控制理论基础仿真实验指导书要点
控制系统仿真实验指导书及解答
实验一 MATLAB 软件操作练习一、 实验目的1. 熟悉MATLAB 软件的基本操作；2. 学会利用MATLAB 进行基本数学计算的方法；3. 学会用MATLAB 进行矩阵创建和运算。
二、实验设备计算机一台，MATLAB 软件三、实验内容1. 使用help 命令，查找 sqrt （开方）、roots (求根)等函数的使用方法；2. 用MATLAB 可以识别的格式输入以下矩阵75350083341009103150037193......A ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦并将A 矩阵的右下角2×3子矩阵赋给D 矩阵。
赋值完成后，调用相应的命令查看MATLAB 工作空间的占用情况。
3. 矩阵运算（1）矩阵的乘法已知A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8];求A^2*B（2）矩阵除法已知 A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3];A\B,A/B（3）矩阵的转置及共轭转置已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i];求A.', A'（4）使用冒号选出指定元素已知： A=[3 2 3;2 4 6;6 8 10];求A 中第3列前2个元素；A 中所有列第2，3行的元素；4. 分别用for 和while 循环结构编写程序，求出6323626302122222i i K ===++++++∑并考虑一种避免循环的简洁方法来进行求和。
四、实验步骤1. 熟悉MATLAB 的工作环境，包括各菜单项、工具栏以及指令窗口、工作空间窗口、启动平台窗口、命令历史窗口、图形文件窗口和M 文件窗口；2． 在指令窗口中完成实验内容中规定操作并记录相关实验结果；3. 完成实验报告。
实验二 M 文件编程及图形处理一、实验目的1．学会编写MATLAB 的M 文件；2．熟悉MATLAB 程序设计的基本方法；3. 学会利用MATLAB 绘制二维图形。
二、实验设备计算机一台，MATLAB 软件三、实验内容1. 选择合适的步距绘制出下面的图形（1）sin(tan )tan(sin )t t -，其中(,)t ππ∈-（2）-0.5t y=e sin(t-)3π，t ∈[0，20]（3）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)， t ∈[0，2π]2.基本绘图控制绘制[0，4π]区间上的x1=10sint 曲线，并要求：（1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号；（2）给横坐标标注’t ’，纵坐标标注‘y(t)‘，3.M 文件程序设计（1）编写程序，计算1+3+5+7+…+(2n+1)的值（用input 语句输入n 值）；（2）编写分段函数⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-<≤=其它021210)(x x x x x f的函数文件，存放于文件ff.m 中，计算出)2(f ，)3(-f 的值四、实验要求1. 预习实验内容，按实验要求编写好实验程序；2. 上机调试程序，记录相关实验数据和曲线，3. 完成实验报告。
控制理论基础仿真实验
控制理论基础仿真实验学院班级姓名学号2012年1月实验一：频率特性的绘制及频率法校正实验一、实验目的1、绘制典型环节的Bode图；2、绘制一般系统的Bode图并求出该系统的相位稳定裕量和幅值稳定裕量；3、设计引前校正环节并绘制Bode图；4、设计滞后校正环节并绘制Bode图。
二、实验环境(1)操作系统：WINDOWS2000 或以上；(2)软件环境：MA TLAB6.1及其以上；(3)VGA、SVGA显卡，分辨率800╳600或以上；(4)内存128M或以上，硬盘25G或以上；(5)鼠标。
三、实验原理与要求1、典型环节的传递函数：1）、比例环节：K （K=10、K=30）2）、惯性环节：1/（Ts + 1） (T=0.1、T=1)3）、积分环节：1/s4）、微分环节：s试观察典型环节BODE图形状，及参数变化时对BODE图的影响。
答：K变化，副频特性会抬高或降低，相频特性没有影响。
T1、T2变化会影响曲线转折的位置。
2、系统开环传递函数1）、0型系统：k / ( T2s + 1 ) 、k / {( T1s + 1 )( T2s + 1 )}2）、1型系统：k / s ( T2s + 1 ) 、k ( T1s + 1 ) / {s ( T2s + 1 )}3）、2型系统：k ( T1s + 1 ) / { s2 ( T2s + 1 )}其中：T1=0.1、T2=1、K=10，试根据Bode图比较上述各幅频和相频特性曲线有什么变化。
3、校正演示实验软件给出一个引前校正演示试验以便同学熟悉环境。
演示试验的传递函数是4 K / { s ( s + 2 ) }。
同学可以点击按钮“校正前BODE图”、“校正后BODE图”和“校正前后比较”来观察校正的效果。
4、联引前校正这部分就要求同学自己选择校正装置的参数。
其中未校正系统传递函数：10 / { s2 ( 0.2 s + 1) } 要求校正后系统的相位裕量不小于350。
控制系统仿真实验指导书(学生)
《控制系统仿真》实验指导书天津大学仁爱学院2013年9月实验一MATLAB平台认识、编程初步实验一、实验目的1、了解MATLAB语言环境。
2、练习MATLAB命令的基本操作。
3、练习M文件的基本操作。
二、实验内容1、了解MATLAB语言环境1）MATLAB语言操作界面。
用鼠标双击图标即可打开MATLAB可见多个窗口：”Command Window” Command history”, ”workspace”等，在命令窗口”Command Wind ow”中,在命令提示符位置键入命令，完成下面的练习。
2.练习MATLAB命令的基本操作1）键入常数矩阵输入命令：a=［1 2 3］a=［1;2;3］记录结果，比较显示结果有何不同：b=［1 2 5］b=［1 2 5］;记录结果，比较显示结果有何不同：c=a*b c=a*b′记录结果，比较变量加“′”后的区别：a=［1 2 3;4 5 6;7 8 0］a^2a^0.5记录显示结果。
2）作循环命令程序：>>makesum=0;for i=1:1:100;makesum=makesum+i;end键入makesum,按回车键，记录计算结果。
3）分别执行下列命令：a=［1 2 3;4 5 6;7 8 0］poly(a)rank(a)det(a)trace(a)inv(a)eig(a)分别写出命令含义、记录结果。
3.练习M文件的基本操作1）新建文件，建.M文件2）输入程序function [m,s]=findsum(k)s=0;m=0;while (s<=k),m=m+1;s=s+m; end3）另存为“findsum．m”文件这样就可以在MATLAB环境中对不同的k值调用该函数了。
例如，若想求出大于的最小m值，则可以得出如下命令：在命令窗口中输入>>[m1,s1]=findsum()，观察记录结果。
三、实验报告要求按照上述步骤进行实验，并按实验记录完成实验报告。
《控制工程基础》实验指导书(新)
《控制工程基础》MATLAB仿真实验报告姓名：____________学号：________（实验报告提交时实验原理部分只需要留标题，内容可不打印,打印时删除）湖北民族学院理学院2011年8月目录实验一控制系统应用软件学习使用及典型控制系统建模分析 (1)实验二一、二阶系统时域特性分析 (13)实验三控制系统频域特性分析 (8)实验四控制系统稳定性仿真 (11)实验一控制系统应用软件学习使用及典型控制系统建模分析一、实验目的1.掌握MATLAB软件使用的基本方法；2.熟悉MATLAB的数据表示、基本运算和程序控制语句；3.熟悉MATLAB程序设计的基本方法。
4.学习用MATLAB创建控制系统模型。
二、实验原理1.MATLAB的基本知识MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意。
MATLAB具有卓越的数值计算能力，具有专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,与工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多。
当MATLAB 程序启动时，一个叫做MATLAB 桌面的窗口出现了。
默认的MATLAB 桌面结构如下图所示。
在MATLAB 集成开发环境下，它集成了管理文件、变量和用程序的许多编程工具。
在MATLAB 桌面上可以得到和访问的窗口主要有：命令窗口（The Command Window）:在命令窗口中，用户可以在命令行提示符(>>)后输入一系列的命令，回车之后执行这些命令，执行的命令也是在这个窗口中实现的。
命令历史窗口（The Command History Window）:用于记录用户在命令窗口(The Command Windows)，其顺序是按逆序排列的。
即最早的命令在排在最下面，最后的命令排在最上面。
这些命令会一直存在下去，直到它被人为删除。
控制系统MATLAB仿真实验指导书
实验5. 控制理论仿真实验1 控制系统的建模一、实验目的1.学习在命令窗口建立系统模型的方法；2.学习如何在三种模型之间相互转换；3.学习如何用仿真工具建模。
二、相关知识1.传递函数模型设连续系统的传递函数为：nn n n m m m m a s a s a s a b s b s b s b s den s num s G ++++++++==----11101110)()()( 设离散系统的传递函数为：nn n n m m m m a z a z a z a b z b z b z b z den z num z G ++++++++==----11101110)()()( 则在中，都可直接用分子/分母多项式系数构成的两个向量与构成的矢量组[]表示系统，即],,,[10m b b b=],,,[10n a a a建立控制系统的传递函数模型（对象）的函数为 (),调用格式为：()()()()返回的变量为连续系统的传递函数模型。
()返回的变量为离散系统的传递函数模型，为采样周期，当1或[]时，系统的采样周期未定义。
()将任意的控制系统对象转换成传递函数模型。
离散系统的传递函数的表达式还有一种表示为1-z 的形式（即形式），转换为形式的函数命令为()，调用格式为：()()()函数用来建立一个采样时间未指定的形式传递函数。
()函数用来建立一个采样时间为的形式传递函数。
2.零极点增益模型设连续系统的零极点增益模型传递函数为：)())(()())(()(2121n m p s p s p s z s z s z s k s G ------= 设离散系统的零极点增益模型传递函数为：)())(()())(()(1010n m p z p z p z z z z z z z k z G ------= 则在中，都可直接用向量构成的矢量组[]表示系统，即],,[10m z z z],,[10n p p p][k在中，用函数()来建立控制系统的零极点增益模型，调用格式为：()()()()返回的变量为连续系统的零极点增益模型。
现代控制理论基础实验指导书200_.
实验四：极点配置与观测器设计
一、实验目的
1．学会使用计算机仿真软件进行极点配置；
2．学会使用计算机仿真软件设计小型系统，并观测系统输出量和各状态变量。
3．学习并会简单应用MATLAB软件。
grid on
记录实验结果，并绘出图形。
现代控制理论基础实验指导书
实验一：控制系统模型转换
一、实验目的
1．掌握控制系统模型转换，并使用计算机仿真软件验证。
2．学习并会简单应用MATLAB软件。
二、实验器材
[1]微型计算机
[2] MATLAB软件
三、实验要求与任务
1．设系统的零极点增益模型为，求系统的传递函数及状态空间模型。
解：在MATLAB软件中，新建m文件，输入以下程序后保存并运行。
rc=rank(cam)
%Step 2
beta=poly(a)
%Step 3
a1=beta(2);a2=beta(3);a3=beta(4);
w=[a2 a1 1;a1 1 0; 1 0 0];
t=cam*w;
%Step 4
j=[-2+2*sqrt(3)*i00
0-2-2*sqrt(3)*i0
00-10];
二、实验器材
[1]微型计算机
[2] MATLAB软件
三、实验要求与任务
1．线性系统，当α分别取-1，0，+1时，判别系统的能控性和能观测性，并求出相应的状态方程。
解：在MATLAB软件中，新建m文件，输入以下程序后保存并运行。
%Example 3
自动控制理论实验指导书(仿真).详解
实验一典型环节的MATLAB仿真Experiment 1 MATLAB simulation of typical link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。
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。
自动控制理论实验指导书-仿真部分
第四章 自动控制理论计算机仿真4.1线性系统的根轨迹一、实验要求1. 熟悉MA TLAB 用于控制系统中的一些基本编程语句和格式。
2. 利用MATLAB 语句绘制系统的根轨迹。
3. 掌握用根轨迹分析系统性能的图解方法。
4. 掌握系统参数变化对特征根位置的影响。
二、基础知识及MA TLAB 函数根轨迹是指系统的某一参数从零变到无穷大时，特征方程的根在s 平面上的变化轨迹。
这个参数一般选为开环系统的增益K 。
课本中介绍的手工绘制根轨迹的方法，只能绘制根轨迹草图。
而用MA TLAB 可以方便地绘制精确的根轨迹图，并可观测参数变化对特征根位置的影响。
假设系统的对象模型可以表示为nn n nm m m m a s b s a s b s b s b s b K s KG s G ++++++++==--+-11111210)()( （4-1-1） 系统的闭环特征方程可以写成0)(10=+s KG （4-1-2）对每一个K 的取值，我们可以得到一组系统的闭环极点。
如果我们改变K 的数值，则可以得到一系列这样的极点集合。
若将这些K 的取值下得出的极点位置按照各个分支连接起来，则可以得到一些描述系统闭环位置的曲线，这些曲线又称为系统的根轨迹。
1）绘制系统的根轨迹rlocus （）MATLAB 中绘制根轨迹的函数调用格式为：rlocus(num,den) 开环增益k 的范围自动设定。
rlocus(num,den,k) 开环增益k 的范围人工设定。
rlocus(p,z) 依据开环零极点绘制根轨迹。
r=rlocus(num,den) 不作图，返回闭环根矩阵。
[r,k]=rlocus(num,den) 不作图，返回闭环根矩阵r 和对应的开环增益向量k 。
其中，num,den 分别为系统开环传递函数的分子、分母多项式系数，按s 的降幂排列。
K 为根轨迹增益，可设定增益范围。
例4-1-1：已知系统的开环传递函数924)1()(23++++=*s s s s K s G ，绘制系统的根轨迹的MA TLAB 的调用语句如下：num=[1 1]; %定义分子多项式 den=[1 4 2 9]; %定义分母多项式rlocus (num,den) %绘制系统的根轨迹grid %画网格标度线xlabel(…Real Axis‟),ylabel(…Imaginary Axis‟) %给坐标轴加上说明 title(…Root Locus‟) %给图形加上标题名则该系统的根轨迹如图4-1-1所示：若上例要绘制K 在（1，10）的根轨迹图，则此时的MA TLAB 的调用格式如下，对应的根轨迹如图4-1-2所示。
控制工程基础仿真实验
2）根据传递函数中的参数修改相关数据。
19
3）点击OK完成，如下图所示。
20
（4）运行仿真 选择untitled中的simulation菜单下的start选项。
21
双击示波器模块 scope，在示波器窗口中显示相 应的响应曲线，如图。
22
C=1，C=4.7时的响应曲线
23
（5） 将三个模型放在一起显示，进行比较。
时间常数 T=RfC
4
C=0.47μF时 G(s) 1
T=0.47s
1 0.47s
C=1μF时
G(s) 1 1 s
T=1s
C=4.7μF时
G(s) 1 1 4.7s
T=4.7s
5
响应仿真曲线 --T=0.47 --T=1 --T=4.7
G(s) K 1 Ts
输入程序
K=1 T=0.47 num=[K] den=[T,1] t=[0:0.1:10] y=step(num,den,t) plot(t,y,'b','linewidth',4) grid on hold on set(gca,'GridLineStyle' ,' -') set(gca,'linewidth' ,3) set(gca,'fontsize',20) xlabel('Time [sec] t','fontsize',20) ylabel('y','fontsize',20) K=1 T=1 num=[K]
仿真 47
使用“simulink”仿真
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仿真结果
自控理论实验指导书
自动控制理论实验指导书湖南文理学院电气工程系自动控制理论实验指导书前言自动控制理论是一门理论性和实验性均很强的专业基础课。
加强本课程的实验环节，有助于加深对理论知识的理解、培养实际动手能力、以及分析问题和解决问题的能力。
本指导书安排如下几项实验：实验一：典型环节的模拟研究实验二：典型瞬态响应和稳定性实验三：频率特性的测试实验四：系统校正实验五：线性系统的能控性与能观性研究实验须知一、预习实验者应事先预习，以免因准备不充分而影响实验的顺利进行。
预习内容一般包括：1.本次实验所用设备、仪器的使用方法。
2.实验指导书中与本次实验有关的章节。
3.与本次实验有关的原理、计算方法及操作要领。
二、实验要求1.遵守实验室纪律，注意人身、设备安全。
2.照图接线，经教师检查后通电。
3.认真观察，记录实验现象和数据。
4.发生事故，及时断电并报告。
5.实验结束后，将数据、曲线交指导教师检查并同意后方可拆线。
6.照原样整理好实验仪器和设备。
三、有关操作事项1.“复原”键：进行再次运算前，按复原键，使每个积分器的反馈回路中电容通过按键的a、b接点短接，以消除电容器上的残余电荷。
2.“测量选择”拨码盘及电压表：在操作时，面板右方的电压表上所示的电压值为拨码盘数码所选定的运算放大器的输出电压，当拨码盘为0时，电压表的（+）端（既“测量”插座）的“测量”悬空，可用此测量端测量其他电压值。
3.电压量程：双向指针的直接电压表85CL±15V，按“检零”按钮时，电压表量程为±1.5V，用来测量各运算放大器在调零时是否为零。
正常情况下电压表量程为±15V。
实验一典型环节的模拟研究一、实验目的1、了解并掌握XM--1型系统模拟实验仪的使用方法，掌握典型环节模拟电路的构成方法，培养学生实验技能。
2、熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。
3、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验要求1、观测各种典型环节的阶跃响应曲线。
控制系统仿真实验指导书
控制系统仿真实验指导书梅秀庄主编内蒙古工业大学机械学院2009年12月目录实验一 MATLAB基本操作与基本运算 (1)实验二 MATLAB 语言的程序设计 (3)实验三 MATLAB 的图形绘制 (4)实验四函数文件设计和控制系统模型的描述 (6)实验五控制系统的频域与时域分析 (7)实验六控制系统PID 校正器设计法 (8)附录 (11)实验一 MATLAB基本操作与基本运算一、实验目的及要求：1．熟悉MATLAB7.0的开发环境；2．掌握MATLAB7.0的一些常用命令；3．掌握矩阵、变量、表达式的输入方法及各种基本运算。
二、实验内容：1.熟悉MATLAB7.0的开发环境：① MATLAB的各种窗口：命令窗口、命令历史窗口、启动平台窗口、工作空间窗口、当前路径窗口。
图1 MATLAB界面窗口②路径的设置：建立自己的文件夹，加入到MATLAB路径中，并保存。
设置当前路径，以方便文件管理。
③改变命令窗口数据的显示格式>> format short>> format long然后键入特殊变量：pi （圆周率），比较显示结果。
2.掌握MATLAB 常用命令>> who %列出工作空间中变量>> whos %列出工作空间中变量，同时包括变量详细信息 >>save test %将工作空间中变量存储到test.mat 文件中 >>load test %从test.mat 文件中读取变量到工作空间中 >>clear %清除工作空间中变量>>help 函数名 %对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明 >>lookfor %查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称如： lookfor Lyapunov 可列出与Lyapunov 有关的所有函数。
3. 在MATLAB 的命令窗口计算:1) )2sin(π2) 5.4)4.05589(÷⨯+4. 设计M 文件计算: 已知求出： 1) a+b a-b a+b*5 a-b+I （单位阵）2) a*b a.*b a/b3) a^2 a.^2注意：点运算的功能，比较结果。
控制实验指导书2012-1
实验报告实验课程：控制工程基础学生姓名：沈家勇学号： 5901111188 专业班级：机制115班目录实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究----------------4 实验二典型系统动态性能和稳定性分析--------------------11 实验三控制系统的频域与时域分析-------------------------14 实验四Matlab环境下校正环节的设计-----------------------21概述一．实验系统功能特点1．系统可以按教学需要组合，满足“自动控制原理”课程初级与高级实验的需要。
只配备ACT-I实验箱，则实验时另需配备示波器，且只能完成部分基本实验。
要完成与软件仿真、混合仿真有关的实验必须配备上位机（包含相应软件）及并口通讯线。
2．ACT-I实验箱内含有实验必要的电源、信号发生器以及非线性与高阶电模拟单元，可根据教学实验需要进行灵活组合，构成各种典型环节与系统。
此外，ACT-I实验箱内还可含有数据处理单元，用于数据采集、输出以及和上位机的通讯。
3．配备PC微机作操作台时，将高效率支持“自动控制原理”的教学实验。
系统提供界面友好、功能丰富的上位机软件。
PC微机在实验中，除了满足软件仿真需要外，又可成为测试所需的虚拟仪器、测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。
4．系统的硬件、软件设计，充分考虑了开放型、研究型实验的需要。
除了指导书所提供的10个实验外，还可自行设计实验。
二．系统构成实验系统由上位PC微机（含实验系统上位机软件）、ACT-I实验箱、并行通讯线等组成。
ACT-I实验箱内装有以AD C812芯片（含数据处理系统软件）为核心构成的数据处理卡，通过并口与PC微机连接。
1．实验箱ACT-I简介ACT-I控制理论实验箱主要由电源部分U1单元、信号源部分U2单元、与PC机进行通讯的数据处理U3单元、元器件单元U4、非线性单元U5～U7以及模拟电路单元U8～U16等共16个单元组成，详见附图。
自动控制原理MATLAB仿真实验指导书(4个实验)
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。
仿真与控制综合实践教学指导书.
仿真与控制综合实践教学指导书1、仿真机组概况1锅炉锅炉由哈尔滨锅炉厂制造,型号为HG1025/18.2-YM6型,锅炉为亚临界、一次中间再热、控制循环、单炉膛、固态排渣煤粉炉。
制粉系统采用中速磨,正压直吹冷一次风机形式,锅炉呈∏形布置,三分仓回转式空气预热器,采用平衡通风,摆动式燃烧器四角布置切园燃烧。
炉水循环泵为三台KSB型低压头循环泵。
采用CE于七十年代末期发展的内螺纹管膜式水冷壁的强制循环系统(简称CC以降低锅炉循环倍率至2左右。
正常运行时,投运两台即可满足MCR工况,第三台备用。
在锅炉炉膛上部布置有壁式再热器、分隔屏和后屏过热器。
在水平烟道依次布置后屏再热器,末级再热器和末级过热器。
在尾部烟道,布置有低温过热器和省煤器,烟气通过三分仓回转式空气预热器和除尘器,最后由引风机通过烟囱排出。
过热器系统共设置两级喷水减温器。
再热汽温控制通过再热器事故减温器和燃烧器倾角调节。
在锅炉的尾部竖井下集箱按CE的惯例装有容量为5%的起动疏水旁路。
制粉系统配有两台一次风机,采用正压直吹式系统,高压头冷一次风机使整个磨煤系统作正压运行。
配有五台ZGM-95G中速磨,前墙布置。
锅炉燃烧方式为四角布置切圆燃烧。
每台磨配一层煤粉喷咀,燃烧器可以上下摆动,最大摆动角度为士30°,作为调节汽温的一种手段。
锅炉采用高能电弧点火装置的两极点火系统,由高能电弧点燃轻柴油,再由柴油点燃煤粉。
锅炉共有20只煤粉燃烧器,12支油燃烧器,12层二次风口。
12支油枪总出力为25%MCR。
锅炉上方装有火焰电视摄像机和炉膛烟温探针。
锅炉配有两台三分仓回转式空气预热器。
设置送风机、引风机、和电除尘器各两台。
锅炉额定工况主要参数:过热蒸汽流量:905.3t/h过热蒸汽出口压力(表压:17.26MPa(176kg/cm2过热蒸汽出口温度:540.6℃再热蒸汽流量:745.1t/h再热蒸汽进口压力:3.41MPa(34.76kg/cm2再热蒸汽进口温度:317.3℃再热蒸汽出口温度:540.6℃给水温度:273.1℃2汽轮机本仿真机所仿汽轮机为上海汽轮机厂制造的300MW汽轮机,汽轮机型号为N300-16.7/538/538,型式为亚临界、一次中间再热、高中压合缸、双缸双排汽、单轴凝汽式汽轮机。
控制工程理论实验指导书
《控制工程理论》实验指导书课程编号：02000310课程名称：控制工程理论“控制工程理论”是机械设计制造及其自动化专业的一门专业必修课程，其实验的目的是理论联系实际，加深对控制工程理论基本原理、基本规律的理解，掌握系统分析和系统设计的基本方法，通过学生自己动手进行实验，获得基本实验技能的训练, 培养学生分析、操作和解决实际问题的能力，为后续课程和专业课程设计、毕业设计以及今后从事生产技术工作打下良好的基础。
实验一至实验四的实验内容主要在AEDK LabACT 自控/计控原理教学实验系统装置上进行，它利用教学实验系统的接口电路把模拟信号经转换传送到计算机，再由计算机对数据进行分析、处理。
实验一典型环节的模拟研究一、实验目的：掌握各典型环节的传递函数及模拟电路图，通过对典型环节阶跃响应曲线的观测和分析，加深对典型环节的理解，掌握基本知识。
二、实验的主要内容：1、根据表1-1所示的各典型环节的模拟电路图，观测其阶跃响应曲线。
表1-1 各典型环节的模拟电路图典型环模拟电路图节名称比例（P）积分（I）比例积分（PI）比例微分（PD）惯性环节（T）比例积分微分（PID）三、实验设备及工具：AEDK LabACT自控/计控原理教学实验系统、PC机、万用表，连接线及工具若干；四、实验原理分析各典型环节的方块图和模拟电路图的对应关系，写出传递函数，填入表1－2中。
表1－2典型环节名称方块图传递函数比例（P）积分（I）比例积分（PI）比例微分（PD）惯性环节（T）比例积分微分（PID）五、实验方法和步骤运行LABACT程序，选择自动控制菜单下的线性系统的时域分析下的典型环节的模拟研究实验项目，再选择开始实验，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始即可使用实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。
1)．观察比例环节的阶跃响应曲线典型比例环节模拟电路参考表1-1。
该环节在A1单元中分别选取反馈电阻R1=100K、200K来改变比例参数。
控制理论仿真实验指导书
“自动控制理论”仿真软件简介“自动控制理论”仿真软件是在MATLAB6.5的平台上进行开发的，其内容与构成该课程核心的一些基本概念、基本理论和基本方法相关联。
将光盘中的MATLAB程序（不能是文件夹）拷贝到当前工作路径中（默认路径一般为MATLAB6p5/Work目录）。
双击桌面MATLAB6.5图标打开主界面，在命令窗口中输入“kzllfz”并按回车键，启动仿真软件后，将MATLAB主界面最小化至任务栏，出现第一个界面如图0-1所示。
图0-1“自动控制理论仿真”进入界面用鼠标点击“简介”按钮，打开一个文本窗口，如图0-2所示，它对本仿真内容作一简介。
图0-2窗口下部有一个“返回”按钮，点击后将回到图0-1界面。
图0-2“自动控制理论仿真”简介界面点击图0-1“退出”按钮，将关闭窗口，退出本仿真。
点击图0-1“进入”按钮，进入目录界面，如图0-3所示。
仿真内容各部分之间是相互独立的。
点击仿真名称左侧的相应按钮，即可进入每个仿真环境。
图0-3“自动控制理论仿真”目录界面仿真一 线性连续控制系统的仿真一、仿真目的1．掌握用数字仿真的方法，求取控制系统输出响应曲线； 2．观察分析在阶跃、斜坡等信号输入下给定系统的响应曲线； 3．掌握由阶跃响应曲线求取系统相关性能指标的方法； 4．了解仿真参数（特别是仿真步长）的设置对仿真结果的影响。
二、仿真原理已知单位负反馈控制系统的方框图如图1-1所示。
图1-1 单位负反馈控制系统方框图由图6-1求得该系统的闭环传递函数为)(1)()()(s G s G s R s C +=当系统输入为单位阶跃信号时，即ss R 1)(=，则系统的输出为ss G s G s C 1)(1)()(⨯+=对上式取拉氏反变换，即可求得系统的单位阶跃响应表达式。
同理，可求得系统在单位斜坡输入[21)(s s R =]、单位抛物波输入[31)(s s R =]下的响应表达式。
三、仿真内容（1）某单位负反馈系统的开环传递函数为110)(+=s s G 求其在单位阶跃输入下的响应曲线及其性能指标；（2）某单位负反馈系统的开环传递函数为)828.2(4)(+=s s s G求其在单位阶跃输入下的响应曲线及其性能指标； （3）某单位负反馈系统的开环传递函数为)15)(4(10)(++=s s s s G求其在单位斜坡、单位抛物线函数输入下的响应曲线。
控制工程基础仿真实验
控制工程基础仿真实验一．实验目的通过仿真实验，直观了解各典型环节的时间响应和频率响应，巩固课程中所学的基本概念和基本原理。
二．实验要求学生可自由组合，1至3人一组，要求根据实验内容，完成计算机仿真实验，并对仿真结果进行分析, 撰写实验报告。
三．实验内容（课程教材所附光盘中的仿真实验）实验1. 一阶系统的单位脉冲响应输入5个不同的时间常数，观察一阶系统单位脉冲响应曲线的变化，分析时间常数T 对系统性能的影响。
实验2. 一阶系统的单位阶跃响应（1） 输入3个不同的时间常数，观察一阶系统单位阶跃响应曲线的变化，将响应曲线绘制在坐标纸上，并分析时间常数T 对系统性能的影响。
（2） 若通过实验已测得一阶系统的单位阶跃响应曲线，试说明如何通过该曲线确定系统的时间常数T 。
实验3. 二阶系统的单位脉冲响应保持系统的无阻尼固有频率2=n ω不变，改变系统的阻尼比ξ为0.1，0.5，0.7，1和2，观察系统的响应曲线变化情况，并分析阻尼比ξ如何影响系统的性能。
实验4. 二阶系统的单位阶跃响应保持系统的无阻尼固有频率5=n ω不变，改变系统的阻尼比ξ为0.1，0.5，0.7，1和2，观察系统的响应曲线变化情况，将响应曲线绘制在坐标纸上，并分析阻尼比ξ如何影响二阶系统的性能。
实验5. Nyquist 图分别绘制下列开环传递函数的Nyquist 图，并分析相应闭环系统的稳定性。
（1）121.006.0105.0)(2+++=s s s s G （2）s s s G 2.01)(−= （3）1029)(−=s s G实验6. Bode 图 已知系统开环传递函数为)5)(1()(++=s s s K s G ，当K 的取值为1，10，100和1000时，试用所产生的Bode图判定相应闭环系统的稳定性，并分析K的取值如何影响闭环系统的相对稳定性。
四．实验报告学生根据仿真实验的结果，撰写实验报告。
报告内容包括：实验目的、实验要求、实验内容、实验过程、结果及分析等。
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控制理论基础仿真实验指导书北京科技大学信息工程学院自动化系2008年4月控制理论基础仿真实验指导书内容介绍本实验指导书是为本科现代控制理论基础实验课程专门设置的，共设置了4个实验，实验一是专门为了使学生熟悉控制系统工具箱中的常用函数而设置；实验二用simulink实现控制系统的仿真模拟；实验三用编程法实现状态空间表达的控制系统的计算与仿真；实验四是现代控制理论基础的综合实验，主要是状态反馈的极点配置以及系统在极点配置前后的特性分析。
指导书的最后在附录中列出了控制系统中Matlab的常用函数、命令、基本编程说明以及Simulink的常用控件。
目录第一部分数字仿真实验实验一：频率特性的绘制及频率法校正实验--------------------------------3实验二：离散系统的分析与综合实验-----------------------------------------8 实验三：熟悉控制系统工具箱中的常用函数与命令-----------------------17 实验四：用simulink实现控制系统的仿真模拟-----------------------------20 实验五：用编程法实现状态空间表达的控制系统的计算与仿真--------23 实验六：现代控制理论基础的综合实验--------------------------------------26第一部分：数字仿真实验实验一：频率特性的绘制及频率法校正实验实验学时：2学时一、实验目的1、绘制典型环节的Bode图；2、绘制一般系统的Bode图并求出该系统的相位稳定裕量和幅值稳定裕量；3、设计引前校正环节并绘制Bode图；4、设计滞后校正环节并绘制Bode图。
二、实验环境(1)操作系统：WINDOWS2000 或以上；(2)软件环境：MA TLAB6.1及其以上；(3)VGA、SVGA显卡，分辨率800╳600或以上；(4)内存128M或以上，硬盘25G或以上；(5)鼠标。
三、实验原理与要求1、典型环节的传递函数：1）、比例环节：K （K=10、K=30）K=10K=302）、惯性环节：1/（Ts + 1） (T=0.1、T=1) T=0.1T=13）、积分环节：1/s4）、微分环节：s试观察典型环节BODE图形状，及参数变化时对BODE图的影响。
2、系统开环传递函数1）、0型系统：k / ( T2s + 1 ) 、k / {( T1s + 1 )( T2s + 1 )}2）、1型系统：k / s ( T2s + 1 ) 、k ( T1s + 1 ) / {s ( T2s + 1 )}3）、2型系统：k ( T1s + 1 ) / { s2 ( T2s + 1 )}其中：T1=0.1、T2=1、K=10，试根据Bode图比较上述各幅频和相频特性曲线有什么变化。
3、校正演示实验软件给出一个引前校正演示试验以便同学熟悉环境。
演示试验的传递函数是4 K / { s ( s + 2 ) }。
同学可以点击按钮“校正前BODE图”、“校正后BODE图”和“校正前后比较”来观察校正的效果。
4、联引前校正这部分就要求同学自己选择校正装置的参数。
其中未校正系统传递函数：10 / { s2 ( 0.2 s + 1) } 要求校正后系统的相位裕量不小于350。
校正装置的传递函数为：（T s + 1）/ ( T s / r + 1 )，请先求出T和r，然后比较校正前后的Bode图，看与计算的是否一致。
观察校正前后BODE图的变化，及参数变化时对系统的幅频和相频特性曲线有什么影响。
5、联迟后校正这部分就也是要求同学自己选择校正装置的参数。
其中未校正系统传递函数：10 / { s(0.2 s + 1 ) ( 0.5 s + 1 ) } 要求校正后系统的相位裕量为450，增益裕量为6dB。
校正装置的传递函数为：（T s + 1）/ ( T s / r + 1 ) 请先求出T和r，然后比较校正前后的Bode图，看与计算的是否一致。
观察校正前后BODE图的变化，及参数变化时对系统的幅频和相频特性曲线有什么影响。
四、思考题1、典型环节有哪些？它们分别对系统BODE图有哪些影响？2、引前校正和迟后校正的校正装置分别是什么？它们分别对系统有哪些影响？3、对于稳定性不好或不稳定的系统，可以采用哪些方法使系统稳定下来？五、软件操作说明1）：双击MA TLAB图标，进入MATLAB命令窗口，然后将MA TLAB Command 窗口位置大小改变到占屏幕的左边大约三分之一处。
2）在MA TLAB命令窗口中将当前工作路径设置为频率特性分析软件所在的路径，该路径在MATLAB下的work\频率特性分析中。
例如若MA TLAB装在D盘中且其文件夹为：MA TLAB6.1则只要在MA TLAB命令窗口中键入“D：\MATLAB61\WORK\频率特性分析”并回车即可。
3）具体操作详见下面的说明。
4）如果需要保存实验结果，可用屏幕拷贝的方式，将整个界面复制的“画板”中，再用剪切方式将所要的内容剪切并保存即可。
5）撰写实验报告并分析实验结果1 频率特性的测试键入命令fenxi则进入频率特性实验的主界面,如图5-1。
主界面有两个主菜单“系统类型”和“结束任务”。
频率特性实验主界面的“系统类型”菜单下有两个子菜单“典型环节”和“开环对数频率特性”。
其中“典型环节”菜单下有三个子菜单，分别是“比例环节”、“惯性环节”、“积分环节”和“微分环节”。
“开环对数频率特性”菜单下有三个子菜单，分别是“0型系统”“1型系统”“2型系统”。
图5-1 频率特性试验主界面下面以比例环节为例说明。
在“典型环节”菜单下点击“比例环节”，则进入比例环节界面，在比例环节界面中点击“BODE图”按钮后，在MATLAB的command窗口会出现“请输入参数K”，如图5-2图5-2 比例环节界面图此时用户需用鼠标激活command窗口然后输入自选的参数并按回车键确定。
这时在图形界面上就会出现相应的波德图。
点击“关闭”按钮就会回到主界面。
2 系统校正键入命令figjzfenxi则进入系统校正实验的主界面如图5-3图5-3 频率校正主界面系统校正实验以串联引前校正系统为例说明。
进入串联引前校正界面后如图5-4图5-4 串联校正界面界面上给出了系统校正装置的传递函数，其中参数r和T是待定的。
用户点击按钮“校正后BODE图”。
在MATLAB的command窗口会出现提示语“请您输入引前校正参数r和T”用户要依次输入参数r和T。
并分别以回车键确定。
则command 窗口会自动显示出用户确定的校正装置的传递函数和校正后系统的传递函数。
并在图形界面上显示相应的波的图和相位裕量、增益裕量、穿越频率。
如果用户点击按钮“校正前后比较”，也同样需要在command窗口输入参数，提示语同前。
此时的波德图中会出现两条颜色不同的曲线。
红色为校正前波德图，蓝色为校正后波德图。
便于同学做比较。
如图5-9图5-9 串联校正双线BODE图结束任务的操作同频率特性测试试验。
六、注意事项1、图形界面上的英文菜单不要点击，以免程序出错。
2、参数输入要在MATLAB的命令窗口进行。
实验二：离散系统的分析与综合实验实验学时：2学时一：实验目的：1)：通过本实验深刻理解采样时间对离散系统的影响；2)：通过本实验理解零阶和一阶保持器对离散系统的影响；3)：通过本实验理解离散系统参数对系统的影响；4)：（选作）通过本实验理解离散系统与对应连续系统的稳态误差的差别受采样时间、保持器类型、输入信号等的影响；5)：（选作）通过本实验理解离散系统与对应连续系统的时域响应受采样时间、保持器类型、输入信号等的影响二：实验环境：(1)操作系统：WINDOWS 2000 或以上；(2)软件环境：MA TLAB6.1及其以上；(3)VGA、SVGA显卡，分辨率800╳600或以上；(4)内存128M或以上，硬盘25G或以上；(5)鼠标。
三：实验原理与内容：1：采样时间对离散系统稳定性的影响图7-1 离散控制系统基本结构图实验中，可取11)(0+=s s w 11)(20++=s s s w以下为实验所得图形： 图1图2图3图4图5图62、保持器对离散系统稳定性的影响离散系统中，保持器不同，系统的特性将不同。
这里重点研究保持器对系统响应特性以及稳定性的影响。
图7-2 带保持器的离散控制系统结构图分别取：11)(20+++=s s s s w 1.06.031)(20-+=z z z w 通过仿真观察当)(s W h 分别取零阶保持器、一阶保持器和双线性保持器时系统的稳定性以及对节约输入的响应特性，记录下响应曲线并分析之。
（1） 当11)(20+++=s s s s W 时，图1图2图3图4图5图6图7图8图9（２）当1.06.031)(20-+=z z z w 时，注：离散系统时一阶保持器不可用 以下为所得图形 图1图2图3图4图5图63.离散系统参数对系统的影响为了具有针对性，这里我们重点研究和讨论二阶连续和离散系统中的阻尼系数和震荡频率对系统的影响。
设闭环系统的传递函数为： 22021)(ωξω++=s s s w记录如下参数时的阶跃响应曲线。
以下为所得的图形图1图2图3图4图5图6图7图8图9图10图11图12图13图14图15图16图17图18４、离散系统与对应连续系统的稳态误差的差别受采样时间、保持器类型、输入信号等的影响（选作）本项内容为选作内容，鼓励同学选作，可以利用现有的软件平台自行设计，也可以由学生自主编程实现。
５离散系统与对应连续系统的时域响应受采样时间、保持器类型、输入信号等的影响（选作）本项内容为选作内容，鼓励同学选作，可以利用现有的软件平台自行设计，也可以由学生自主编程实现。
五：实验软件的操作1）：双击MATLAB图标，进入MATLAB命令窗口2）在MATLAB命令窗口中将当前工作路径设置为时域分析软件所在的路径，该路径在MATLAB下的work\时域分析中。
3）在MA TLAB命令窗口键入exp0并回车，即可进入本实验软件。
图7-3离散控制系统实验软件主界面4）为了仿真“采样时间对离散系统稳定性的影响”，可以选择“离散控制系统稳定性分析及与连续系统比较”，按确定键后弹出如下界面：也可以选择“离散控制系统时域响应及与连续系统比较”，按确定键后弹出如下界面：在此界面上选择“采样周期Ｔ对系统动态特性的影响分析”，确定后弹出下面的界面：图7-6离散控制系统采样频率的影响（三）5）为了仿真“保持器对离散系统稳定性的影响”，可以在图7-4、图7-5所示的界面上实现。
对应图7-4的一阶保持器、双线性保持器界面如下：图7-7离散控制系统不同保持器的影响（一）图7-8离散控制系统不同保持器的影响（二）６）为了仿真“离散系统参数对系统的影响”，在图7-5界面上点击“阻尼系数／固有频率对二阶系统特性的影响分析”，即弹出如图7-9界面。