控制系统仿真实验一

合集下载

控制系统CAD与仿真实验指导书

实验一MATLAB的实验环境及基本命令一实验目的：1．学习了解MA TLAB的实验环境2．在MA TLAB系统命令窗口练习有关MA TLAB命令的使用。

二实验步骤1．学习了解MA TLAB的实验环境：在Windows桌面上，用mouse双击MA TLAB图标，即可进入MA TLAB系统命令窗口：图1-1 MA TLAB系统命令窗口①在命令提示符”>>”位置键入命令:help此时显示MA T ALAB 的功能目录，其中有“Matlab\general ”，“toolbox\control ”等；阅读目录的内容；② 键入命令：intro此时显示MA TLAB 语言的基本介绍，如矩阵输入、数值计算、曲线绘图等。

要求阅读命令平台上的注释内容，以尽快了解MA TLAB 语言的应用。

③ 键入命令：help help显示联机帮助查阅的功能，要求仔细阅读。

④ 键入命令：into显示工具箱中各种工具箱组件和开发商的联络信息。

⑤ 键入命令：demo显示MA TLAB 的各种功能演示。

2．练习MA TLAB 系统命令的使用。

① 表达式MA TLAB 的表达式由变量、数值、函数及操作符构成。

实验前应掌握有关变量、数值、函数及操作符的有关内容及使用方法。

练习1-1: 计算下列表达式:要求计算完毕后，键入相应的变量名，查看并记录变量的值。

②．向量运算： )6sin(/250π=d 2/)101(+=a )sin(3.2-=e c i b 53+=n 维向量是由n 个成员组成的行或列数组。

在MA TLAB 中，由分号分隔的方括号中的元素产生一个列向量；由逗号或空号分隔的方括号中的元素产生一个列向量；同维的向量可进行加减运算，乘法须遵守特殊的原则。

练习1-2已知：X=[2 ；-4；8]求：Y=R ＇；P=5*R ；E=X .*Y ；S=X ＇* Y练习1-3⑴产生每个元素为1的4维的行向量；⑵产生每个元素为0的4维的列向量；⑶产生一个从1到8的整数行向量，默认步长为1；⑷产生一个从π到0，间隔为π/3的行向量；③矩阵基本运算操作。

基于MATLAB控制系统仿真实验报告

tf 4
y0

0 1
6、求出 G1(s)
2 (s2 2s 1) 与 G2 (s)
1 (2s3

3s2
1)
的单位阶跃响应，并分别
求出状态空间模型。
解：（1） G1(s) 2 (s2 2s 1) 的状态空间模型求解如下：
function shiyan2 b1=[2];
D(z)

0.62(1 0.136z 1)(1 0.183z (1 0.045z 1)(1 0.53z 1)
1 )
分别用仿真算法得到系统在单位阶跃输入作用下的响应，系统在单位速度输
入是的输出响应。
解：（1）首先将 W1(s)转换为 W1(z)，采样周期 T=0.2s，程序清单如下： function shiyan42 num=[10];den=[0.005 0.15 1 0]; ts=0.2;[nc,dc]=c2dm(num,den,ts)
INTRO（注意：intro 为一个用 MATLAB 语言编写的幻灯片程序，主要演示
常用的 MATLAB 语句运行结果。）
然后，根据现实出来的幻灯片右面按钮进行操作，可按 START——NEXT—
—NEXT 按钮一步步运行，观察。
3、自编程序并完成上机编辑，调试，运行，存盘：
（1）用 MATLAB 命令完成矩阵的各种运算，例如：
5、利用 ode23 或 ode45 求解线性时不变系统微分方程 y(t) Ay(t) ，并绘制出 y(t)
曲线，式中
A

0.5

1
1 0.5
t t0 t 如下： function xdot=fun21(t,x) A=[-0.5 1;-1 -0.5]; xdot=A*x; function fzsy22 t0=0;tf=4;tol=1e-6; x0=[0;1];trace=1; [t,x]=ode23('fun21',t0,tf,x0,tol,trace); plot(t,x) 得到的实验结果如下图所示：

控制系统仿真实验报告书

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。

MATLABSimulink和控制系统仿真实验报告

MATLAB/Simulink与控制系统仿真实验报告姓名：喻彬彬学号：K031541725实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立一、实验目的1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识；2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。

二、实验设备电脑一台；MATLAB 仿真软件一个三、实验内容1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。

2、一个单位负反馈二阶系统，其开环传递函数为210()3G s s s =+。

用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。

3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+，其中250()23s G s s s+=+。

4、一闭环系统结构如图所示，其中系统前向通道的传递函数为320.520()0.11220s G s s s s s+=+++，而且前向通道有一个[-0.2，0.5]的限幅环节，图中用N 表示，反馈通道的增益为1.5，系统为负反馈，阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。

四、实验报告要求实验报告撰写应包括实验名称、实验内容、实验要求、实验步骤、实验结果及分析和实验体会。

五、实验思考题总结仿真模型构建及调试过程中的心得体会。

题1、（1）利用Simulink的Library窗口中的【File】→【New】，打开一个新的模型窗口。

（2）分别从信号源库（Sourse）、输出方式库（Sink）、数学运算库（Math）、连续系统库（Continuous）中，用鼠标把阶跃信号发生器（Step）、示波器（Scope）、传递函数（Transfern Fcn）和相加器（Sum）4个标准功能模块选中，并将其拖至模型窗口。

自动控制仿真实验一：控制系统的时域分析

仿真实验一：控制系统的时域分析1.实验目的：●观察控制系统的时域响应；●记录单位阶跃响应曲线；●掌握时间响应分析的一般方法；●初步了解控制系统的调节过程。

2.实验步骤：●将‘实验一代码’这个文件夹拷贝到桌面上;●开机进入Matlab6.1运行界面;●通过下面方法将当前路径设置为‘实验一代码’这个文件夹所在的路径●Matlab指令窗>>后面输入指令：con_sys; 进入本次实验主界面。

● 分别双击上图中的三个按键，依次完成实验内容。

● 本次实验的相关Matlab 函数：传递函数G=tf([num],[den])可输入一传递函数，其中num 、den 分别表示分子、分母按降幂排列的系数。

如的num 和den 分别是num=[1 4]和den=[1 1 0]，则此时的传递函数G 的Matlab 代码是：G=tf([1 4]，[1 1 0])或G=tf([num],[den])。

如的num 和den 分别是num=[1 4]和den=conv （[1 0.2]，[1 2]），则此时的传递函数G 的Matlab 代码是：G=tf([1 4]，conv （[1 0.2]，[1 2]）或G=tf([num],[den])。

3. 实验内容：124()s G s s s +=+()()14()0.22s G s s s +=++观察一阶系统G=1/(T+s)的时域响应：取3个不同的时间常数T，分别观察该时间常数下系统的四个典型响应：脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。

将实验结果图记录下来，利用Alt+ Prisc组合按钮实现截图。

二阶系统的时域性能分析：(1) 固定自然频率与阻尼比，调节响应时间滑块，记录阶跃响应最终出现稳定值时的实验结果，包括极点分布图与阶跃响应图。

(2) 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的2组数据，以及对应的极点分布图与阶跃响应图。

自控实验[1]

实验一自动控制系统实验箱的使用及Matlab控制工具箱的使用一、预习要求1、查阅模拟电子技术基础，掌握由集成运放电路组成的积分运算电路和微分运算电路原理。

2、了解Matlab控制工具箱基础知识（上网查阅、图书馆资料）。

二、实验目的1、掌握自动控制系统模拟实验的基本原理和基本方法。

2、熟悉Matlab控制工具箱的基本用法。

三、实验仪器1、EL-AT-Ⅲ型自动控制系统试验箱一台。

2、计算机一台。

四、实验内容1、自动控制原理实验箱的硬件资源EL-AT-Ⅲ型自动控制系统试验箱面板主要由计算机、AD/DA采集卡、自动控制原理实验箱组成，其中计算机根据不同的实验分别起信号产生、测量、显示、系统控制和数据处理的作用，打印机主要记录各种实验数据和结果，实验箱主要用于构造被控模拟对象。

（1）本实验系统有八组放大器、电阻、电容组成的实验模块。

每个模块中都有一个uA741构成的放大器和若干个电阻、电容。

通过对这七个实验模块的灵活组合可构造出各种形式和阶次的模拟环节和控制系统。

（2）二极管、电阻、电容区（3） AD/DA卡输入输出模块该区域是引出AD/DA卡的输入输出端，一共引出两路输出端和两路输入端，分别是DA1、DA2, AD1、AD2。

20针的插座用来和控制对象连接。

（4）电源模块电源模块有一个实验箱电源开关，有四个开关电源提供的DC电源端子，分别是+12V、-12V、+5V、GND，这些端子给外扩模块提供电源。

（5）変阻箱、变容箱模块通过按动数字旁边的“+”、“-”按钮便可调节电阻电容的值，而且电阻电容值可以直接读出。

2、自动控制原理实验软件说明（1）软件启动在windows桌面上或“开始—程序”中双击“自动控制理论”，启动软件如图1-1所示。

QQ截图（2）实验前计算机与实验箱的连接用实验箱自带的USB线将实验箱后面的USB口与计算机的USB口连接。

（3）软件使用说明本套软件界面共分为两组画面。

A．软件说明和实验指导书画面，如图1-2所示。

实验一控制系统典型环节的模拟实验

实验一控制系统典型环节的模拟实验一、实验目的1、掌握控制系统中各典型环节的电路模拟及其参数的测定方法。

2、测量典型环节的阶跃响应曲线，了解参数变化对环节输出性能的影响。

二、实验内容1、对表一所示各典型环节的传递函数设计相应的模拟电路(参见表二)2、测试各典型环节在单位阶跃信号作用下的输出响应。

3、改变各典型环节的相关参数，观测对输出响应的影响。

三、实验内容及步骤1、观测比例、积分、比例积分、比例微分和惯性环节的阶跃响应曲线。

①准备：使运放处于工作状态。

将信号发生器单元U1的ST端与+5V端用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管（3DJ6）夹断，这时运放处于工作状态。

②阶跃信号的产生：电路可采用图1-1所示电路，它由“阶跃信号单元”（U3）及“给定单元”（U4）组成。

具体线路形成：在U3单元中，将H1与+5V端用1号实验导线连接，H2端用1号实验导线接至U4单元的X端；在U4单元中，将Z端和GND端用1号实验导线连接，最后由插座的Y 端输出信号。

以后实验若再用阶跃信号时，方法同上，不再赘述。

实验步骤：①按表二中的各典型环节的模拟电路图将线接好(先接比例)。

(PID先不接)②将模拟电路输入端(U i)与阶跃信号的输出端Y相连接；模拟电路的输出端(Uo)接至示波器。

③按下按钮(或松开按钮)SP时，用示波器观测输出端的实际响应曲线Uo(t)，且将结果记下。

改变比例参数，重新观测结果。

④同理得积分、比例积分、比例微分和惯性环节的实际响应曲线，它们的理想曲线和实际响应曲线参见表三。

2、观察PID环节的响应曲线。

实验步骤：①将U1单元的周期性方波信号(U1 单元的ST端改为与S端用短路块短接，S11波段开关置于“方波”档，“OUT”端的输出电压即为方波信号电压，信号周期由波段开关S11和电位器W11调节，信号幅值由电位器W12调节。

以信号幅值小、信号周期较长比较适宜)。

②参照表二中的PID模拟电路图，按相关参数要求将PID电路连接好。

控制系统仿真实验报告(20200717013819)

控制系统仿真实验报告班级：测控 1402 班姓名：王玮学号： 14050402072018 年 01 月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;（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？（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。

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;（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？（4）阀位增大 10％和减小 10％，利用 MATLAB中的 ode45() 函数进行求解阶跃响应，比较与（ 1）中的仿真结果有何区别。

三程序代码 :龙格库塔 :%RK4文件clccloseH=[1.2,1.4]';u=0.55; h=1;TT=[];XX=[];for i=1:h:200k1=f(H,u);k2=f(H+h*k1/2,u);k3=f(H+h*k2/2,u);k4=f(H+h*k3,u);H=H+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;TT=[TT i];XX=[XX H];end;hold onplot(TT,XX(1,:),'--',TT,XX(2,:));xlabel('time')ylabel('H')gtext('H1')gtext('H2')hold on水箱模型 :function dH=f(H,u)k=0.2;u=0.5;Qd=0.15;A=2;a1=0.20412;a2=0.21129;dH=zeros(2,1);dH(1)=1/A*(k*u+Qd-a1*sqrt(H(1)));dH(2)=1/A*(a1*sqrt(H(1))-a2*sqrt(H(2)));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阀值 u 对仿真结果的影响U=0.45;h=1;U=0.5;h=1;U=0.55;h=1;2 步长 h 对仿真结果的影响:U=0.5;h=5;U=0.5;h=20;U=0.5;h=39U=0.5;h=50由以上结果知 , 仿真步长越大 , 仿真结果越不稳定。

PID仿真实验

实验1 闭环控制系统仿真实验——PID 控制算法仿真一、实验目的1．掌握PID 控制规律及控制器实现。

2．掌握用Simulink 建立PID 控制器及构建系统模型与仿真方法。

二、实验设备计算机、MATLAB 软件三、实验原理在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是PID 控制。

PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。

PID 控制规律写成传递函数的形式为s K sKiK s T s T K s U s E s G d p d i p ++=++==)11()()()( 式中，P K 为比例系数；i K 为积分系数；d K 为微分系数；ip i K K T =为积分时间常数；pdd K K T =为微分时间常数；简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下：（1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。

（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。

积分作用的强弱取决于积分时间常数i T ，i T 越大，积分作用越弱，反之则越强。

（3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。

四、实验过程1、在MA TLAB 命令窗口中输入“simulink ”进入仿真界面。

2、构建PID 控制器：（1）新建Simulink 模型窗口（选择“File/New/Model ”）,在Simulink Library Browser 中将需要的模块拖动到新建的窗口中，根据PID 控制器的传递函数构建出如下模型：各模块如下：Math Operations 模块库中的Gain 模块，它是增益。

拖到模型窗口中后，双击模块，在弹出的对话框中将‘Gain ’分别改为‘Kp ’、‘Ki ’、‘Kd ’，表示这三个增益系数。

Continuous 模块库中的Integrator 模块，它是积分模块；Derivative 模块，它是微分模块。

控制系统仿真实验报告

控制系统仿真实验报告班级：测控1402班姓名：王玮学号：072018年01月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;（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（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。

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;（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（4）阀位增大10％和减小10％，利用MATLAB 中的ode45()函数进行求解阶跃响应，比较与（1）中的仿真结果有何区别。

三程序代码:龙格库塔:%RK4文件clccloseH=[,]';u=; h=1;TT=[];XX=[];for i=1:h:200k1=f(H,u);k2=f(H+h*k1/2,u);k3=f(H+h*k2/2,u);k4=f(H+h*k3,u);H=H+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;TT=[TT i];XX=[XX H];end;hold onplot(TT,XX(1,:),'--',TT,XX(2,:)); xlabel('time')ylabel('H')gtext('H1')gtext('H2')hold on水箱模型:function dH=f(H,u)k=;u=;Qd=;A=2;a1=;a2=;dH=zeros(2,1);dH(1)=1/A*(k*u+Qd-a1*sqrt(H(1)));dH(2)=1/A*(a1*sqrt(H(1))-a2*sqrt(H(2)));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 阀值u对仿真结果的影响U=;h=1; U=;h=1;U=;h=1;2 步长h对仿真结果的影响:U=;h=5; U=;h=20;U=;h=39 U=;h=50由以上结果知,仿真步长越大,仿真结果越不稳定。

控制系统仿真实验报告

控制系统仿真实验报告一、实验目的本次控制系统仿真实验的主要目的是通过使用仿真软件对控制系统进行建模、分析和设计，深入理解控制系统的工作原理和性能特点，掌握控制系统的分析和设计方法，提高解决实际控制问题的能力。

二、实验设备与软件1、计算机一台2、 MATLAB 仿真软件三、实验原理控制系统是由控制对象、控制器和反馈环节组成的一个闭环系统。

其工作原理是通过传感器测量控制对象的输出，将其与期望的输出进行比较，得到误差信号，控制器根据误差信号产生控制信号，驱动控制对象，使系统的输出逐渐接近期望的输出。

在仿真实验中，我们使用数学模型来描述控制对象和控制器的动态特性。

常见的数学模型包括传递函数、状态空间方程等。

通过对这些数学模型进行数值求解，可以得到系统的输出响应，从而对系统的性能进行分析和评估。

四、实验内容1、一阶系统的仿真建立一阶系统的数学模型，如一阶惯性环节。

使用 MATLAB 绘制系统的单位阶跃响应曲线，分析系统的响应时间和稳态误差。

2、二阶系统的仿真建立二阶系统的数学模型，如典型的二阶振荡环节。

改变系统的阻尼比和自然频率，观察系统的阶跃响应曲线，分析系统的稳定性、超调量和调节时间。

3、控制器的设计与仿真设计比例控制器（P 控制器）、比例积分控制器（PI 控制器）和比例积分微分控制器（PID 控制器）。

对给定的控制系统，分别使用不同的控制器进行仿真，比较系统的性能指标，如稳态误差、响应速度等。

4、复杂控制系统的仿真建立包含多个环节的复杂控制系统模型，如串级控制系统、前馈控制系统等。

分析系统在不同输入信号下的响应，评估系统的控制效果。

五、实验步骤1、打开 MATLAB 软件，新建脚本文件。

2、根据实验内容，定义系统的数学模型和参数。

3、使用 MATLAB 中的函数，如 step(）函数绘制系统的阶跃响应曲线。

4、对响应曲线进行分析，计算系统的性能指标，如超调量、调节时间、稳态误差等。

5、设计控制器，修改系统模型，重新进行仿真，比较系统性能的改善情况。

过程控制仿真系统实验指导书

目录前言 (3)第一章对象特性测试实验 (4)第一节测试对象特性的方法 (4)实验一上水箱特性测试实验 (14)实验二下水箱特性测试实验 (15)实验三二阶液位特性测试实验 (16)实验四温度加热器特性测试实验 (17)实验五调节阀特性测试实验 (18)第二章单闭环控制系统实验 (19)实验一压力单闭环控制系统实验 (22)实验二温度单闭环控制系统实验 (23)实验三液位单闭环控制系统实验 (24)实验四流量单闭环控制系统实验 (25)实验五二阶液位控制系统实验 (26)第三章串级控制系统实验 (27)串级控制系统的设计与整定 (27)实验一上水箱液位和流量串级控制系统实验 (30)实验二上、下水箱液位串级控制系统实验 (32)第四章前馈控制系统实验 (34)前馈控制系统的原理 (34)实验一前馈反馈控制系统实验 (35)前言过程控制模拟仿真系统是通过计算机仿真技术，将各种过程物理对象转换成数学模型，开发出对象的一阶和二阶过程的动态特性数学模型，计算机动态模拟，达到和真实的控制系统相一致的仿真目的，在教学实验应用方面具有很好的效果。

在仿真系统界面中，设置有各种过程控制器件，包括变频器、水泵、电动调节阀、压力变送器、温度变送器、液位变送器、流量变送器、加热器等。

管道设置为两条回路，主回路用红色管道表示，副回路用白色管道表示，管道为动态流水显示。

在系统运行状态下，只要打开流水管道，就会观察到动态流水过程，比较形象直观。

同时，在各个器件上方的动态文本里显示的是当前的实际值，水箱上标有液位刻度，可以直观的观察液位高度。

系统最右上方一栏显示的是各器件变送的电流值，变送输出电流为标准电流4~20mA，右下方的为输入控制电流，是用来控制调节阀，加热器，变频器，输入电流为标准4~20mA。

该仿真系统将计算机内部变送电流数值通过牛顿模块输出为实际的电流值，而实际控制模拟输入电流又可通过牛顿模块转换为数字信号输入到计算机内。

MATLABSimulink与控制系统仿真实验报告

MATLAB/Simulink 与控制系统仿真实验报告姓名：喻彬彬学号：K031541725实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立一、实验目的1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识；2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。

二、实验设备电脑一台；MATLAB 仿真软件一个三、实验内容1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。

2、一个单位负反馈二阶系统，其开环传递函数为210()3G s s s =+。

3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+，其中250()23s G s s s+=+。

4、一闭环系统结构如图所示，其中系统前向通道的传递函数为320.520()0.11220s G s s s s s+=+++g ，而且前向通道有一个[-0.2，0.5]的限幅环节，图中用N 表示，反馈通道的增益为1.5，系统为负反馈，阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。

四、实验报告要求实验报告撰写应包括实验名称、实验内容、实验要求、实验步骤、实验结果及分析和实验体会。

五、实验思考题总结仿真模型构建及调试过程中的心得体会。

题1、（1）利用Simulink的Library窗口中的【File】→【New】，打开一个新的模型窗口。

MATLAB控制系统仿真实验报告

清华大学自动化工程学院实验报告课程：控制系统仿真专业自动化班级 122姓名学号指导教师：时间： 2015 年 10 月 19 日— 10 月 28 日目录实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算 (1)实验二 MATLAB语言的程序设计 (6)实验三 MATLAB的图形绘制 (9)实验四采用SIMULINK的系统仿真 (14)实验五控制系统的频域与时域分析 (17)实验六控制系统PID校正器设计法 (23)实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算一、实验时间及地点：实验时间：2015.10.19上午8:30—9:30实验地点：计算中心二、实验目的：1．熟悉MATLAB开发环境2．掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算三、实验内容：1、新建一个文件夹（自己的名字命名，在机器的最后一个盘符）2、启动MATLAB6.5，将该文件夹添加到MATLAB路径管理器中。

3、保存，关闭对话框4、学习使用help命令，例如在命令窗口输入help eye，然后根据帮助说明，学习使用指令eye（其它不会用的指令，依照此方法类推）5、学习使用clc、clear，观察command window、command history和workspace等窗口的变化结果。

6、初步程序的编写练习，新建M-file，保存（自己设定文件名，例如exerc1、exerc2、exerc3……），学习使用MATLAB的基本运算符、数组寻访指令、标准数组生成函数和数组操作函数。

注意：每一次M-file的修改后，都要存盘。

练习A：（1）help rand，然后随机生成一个2×6的数组，观察command window、command history和workspace等窗口的变化结果（2）学习使用clc、clear，了解其功能和作用（3）输入一个2维数值数组，体会标点符号的作用（空格和逗号的作用）。

（4）一维数组的创建和寻访，创建一个一维数组（1×8）X，查询X数组的第2个元素，查询X数组的第3个元素到第6个元素，查询X数组的第5个元素到最后一个元素，查询X数组的第3、2、1个元素，查询X数组中≤5元素，将X数组的第2个元素重新赋值为111，实例expm1。

自控实验1--典型环节的模拟研究

自控实验1--典型环节的模拟研究本实验旨在模拟实际控制系统中的典型环节，包括比例、积分、微分控制器以及PID控制器。

通过建立相应的数学模型，以及使用MATLAB进行仿真，实现对这些控制器的性能分析和比较。

一、比例环节的模拟研究比例控制器的输出信号与输入信号成比例关系，即 u(t) = Kp e(t)，其中Kp为比例增益，e(t)为误差信号。

本实验中，我们需要模拟一个比例环节，并进行性能分析。

首先，建立比例环节的数学模型：$$ u(t) = Kp e(t) $$其中，u(t)为控制器的输出信号，e(t)为控制器的输入信号，Kp为比例增益。

然后，使用MATLAB进行仿真，进行性能分析。

我们可以通过改变比例增益Kp的值，观察系统的响应特性。

例如，当Kp取不同的值时，系统的阶跃响应如图1所示。

（见下图）从图1中可以看出，当Kp越大时，控制系统越快速地收敛到稳态。

但是，当Kp过大时，系统会产生超调，导致系统不稳定。

因此，在实际应用中需要根据实际情况选择合适的比例增益Kp。

积分控制器输出信号是误差信号的积分，可用于消除稳态误差。

积分环节的数学模型为：例如，当一个理想的步变输入信号被输入到一个只包含积分环节的控制器中时，系统的响应如图2所示。

从图2中可以看出，在理想情况下，积分控制器可以消除稳态误差。

但是，如果系统中存在噪声或者干扰，则积分控制器会放大这些干扰信号，甚至会导致系统不稳定。

因此，在实际应用中要谨慎选择积分增益。

微分控制器可以根据误差的变化率对系统进行控制。

微分环节的数学模型为：其中，u(t)为控制器的输出信号，e(t)为控制器的输入信号，Kd为微分增益。

然后，使用MATLAB进行仿真，进行性能分析。

我们可以比较微分控制器与比例、积分控制器的性能优劣。

四、PID控制器的模拟研究PID控制器是一种常用的控制器，组合了比例、积分、微分环节，可用于想要同时消除稳态误差和快速响应的系统中。

PID控制器的数学模型为：$$ u(t) = Kp e(t) + Ki \int_{0}^{t} e(\tau)d\tau + Kd \frac{de(t)}{dt} $$从图4中可以看出，PID控制器可以快速响应，且具有较小的超调和稳态误差。

过程控制系统仿真实验指导

过程控制系统Matlab/Simulink 仿真实验实验一过程控制系统建模 (1)实验二 PID 控制 (2)实验三串级控制 (6)实验四比值控制 (13)实验五解耦控制系统 (19)附:子系统封装 (26)实验一过程控制系统建模指导内容：（略）作业题目一：常见的工业过程动态特性的类型有哪几种？通常的模型都有哪些？在Simulink 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线。

作业题目二：某二阶系统的模型为2() 224n G s s s n n ϖζϖϖ=++，二阶系统的性能主要取决于ζ，nϖ两个参数。

试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶系统的理解，分别进行下列仿真：（1）2n ϖ=不变时，ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线；（2）0.8ζ=不变时，n ϖ分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。

实验二 PID 控制指导内容：PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容，它根据被控过程的特征确定PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间。

PID 控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：（1）理论计算整定法主要依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。

这种方法所得到的计算数据未必可以直接使用，还必须通过工程实际进行调整和修改。

（2）工程整定方法主要有Ziegler-Nichols 整定法、临界比例度法、衰减曲线法。

这三种方法各有特点，其共同点都是通过实验，然后按照工程实验公式对控制器参数进行整定。

但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。

工程整定法的基本特点是：不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定；方法简单，计算简便，易于掌握。

a ． Ziegler-Nichols 整定法Ziegler-Nichols 整定法是一种基于频域设计PID 控制器的方法。

过程控制仿真实验

过程控制实验实验一用临界比例度法整定单回路反馈控制系统一实验目的1熟悉临界比例度法的整定方法。

2了解阶跃响应的一般规律。

二实验原理临界比例度法是目前应用比较广泛的一种整定方法，这种方法的特点是：不需要对被控对象单独求取响应曲线，而直接在闭环反馈控制系统中进行整定(实验框图见实验指导书末)。

这种方法的要点是：使调节器对被控对象起控制作用，但调节器先要当作比例调节器(Ti=∞，Td=0)，从较大的比例度δ开始作实验，逐步减小比例度δ，每改变δ一次，作一次定值干扰实验，观察控制过程曲线，看看被控参数是否达到临界振荡状态，如果控制过程波动是衰减的，则应把比例度继续减小, 如果控制过程波动是发散的, 则应把比例度放大一些，一直实验到比例度减小到被控参数作临界振荡为止。

这时比例度就是临界比例度δk，来回波动一次的时间就是临界周期Tk (临界振荡曲线如图1-1 )图1-1这时控制系统已处于“临界状态”。

记下这时的波动周期Tk以及临界比例度δk，再跟据表1-2的经验公式，计算调节器的最佳参数。

表1-2三试验步骤1开机执行c：\ MATLAB(用鼠标双击MA TLAB图标) 进入MATLAB：“Command Windows”。

2在MATLAB命令窗口上键入M文件命令:mainmap0欢迎画面闪动5秒钟后，进入主窗口，如图1-4所示。

进行某一实验点击相应按钮，实验结束后点按退出按钮会回到这个窗口，已进行下一个实验，另外可以点按索引和详细情况进行查询，本实验点击实验一即可进入临界比例度法的演示实验。

图1-43 进入实验一显示窗口如1-5 所示。

先将Ti=∞(MATLAB中inf即为无穷大) Td=0 取一个比较大的δ(1/kp)开始试验。

建议选择参数：给定阶跃幅值 1仿真精度1-e3仿真步距0.1仿真点数1000图像显示点数10001/Kp 0.1图1-5(1)点击运行显示在现在参数下的系统阶跃响应图像如图1-6 。

控制系统仿真 实验一

控制系统CAD与仿真实验指导书

基于MATLAB控制系统仿真实验报告

控制系统仿真实验报告书

MATLABSimulink和控制系统仿真实验报告

自动控制仿真实验一：控制系统的时域分析

自控实验[1]

实验一 控制系统典型环节的模拟实验

控制系统仿真实验报告(20200717013819)

PID仿真实验

控制系统仿真实验报告

控制系统仿真实验报告

过程控制仿真系统实验指导书

MATLABSimulink与控制系统仿真实验报告

MATLAB控制系统仿真实验报告

自控实验1--典型环节的模拟研究

过程控制系统仿真实验指导

过程控制仿真实验

控制系统仿真实验一

实验一控制系统典型环节的模拟实验