临界稳定系统等。
其次，步跃响应分析是研究系统对输入步跃信号的响应情况。
通过MATLAB中的step函数，可以绘制系统的单位阶跃响应曲线，并可以获得系统的一些重要参数，如上升时间、峰值时间、峰值大小和稳态误差等。
其中，上升时间是指系统从初始值到达其稳定值的时间；峰值时间是指系统响应曲线达到其峰值的时间；峰值大小是指系统响应曲线在峰值时的大小；稳态误差是指系统响应与输入信号的差异。
接下来，频域响应分析是研究系统对输入频率信号的响应情况。
通过MATLAB中的freqresp函数，可以绘制系统的频率响应曲线。
频域响应曲线可以展示系统在不同频率下的增益和相位特性，用于研究系统的稳定性和频率补偿。
频域响应分析常用的工具包括Bode图和Nyquist图等。
最后，稳态误差分析是分析系统输出与输入的差异，用于评估系统的性能。
通过MATLAB中的step函数和sys2tf函数，可以计算系统的稳态误差，并绘制稳态误差曲线。
稳态误差可以分为位置误差和速度误差，用于评估系统的静态精确性。
综上所述，基于MATLAB的控制系统时域分析涵盖了零极点分析、步跃响应分析、频域响应分析和稳态误差分析等方面。
基于matlab的一阶系统及二阶系统时域特性仿真实验(1)
实验一 一阶系统及二阶系统时域特性MatLab 仿真实验（2学时）一、实验目的1、使学生通过实验中的系统设计及理论分析方法，帮助学生进一步理解自动控制系统的设计与分析方法。
2、熟悉仿真分析软件。
3、利用Matlab 对一、二阶系统进行时域分析。
4、掌握一阶系统的时域特性，理解常数T 对系统性能的影响。
5、掌握二阶系统的时域特性，理解二阶系统重要参数对系统性能的影响。
二、实验设备计算机和Matlab 仿真软件。
三、实验内容1、一阶系统时域特性 一阶系统11)(+=Ts s G ，影响系统特性的参数是其时间常数T ，T 越大，系统的惯性越大，系统响应越慢。
Matlab 编程仿真T=0.4，1.2，2.0，2.8，3.6，4.4系统单位阶跃响应。
2、二阶系统时域特性a 、二阶线性系统 16416)(2++=s s s G 单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位正弦输入响应的 Matlab 仿真。
b 、下图为具有一微分负反馈的位置随动系统框图，求出系统的闭环传递函数，根据系统瞬态性能指标的定义利用Matlab 分别计算微分反馈时间常数τ为0，0.0125，0.025时系统的上升时间、峰值时间、最大超调量和调整时间。
C 、二阶线性系统3612362++s s ξ，当ξ为0.1，0.2，0.5，0.7，1.0，2.0时，完成单位阶跃响应的Matlab 仿真，分析ξ值对系统响应性能指标的影响。
四、实验要求1、进入机房，学生要严格遵守实验室规定。
2、学生独立完成上述实验，出现问题，教师引导学生独立分析和解决问题。
3、完成相关实验内容，记录程序，观察记录响应曲线，响应曲线及性能指标进行比较，进行实验分析4、分析系统的动态特性。
5、并撰写实验报告，按时提交实验报告。
五、Matlab 编程仿真并进行实验分析一、一阶系统时域特性:clearclcnum=1for del=0.4:0.8:4.4den=[del 1];step(tf(num,den))hold onendlegend('T=0.4','T=1.2','T=2.0','T=2.8','T=3.6','T=4.4')如图为T=0.4，1.2，2.0，2.8，3.6，4.4系统单位阶跃响应。
matlab系统的时域分析实验报告
matlab系统的时域分析实验报告Matlab系统的时域分析实验报告引言：时域分析是信号处理中的重要内容，它可以帮助我们理解信号的时序特性以及信号在时间上的变化规律。
Matlab作为一款强大的数学软件，提供了丰富的工具和函数，可以方便地进行时域分析实验。
本实验报告将介绍利用Matlab进行时域分析的方法和实验结果。
实验目的：1. 了解时域分析的基本概念和方法；2. 掌握Matlab中时域分析的相关函数和工具；3. 进行实际信号的时域分析实验，并分析实验结果。
实验步骤：1. 信号生成：利用Matlab生成一个正弦信号，设置合适的频率和振幅。
2. 信号采样：将生成的信号进行采样，得到离散的信号序列。
3. 时域分析：利用Matlab中的fft函数对离散信号进行傅里叶变换，得到信号的频谱。
4. 信号重构：利用Matlab中的ifft函数对频谱进行逆傅里叶变换，将信号重构回时域。
5. 分析实验结果：比较原始信号和重构信号的差异，分析由于采样引起的信号失真。
实验结果：经过实验，我们得到了以下结果：1. 通过Matlab生成的正弦信号具有一定的频率和振幅，可以在时域上观察到信号的周期性变化。
2. 通过采样得到的离散信号序列可以用于进行时域分析。
3. 利用Matlab中的fft函数对离散信号进行傅里叶变换，得到信号的频谱图。
频谱图可以展示信号在不同频率上的能量分布情况。
4. 利用Matlab中的ifft函数对频谱进行逆傅里叶变换，将信号重构回时域。
重构的信号与原始信号在时域上基本一致，但可能存在细微的差异。
5. 由于采样引起的信号失真，重构的信号可能会与原始信号存在一定的差异。
差异的大小与采样频率有关，采样频率越高，失真越小。
讨论与结论：本实验通过Matlab进行时域分析，得到了信号的频谱图并进行了信号的重构。
实验结果表明，Matlab提供的时域分析工具和函数能够方便地进行信号分析和处理。
通过时域分析，我们可以更好地理解信号的时序特性，并对信号进行处理和优化。
MATLAB论文-基于MATLAB的自动控制系统及案例分析
自动控制系统是在无人直接参与的情况下，可使生产过程按照期望的运行规律去运行的控制系统。系统是完成要求和任务的部分的组合[2]。
2.2
如果控制系统的输出量对系统运行过程或结果没有控制作用，这种系统称为开环控制系统。图2-1表示了开环控制系统输入量与输出量之间的关系。
1、MATLAB图形处理系统
这是MATLAB图形系统的基础，它包括生成二维数据和三维数据可视化、图像处理、动画及演示图形和创建完整的图形用户接口的命令。
2、MATLAB数学函数库
MATLAB提供了非常丰富的数学计算函数，可以进行简单和复杂的数学计算，比如矩阵求逆、级数求和、贝塞尔函数和快速傅里叶变换等。
MATLAB has powerful functions of numerical calculation and symbolic computation, as well as powerful data visualization and human-computer intelligent interactive ability, and its development is constantly bringing forth new ideas. Today's MATLAB has a richer data type and structure, a more friendly object-oriented, faster, more beautiful graphics visualization, a wider range of mathematical and data analysis resources, and more application development tools.
(完整版)利用MATLAB进行时域分析
自动控制原理与系统课程实验报告实验题目：利用MATLAB进行时域分析班级：机电1131班姓名：刘润学号：38号一、实验目的及内容时域分析法是一种直接在时间域中对系统进行分析的方法，具有直观、准确的优点，并且可以提供系统时间响应的全部信息。
在此实验中，主要介绍时域法进行系统分析，包括一阶系统、二阶系统以及高阶系统,以及系统的性能指标。
通过实验，能够快速掌握、并利用MATLAB及控制系统箱对各种复杂控制系统进行时域分析。
二、实验设备三、实验原理典型的二阶系统在不同的阻尼比的情况下，它们的阶跃响应输出特性的差异是很大的。
若阻尼比过小，则系统的振荡加剧，超调量大幅度增加；若阻尼比过大，则系统的响应过慢，又大大增加了调整时间，下面通过此实验课题分析输出响应变化规律：已知二阶振荡环节的传递函数为：G（s）=ωn*ωn/（s*s+2*ζ*ωn*s+ωn*ωn），其中ωn=0.4，ζ从0变化到2，求此系统的单位阶跃响应曲线，并分析当ζ发生变化时，二阶系统的响应有什么样的变化规律。
四、实验步骤编出程序如下图：五、实验结果画出图表如下图：六、结果分析（1）当ξ=0（无阻尼）（零阻尼）时：无阻尼时的阶跃响应为等幅振荡曲线。
如图ξ=0曲线。
（2）当0<ξ<1（欠阻尼）时：对应不同的ξ，可画出一系列阻尼振荡曲线，且ξ越小，振荡的最大振幅愈大。
如图ξ=0.4曲线。
(3)当ξ=1（临界阻尼）时：临界阻尼时的阶跃响应为单调上升曲线。
如图ξ=1曲线。
（4）当ξ>1（过阻尼）时：过阻尼时的阶跃响应也为单调上升曲线。
不过其上升的斜率较临界阻尼更慢。
如图ξ=1.6曲线七、教师评语。
MATLAB线性系统时域响应分析实验
MATLAB线性系统时域响应分析实验线性系统时域响应分析是信号与系统课程中非常重要的一部分，通过掌握该实验可以深入了解线性系统的特性和性能。
本实验将介绍如何利用MATLAB软件进行线性系统时域响应分析。
一、实验目的1.掌握线性时不变系统的时域响应分析方法；2.学会利用MATLAB软件进行线性系统的时域响应分析；二、实验原理线性系统时域响应分析是指对于给定的线性时不变系统，通过输入信号和系统的冲激响应，求解系统的输出信号。
其基本原理可以用以下公式表示：y(t) = Σ[h(t)*x(t-tk)]其中，y(t)表示系统的输出信号，x(t)表示系统的输入信号，h(t)表示系统的冲激响应，tk表示冲激响应的时刻。
在MATLAB中，我们可以利用conv函数来计算线性系统的时域响应。
具体步骤如下：步骤一：定义输入信号x(t)和系统的冲激响应h(t)；步骤二：利用conv函数计算系统的时域响应y(t)；步骤三：绘制输入信号、冲激响应和输出信号的图像；步骤四：分析系统的特性和性能。
三、实验内容1.定义输入信号x(t)和系统的冲激响应h(t)；2. 利用conv函数计算系统的时域响应y(t)；3.绘制输入信号、冲激响应和输出信号的图像；4.分析系统的特性和性能，包括时域特性、频域特性、稳定性等。
四、实验步骤1.打开MATLAB软件并新建一个脚本文件；2.定义输入信号x(t)和系统的冲激响应h(t)；3. 利用conv函数计算系统的时域响应y(t)；4.绘制输入信号、冲激响应和输出信号的图像；5.分析系统的特性和性能，包括时域特性、频域特性、稳定性等；6.运行脚本文件，并观察输出图像和分析结果；7.根据实验结果和分析结果，进行总结和讨论。
五、实验总结通过本次实验，我们掌握了利用MATLAB软件进行线性系统时域响应分析的方法。
实验中，我们定义了输入信号和系统的冲激响应，并利用conv函数计算了系统的时域响应。
然后，我们绘制了输入信号、冲激响应和输出信号的图像，并分析了系统的特性和性能。
控制系统的时域分析实验报告
控制系统的时域分析实验报告实验目的：1.了解控制系统的时域分析方法；2.学习使用MATLAB进行时域分析；3.通过实验验证时域分析的准确性。
实验原理：时域分析是控制系统研究中的一种方法，通过研究系统在时间上的响应来研究系统的动态特性和稳定性。
在时域分析中，常用的方法包括脉冲响应、阶跃响应和正弦响应等。
通过对这些响应进行观察和分析，可以得到系统的各种性能指标，如超调量、响应时间、稳态误差等。
实验步骤：1.使用MATLAB编写程序，生成一个二阶控制系统的传递函数。
2.通过给控制系统输入一定的信号，观察系统的脉冲响应，并记录脉冲响应图像。
3.给控制系统输入一个阶跃信号，观察系统的阶跃响应，并记录阶跃响应图像。
4.给控制系统输入一个正弦信号，观察系统的正弦响应，并记录正弦响应图像。
5.根据实验数据，使用MATLAB分析系统的性能指标，如超调量、响应时间和稳态误差等。
实验结果：通过实验测得的数据和MATLAB分析，得到了控制系统的各种性能指标。
例如，测得的脉冲响应图像显示了系统的初值响应特性；阶跃响应图像显示了系统的过渡过程；正弦响应图像显示了系统的频率响应特性。
通过分析这些响应图像，可以得到系统的超调量、响应时间和稳态误差等指标。
实验结论：1.通过实验和分析，了解了控制系统的时域分析方法；2.掌握了使用MATLAB进行时域分析的技巧；3.实验证明了时域分析在控制系统研究中的重要性和准确性。
实验心得：通过进行控制系统的时域分析实验，我深刻认识到了时域分析在控制系统研究中的重要性。
通过观察和分析系统的脉冲响应、阶跃响应和正弦响应，可以全面了解系统的动态特性和稳定性。
同时，学会了使用MATLAB进行控制系统的时域分析，这将在我未来的研究工作中发挥重要作用。
实验结果验证了时域分析的准确性，这对我提高对控制系统的理解和研究能力有着积极影响。
第6章 MATLAB控制系统时域分析
2. 稳态值
1 bm y ( ∞) = lim sG ( s ) = G (0) = s →0 s an
1 y ( ∞ ) = lim sG ( s ) = lim C ( sI − A) −1 B + D = − CA −1 B + D s→ 0 s s→0
dcG=dcgain(G)可求稳态值。
G(s)=num/den
step的其他调用形式
无左边参数调用，绘制仿真计算图形。
step(sys);step(sys,t);step(sys1,sys2,…,t)
有左边参数调用，返回仿真计算结果。
y=step(sys,t) [y,t]=step(sys) [y,t,x]=step(sys)
使用help step命令，了解函数的调用方法。
m −1
m −1 p j t
e
= ( rj + rj +1t + L + rj + m−1t
)e
p jt
时域作业
编制一个求系统单位阶跃响应与稳态误差，单位斜坡 响应与稳态误差、单位加速度响应与稳态误差的函数 调用格式: [ess]=funname(key,sys,t) (1)输入参数sys,t是闭环系统对应的传函与响应时间. (1) sys,t . (2)key为0,1,2,当key=0时,计算阶跃响应及其稳态误差, 当key=1时,计算斜坡响应及其稳态误差,当key=2时,计 算加速度响应及其稳态误差. (3)函数被调用后返回相应的稳态误差,同时绘制相应的 响应曲线及误差响应曲线.
例6-4 已知单位负反馈系统为
k G( s) = s( 0.5s + 1)( 4s + 1)
绘制当K分别为1.4,2.3,3.5时的单位阶跃响应曲线(绘在同一张图上), 并求出k=1.4时的性能指标
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基于MATLAB/Simulink的控制系统时域分析
实验报告
学号:031410224 姓名:孙旭东实验内容一:已知单位负反馈系统,其开环传递函数为(s)=
（1）保持T=0、625不变,要求在同一坐标下绘制开环增益K分别为2、5、10时系统的单位阶跃响应曲线,并分析开环增益K变化对系统稳定性的影响。
MATLAB程序:
clc;
clear;
k=[2,5,10];
t=0、625;
gg=[];
wwn=[];
zz=[];
for i=1:length(k)
num=[k(i)];
den=conv([t 1],[1 0]);
g0=tf(num,den);
g=feedback(g0,1);
[wn,z,p]=damp(g)
gg=[gg,g]
wwn=[wwn,wn]
zz=[zz,z]
end
step(gg(1),'-',gg(2),'--',gg(3),'-、')
阶跃响应曲线:
分析:
T=0、625 S K=2 K=5 K=10
闭环传递函数
自然频率(rad/s)
阻尼比
超调量(%)
峰值时间(s)
调节时间(s)
（2）保持K=10不变,画出当时间常数T分别为0、2、0、5、1s时系统的单位阶跃响应曲线,要求绘制在同一坐标系下,分析时间常数T的变化对系统稳定性的影响。
MATLAB程序:
clc;
clear;
k=10;
t=[0、2,0、5,1];
gg=[];
wwn=[];
zz=[];
for i=1:length(t)
num=k;
den=conv([t(i) 1],[1 0]);
g0=tf(num,den);
g=feedback(g0,1);
[wn,z,p]=damp(g)
gg=[gg,g]
wwn=[wwn,wn]
zz=[zz,z]
end
step(gg(1),'-',gg(2),'--',gg(3),'-、')
阶跃响应曲线:
分析:
K=10 T=0、2 s T=0、5 s T=1 s 闭环传递函数
自然频率(rad/s)
阻尼比
超调量(%)
峰值时间(s)
调节时间(s)
结论:
实验内容二:具有可变结构参数的二阶系统的动态特性研究
已知二阶系统如图所示, 为控制装置参数。
通过对以上两个参数的设置可以实现四种不同的控制方式:
（1）当=0时,为比例控制;
（2）当=0时,为比例—微分控制;
（3）当0时,为测速反馈控制;
（4）0时,为比例—微分控制+测速反馈控制
在同一坐标系下,记录二阶系统在四种不同控制下的单位阶跃响应曲线,分析并比较二阶系统的动态特性变化。
MATLAB程序:
clc;
clear;
k=[0,0、2];
t=[0,0、2];
gg=[];
wwn=[];
zz=[];
for i=1:length(k)
for j=1:length(t)
num=[10];
den=conv([0、625 1],[1 0]);
g0=tf(num,den);
num=[k(i),0];
den=[1];
g1=tf(num,den);
g2=feedback(g0,g1);
num=[t(j),1];
den=[1];
g3=tf(num,den);
g4=series(g2,g3);
g5=feedback(g4,1);
[wn,z,p]=damp(g5)
gg=[gg,g5]
wwn=[wwn,wn]
zz=[zz,z]
end
end
step(gg(1),'-',gg(2),'--',gg(3),'-、',gg(4),':')
阶跃响应曲线:
分析:
参数
=0=0=0、2=0、2闭环传递函数
自然频率(rad/s)
阻尼比
超调量(%)
峰值时间(s)
调节时间(s)
实验结论:。