控制系统综合仿真实验大作业

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。

实验6控制系统综合实验-实验报告模板

实验六控制系统综合实验实验报告班级：化工卓越1201姓名：***学号：********实验内容1、执行器气开气关选择和控制器正反作用选择；要求液体不溢出，并写下选择结果。

执行器：气开控制器：反作用2、装置运行1）出水阀开在50%；2）控制器手动操作，调节MV信号，手动将液位调在40%；3）在手动操作下将液位再次调在60%，思考如何操作才能完成？并观察液位稳定时进水量和出水量之间的关系。

答：不断调节MV，直到选取的MV值能使液位稳定在60%。

液位稳定时进水量和出水量基本相等。

4）PID参数调整在Kc=2，Ti=5s，Td=0s，切换到自动。

5）在自动操作下改变给定值，观察一会，再切换到手动操作，观察手自动切换是否无扰动？手自动切换过程中给定值发生什么变化？答：手自动切换无干扰。

手自动切换时给定值基本无变化6）转换控制器正反作用，观察控制器正反作用选择错误会出现什么情况？答：液面将很快溢出液罐3、纯比例控制作用下的过渡过程测试1）出水阀开在50%，先手动操作，将液位稳定在50%左右。

2）调整PID参数：Kc=1，Ti>5000s，Td=0s。

3）切换到自动，将Sv由50%变化到60%，观察过渡过程，将图存下。

4）再切换到手动操作，将液位稳定在50%左右，调整Kc=3，切换到自动，将Sv由50%变化到60%，观察过渡过程，将图存下。

5）再切换到手动操作，将液位稳定在50%左右，调整Kc=5，切换到自动，将Sv由50%变化到60%，观察过渡过程，将图存下。

回答：1）纯比例作用是否存在余差？答：存在余差。

2）随着Kc增加，控制器输出发生什么变化？过渡过程会出现什么变化？余差如何变化？答：随Kc增加，控制器输出增大。

过渡过程变化：液位波动增大，波动频率变快，达到稳定所需时间变长，且稳定后显示偏离给定值程度较大。

余差增大。

4、PI作用下的过渡过程测试1）出水阀开在50%，先手动操作，将液位稳定在50%左右。

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。

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。

控制系统数字仿真大作业

《控制系统数字仿真》课程大作业姓名：学号：班级：日期：同组人员：目录一、引言 (2)二、设计方法 (2)1、系统数学模型 (2)2、系统性能指标 (4)2.1 绘制系统阶跃响应曲线、根轨迹图、频率特性 (4)2.2 稳定性分析 (6)2.3 性能指标分析 (6)3、控制器设计 (6)三、深入探讨 (9)1、比例-微分控制器(PD) (9)2、比例-积分控制（PI） (12)3、比例-微分-积分控制器（PID） (14)四、设计总结 (17)五、心得体会 (18)六、参考文献 (18)一、引言MATLAB语言是当今国际控制界最为流行的控制系统计算机辅助设计语言，它的出现为控制系统的计算机辅助分析和设计带来了全新的手段。

其中图形交互式的模型输入计算机仿真环境SIMULINK，为MATLAB应用的进一步推广起到了积极的推动作用。

现在，MATLAB语言已经风靡全世界，成为控制系统CAD领域最普及、也是最受欢迎的软件环境。

随着计算机技术的发展和应用，自动控制理论和技术在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。

不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已发展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会领域中，成为现代社会生活中不可或缺的一部分。

随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探知未来，认识和改造自然，建设高度文明和发达社会的活动中，控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。

作为一个自动化专业的学生，了解和掌握自动控制的有关知识是十分必要的。

利用MATLAB软件及其SIMULINK仿真工具来实现对自动控制系统建模、分析与设计、仿真，能够直观、快速地分析系统的动态性能和稳态性能，并且能够灵活的改变系统的结构和参数，通过快速、直观的仿真达到系统的优化设计，以满足特定的设计指标。

二、设计方法1、系统数学模型美国卡耐尔基-梅隆大学机器人研究所开发研制了一套用于星际探索的系统，其目标机器人是一个六足步行机器人，如图(a)所示。

控制系统计算机仿真(matlab)仿真实验一实验报告

实验一MATLAB基本操作与矩阵运算一、实验目的1、熟悉Matlab软件的基本操作方法2、掌握Matlab矩阵和数组的基本运算3、了解Matlab的常用函数的使用方法二、实验学时：2学时三、实验原理MATLAB环境是一种为数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式的环境。

打开MATLAB软件弹出如图1-1所示的图形窗口。

MATLAB有3种子窗口，即：命令窗口（Command Window）、m-文件编辑窗口（Edit Window）和图形窗口（Figure Window）。

图1-1 MATLAB R2008a基本界面1．命令窗口（The Command Window）当MATLAB 启动后，出现的最大的窗口就是命令窗口。

用户可以在提示符“>>”后面输入交互的命令，这些命令就立即被执行。

在MATLAB 中，一连串命令可以放置在一个文件中，不必把它们直接在命令窗口内输入。

在命令窗口中输入该文件名，这一连串命令就被执行了。

因为这样的文件都是以“.m ”为后缀，所以称为m-文件。

2．m-文件编辑窗口（The Edit Window ）我们可以用m-文件编辑窗口来产生新的m-文件，或者编辑已经存在的m-文件。

在MATLAB 主界面上选择菜单“File/New/M-file ”就打开了一个新的m-文件编辑窗口；选择菜单“File/Open ”就可以打开一个已经存在的m-文件，并且可以在这个窗口中编辑这个m-文件。

3．图形窗口（The Figure Window ）图形窗口用来显示MATLAB 程序产生的图形。

图形可以是2维的、3维的数据图形，或其它棒状图、极坐标图等。

MATLAB 常用操作命令和运算符如下：clear ——清除工作空间变量clc ——清除命令窗口内容path ——设置路径cd ——设置当前目录符+——矩阵的加法运算符-——矩阵的减法运算符*——矩阵的乘法运算符\——矩阵的左除运算符/——矩阵的右除运算符^——矩阵的乘方linspace ——产生线性等分向量inv ——矩阵求逆poly ——创建多项式polyval ——多项式求值polyfit ——多项式拟合四、实验内容1.自由练习Matlab 软件的操作2、已知矩阵 A=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡987654321。

控制系统仿真大作业.

关键词：Matlab；差动保护；仿真；闭环
如何将传统的保护原理应用于微机中，并充分利用计算机在数字运算、逻辑处理、记忆方面的优势来改进、完善保护和探索新的保护原理，从而提高保护的总体性能，一直是广大继电保护工作者的重要任务。由于微机保护的原理是利用软件实现，继电保护元件的内部动态行为难以得知，对于保护装置的误动和拒动，往往不清楚装置中是哪个模块或逻辑导致了保护的不正确动作。
傅氏算法对衰减的非周期分量敏感，傅氏算法前串上一个一阶差分滤波单元以抑制分周期分量，减小计算误差，其数学模型为
经一阶差分滤波后输入的基波或谐波分量的幅值和相位可能发生变化，应注意补偿。傅氏分解模块分解出的算法中的基波或各次谐波的正弦系数和余弦系数（第n次谐波），进而在有效值和相位计数模块，按式（2）（3）算出相应电量基波和各次谐波的有效值和相位。
在利用傅氏算法计算出三相电流或电压分量的正弦和余弦分量系数以后，可以方便的得到正序、负序和零序分量。基于傅氏算法的虑序算法同样可采用M末班编程实现。
保护元件算法则是各种保护原理的具体实现，主要完成各保护元件的动作判断。以二次谐波制动比率差动保护为例说明，逻辑框图如图6（a）所示，图中的二次谐波制动元件、比率差动元件按动作方程实现，应用Simulink的工具箱或通过M模块编程，根据保护原理框图搭建就可以实现相应的保护。然后利用Simulink的子系统技术封装成保护模块，如图6（b）所示。
式中。
在内部故障时Id和相差很小，因此制动电流Ir.就很小，而且Id和之差又把两者中的电流补偿的误差因素消除了，从而有可能做到区内故障时无制动量。因此，复式制动电流能有效地提高内部故障保护动作的灵敏度。在外部故障时，虽然随短路电流增大而变大，Id是不平衡电流，比小得
多，所以Id《，因此制动电流Ir就很大，外部故障时可靠闭锁保护。

控制系统仿真实验报告

控制系统仿真实验报告控制系统仿真实验报告引言控制系统是现代科学技术中的重要组成部分，广泛应用于工业生产、交通运输、航空航天等领域。

为了验证和优化控制系统的设计方案，仿真实验成为一种重要的手段。

本篇文章将对控制系统仿真实验进行详细的报告和分析。

一、实验目的本次控制系统仿真实验旨在通过模拟真实的控制系统运行环境，验证控制系统的性能和稳定性。

具体目标包括：1. 验证控制系统的闭环性能，包括稳定性、响应速度和误差补偿能力。

2. 评估不同控制策略在系统性能上的差异，比较PID控制、模糊控制等算法的效果。

3. 优化控制系统的设计方案，提高系统的控制精度和鲁棒性。

二、实验装置和方法本次实验采用MATLAB/Simulink软件进行仿真。

通过搭建控制系统的数学模型，并设置不同的控制参数和输入信号，模拟真实的控制环境。

具体步骤如下：1. 建立控制系统的数学模型，包括被控对象、传感器、执行器等部分。

2. 设计不同的控制策略，如PID控制器、模糊控制器等，并设置相应的参数。

3. 设置输入信号，模拟系统的工作条件和外部干扰。

4. 运行仿真实验，记录系统的输出响应、误差曲线和稳定性指标。

5. 分析实验结果，对比不同控制策略的性能差异，优化控制系统的设计方案。

三、实验结果与分析通过多次仿真实验，我们得到了一系列实验结果，并进行了详细的分析。

以下是其中的一些重要发现：1. PID控制器在大部分情况下表现出良好的控制性能，能够实现较快的响应速度和较小的稳态误差。

然而，在某些复杂系统中，PID控制器可能存在过调和震荡的问题。

2. 模糊控制器在处理非线性系统时表现出较好的鲁棒性，能够适应不同工况下的控制要求。

但是，模糊控制器的设计和参数调整相对复杂，需要较多的经验和专业知识。

3. 对于一些特殊的控制系统，如高阶系统和时变系统，需要采用更为复杂的控制策略，如自适应控制、鲁棒控制等。

这些策略能够提高系统的鲁棒性和适应性，但也增加了控制系统的设计和调试难度。

控制系统仿真大作业

《控制系统仿真》大作业一、基本操作程序实现：1、自己定义一组数据，并将其保存到文件data.dat 。

要求第一列为时间t （t 为等差数列，2000≤≤t ）；第二列为与t 对应的201个幅值数据，作为信号)(1t f 的幅值；第三列为按s 的降幂排列的传递函数分子系数；第四列为按s 的降幂排列的分母系数。

第三列、第四列的数据个数不能超过5个。

2、读入data.dat 数据，画出)(1t f 的时域波形。

3、⎪⎩⎪⎨⎧-<≤≤<≤=其它且)3(15)(10010)(100)(*2)(112112t f t f t t f t t f t f求取)(2t f ，将结果保存到result.mat 文件，画出其时域波形。

4、按data.dat 中的第三列、第四列，求取其对应的传递函数，绘制其bode 图。

报告要求：简述程序的实现过程。

二、子系统封装程序要求：1、用SIMULINK 建立系统：c bx ax y ++=3，x 为输入，y 为输出，c b a ,,为常数。

对该系统进行封装，要求通过对话框能修改c b a ,,的值。

2、若输入x 为幅度为5、频率为0.25Hz 的锯齿波，采用示波器显示输出y 及输入x 的波形。

3、将输入x 、输出y ，导入到工作空间，并采用plot 命令，将两个波形在同一波形窗口显示，带网格线、图例。

报告要求：用文字阐述上述程序的实现过程。

三、PID 控制器参数整定某控制系统的开环传递函数为11010)(230+++=s s s s G ，采用单位负反馈。

程序要求：1、试采用工程整定法，设置合适的P 、PI 、PID 控制器的参数。

2、将仿真时间定为300秒，绘制整定后的系统的单位阶跃响应曲线。

3、设计M 文件，采用编程法求取系统阶跃响应性能指标：超调量、调节时间。

报告要求：1、阐述该题目的PID 参数整定过程。

2、阐述超调量、调节时间的求取过程。

控制系统仿真综合实验报告

图 2-1
校正前系统阶跃响应曲线
可以看出原系统的响应速度非常慢，所以要通过校正来改善系统的动态性能，可以采用串联超前校正。原系统为Ⅰ型系统，容易求出系统的速度误差系数为
K lim
s 0
s 400 2 s ( s 30 s 200)
2
根据实验要求速度误差系数为 10 ，那么 KV 10 / 2 5 ，此时系统的开环传函为： G s
5 400 ，用 MATLAB 计算得相角裕量为 32.6°，由于采 s s 30 s 200

2

用串联超前校正能够增大系统的相角裕量，所以综合考虑，采用串联超前校正。 2. 经过第一步的分析，采用串联校正，可以计算出串联校正装置传递函数为 5 (1 0.12 s ) ，因此校正后的开环传递函数为： 1 0.048s
K Ess Overshoot(%) Ts(s) 5 0.2857 34.6099 4.7766
表1
8 0.20000 43.5125 5.6730
9 0.1818 45.7812 5.5325
12 0.1429 51.6704 5.7655
不同 K 值下系统响应的参数
（四）实验结果与分析从理论上分析，系统的传递函数为 G s
ulxxlgxx?????????????????????????????????????????????????????????????????4301004300100000000010????uxxxy????????????????????????????????????0001000001???实际系统摆杆转动轴心到杆质心的长度为l025m则系统的状态方程为
（二）实验要求 1. 使用 Matlab 进行仿真； 2. 分析不同 K 值的情况下，系统的单位阶跃响应曲线，并绘图进行比较； 3. 列表对系统响应各性能进行比较，并确定你认为合适的参数值。（三）实验内容及步骤 1.运行 MATLAB,进行仿真实验。

2015控制系统仿真实验大作业

真验业
自动化和电气专业题目。

仿真实验作业业业
检查项目：两个模型文件： 1.不施加控制器作用时，系统在给定输入作用下的响应曲线。 2. 在PID控制器作用下系统的响应曲线，可以通过双击PID子系统设置PID参数，并达到规定的控制性能指标。 3. 水箱高度仿真模型及仿真曲线之间的切换通过友好的菜单界面来实现。界面来实 4. 实验报告书写整齐清楚，装订整齐。 5. 源程序发送到matlab2013@，要求邮件的题目为你的名字加上学号。Matlab源程序的命名为你的名字+程序功能。
期望稳定高度：H 0
H
Q
20 cm
o
PID控制器传递函数：
G ( s ) Kp K
Ki i Kd s s
要求1: 不施加控制器作用时，仿真系统在输入流量为25 cm3/s时水箱的高度H(cm)，仿真时间1000 s,不使用simulink 。要求2: 构造PID控制器仿真模型，并封装成子系统，可以通过子系统的参数设置窗口设定Kp、Ki、Kd三个系数。要求3: 为系统添加 PID 控制器，以期望的稳定高度H0=20 cm和当前水箱高度 H(cm) ( )之间的误差信号作为PID控制器的输入，控制器的输出作为给定系统的输入，对水箱高度变化曲线进行仿真。达到下列指标：(仿真时间 100s) 上升时间：<30 Sec 调节时间：<90 Sec 超调量： <2% 稳态误差：<1%
仿真实验作业
如图所示，初始状态下，质量为m 的小车静止在地面上，弹簧处于松弛状态现给小车施加恒定水平弛状态。现给小车施加一恒定水平向右的力F，此时，小车受到弹簧弹力f1,f2和摩擦力f作用,产生位移 X（t）和加速度a。设水平向右为设水平向右为正方向，运动学方程如下： () f1= -k1*X(t) f2= -k2*X(t) f= -b*v（v为小车速度） F+f+f1+f2=ma

控制系统仿真实训汇总

《控制系统仿真课程设计》报告题目：控制系统仿真实训专业：自动化班级：本自动化124班姓名：冯伶俐指导老师：李颖琼实训一熟悉MATLAB 集成环境与基础运算1．先求下列表达式的值，然后显示MATLAB 工作空间的使用情况并保存变量。

122sin851z e =+>> z1 = (2*sin(pi*85/180))/(1+exp(2)) z1 =0.23752．已知 1234413134787,2033657327A B --⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦，求下列表达式的值： ● A+6*B 和A-B+I （其中I 为单位矩阵）ans =18 52 -10 46 7 105 21 53 49 ans =12 31 -3 32 8 84 0 67 1 ● A*B 和A.*Bans =68 44 62 309 -72 596 154 -5 241 ans =12 102 4 68 0 261 9 -130 49● A^3和A.^3ans =37226 233824 48604 247370 149188 600766 78688 454142 118820 ans =1728 39304 -64 39304 343 658503 27 274625 343 ● A/B 及B\A ans =16.4000 -13.6000 7.6000 35.8000 -76.2000 50.2000 67.0000 -134.0000 68.0000 ans =109.4000 -131.2000 322.8000 -53.0000 85.0000 -171.0000 -61.6000 89.8000 -186.2000 3．设有矩阵A 和B1234530166789101769A ,111213141502341617181920970212223242541311B ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥==-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦（1）求它们的乘积C ；>> A = [1,2,3,4,5; 6,7,8,9,10; 11,12,13,14,15; 16,17,18,19,20; 21,22,23,24,25]; B = [3,0,16; 17,-6,9; 0,23,-4; 9,7,0;4,13,11];C = A*BC =93 150 77258 335 237423 520 397588 705 557753 890 717（2）将矩阵C的右下角3*2子矩阵赋给D；>> E = [3,4,5];F = [2,3];D = C(E,F)D =520 397705 557890 717（3）保存变量（mat文件）save D.mat实训二 MATLAB 编程基础1．求[100,999]之间能被21整除的数的个数。

控制系统仿真实验报告

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。

控制系统仿真实验报告一

实验一实验一实验一实验一经典的连续系统仿真建模方法经典的连续系统仿真建模方法经典的连续系统仿真建模方法经典的连续系统仿真建模方法一非线性模型仿真一非线性模型仿真一非线性模型仿真一非线性模型仿真编写四阶编写四阶编写四阶rungekuttarungekuttarungekutta公式的计算程序对非线性模型公式的计算程序对非线性模型公式的计算程序对非线性模型33式进行仿真
end
figure(1)
plot([0:hStep:nCounter*hStep]',Hlevel)
Grid
2、函数文件
functionNewX=my_wsh(h,t0,x0,u0)
K1=l_2(t0,x0,u0);
K2=l_2(t0+h/2,x0+h*K1/2,u0);
K3=l_2(t0+h/2,x0+h*K2/2,u0);
U=0.55,h=30 U=0.55,h=40
U=0.55,h=41 U=0.55,h=42
U=0.55,h=45 U=0.55,h=48
结论：由图可知，当h大于41时RK4变得不稳定
（3）ode45脚本文件
clc
clear
close
[t,H]=ode45('ode4_5',[1 200],[1.2 1.1]);
function[dh]=l_2(t,x,u)
A=2;
ku=0.1/0.5;
alpha12 = 0.25/sqrt(1.5);
alpha2 = 0.25/sqrt(1.4);
dh(1)=(ku*(u(1))-x(1,1)/(2*sqrt(1.5)/alpha12)+u(2))/A;
dh(2)=(x(1,1)/(2*sqrt(1.5)/alpha12)-x(1,2)/(2*sqrt(1.4)/alpha2))/A;

控制系统仿真实验(1-10)

控制系统仿真(Matlab)实验实验1：初步了解MATLAB环境及命令窗口的使用一、课堂练习1、掌握MATLAB的启动方式；熟悉MATLAB的命令窗口；熟悉常用的选单和工具栏；熟悉MATLAB桌面的其他窗口。

2、熟悉MATLAB命令窗口中的选单“File”的功能。

3、在命令窗口中输入以下命令并查看运行结果：>>a=2.5>>b=[1 2;3 4]>>c=‟a‟>>d=sin(a*b*pi/180)>>e=a+c4、根据3题分别输入以下命令查看运行结果。

（1）使用标点符号来修改命令行①；：不显示计算结果【注意与回车键比较运行结果】>>a=2.5;②%：用做注释>> b=[1 2;3 4] % b为矩阵（2）通过常用操作键来编辑命令①↑：向前调回已输入过的命令行②↓：向后调回已输入过的命令行③Esc：消除当前行的全部内容（3）查看工作空间窗口：在工作空间中使用who，whos，clear 命令，观察运行结果。

5、熟悉MATLAB环境。

（1）MATLAB命令窗口：菜单命令各项的作用；工具栏各项功能，要求熟练使用工具栏按钮；熟练使用命令编辑区中命令窗口快捷键的功能。

（2）了解MATLAB的程序编辑器。

（3）熟悉MATLAB的work子目录。

（4）MATLAB运行外部环境：进入DOS操作系统。

6、标点符号可以使命令行不显示运算结果，用来表示该行为注释行。

二、课外练习1、MATLAB强大的绘图功能（1）采用插值方式绘制海底形状图。

具体程序如下：>>xi=linspace(-5,5,50);yi=linspace(-5,5,50)>>[XI,YI]=meshgrid(xi,yi);>>ZI=interp2(x,y,z,XI,YI,‟*cubic‟);>>Surf(XI,YI, ZI),view(-25,25)（2）绘制草帽图具体程序如下：>>[x,y]=meshgrid(-8:0.5:8);>>r=sqrt(x.^2+y.^2)+eps;>>z=sin(r)./r;>>surf(x,y,z)>>shading interp>>axis off（3）绘制圆球球体具体程序如下：>>sphere(100);axis equal;>>shading flat;camlight right;>>camlight left;lighting phong2、MATLAB程序流程控制（1）在M文件编辑器中输入以下程序，并观察运行结果。

自动控制仿真大作业

1.给出整定步骤和控制器参数整定结果采用衰减曲线法。

利用PID仿真模型，大致试出Kp0.75在1到10之间，然后利用matlab进行试算，不断提高Kp0.75精度，直到得出较高精度的Kp0.75，具体过程见PID.m文件。

得出Kp0.75 =5.2560，T0.75 =22则有：Ti=0.3* T0.75Td=0.25*TiKp= Kp0.75/0.8=6.5700Ki= Kp0.75/Ti=0.9955Kd= Kp0.75*Td=10.84052.分别绘制设定值和控制量单位阶跃的响应曲线设定值单位阶跃响应曲线控制量单位阶跃响应曲线3.求出设定值阶跃扰动下的静态偏差、最大动态偏差和调节时间由仿真模型，静态偏差=r(∞)-y(∞)=0，动态偏差=r-y max = -1.5684,取Δ=2%，得ts=43s。

PID.m程序代码如下：%第一问，采用衰减曲线法Ki = 0;Kd = 0;for Kp = 1:0.1:10;%粗选Kpsim('PID1.mdl');index=find(diff(sign(diff(y)))==-2)+1;%网上百度到的，用来寻找数据中极大值的位置，index 记录数据位置if length(index)>=3 %输出是震荡的前提M1=y(index(1))-y(length(y));%y(index(1))为第一个极大值，默认最后一个y即y(length(y))为稳定值M3=y(index(2))-y(length(y));%y(index(2))为第二个极大值a=(M1-M3)/M1;%a为衰减率if abs(a-0.75)<0.01temp=Kp;%存储粗选出的Kpbreak;endendendfor Kp = temp-0.1:0.01:temp+0.1;%进一步缩小Kp范围sim('PID1.mdl');index=find(diff(sign(diff(y)))==-2)+1;if length(index)>=3M1=y(index(1))-y(length(y));M3=y(index(2))-y(length(y));a=(M1-M3)/M1;if abs(a-0.75)<0.001%增大精度temp=Kp;break;endendendfor Kp = temp-0.01:0.001:temp+0.01;%精选出Kpsim('PID1.mdl');index=find(diff(sign(diff(y)))==-2)+1;if length(index)>=3M1=y(index(1))-y(length(y));M3=y(index(2))-y(length(y));a=(M1-M3)/M1;if abs(a-0.75)<0.0001kp=Kp;disp('Kp(0.75)=')%输出显示Kp(0.75)disp(kp)T=t(index(2))-t(index(1));%计算震荡周期disp('T(0.75)=')%输出显示T(0.75)disp(T)break;endendendti=0.3*T;%求出Kp，Ki，Kdtd=0.25*ti;Kp=kp/0.8Ki=Kp/tiKd=Kp*td%第二问直接修改仿真模型的设定值和控制量，然后仿真即可%第三问sim('PID1.mdl');index=find(diff(sign(diff(y)))==-2)+1;e=1-y(length(y))%静态偏差eM=1-y(index(1))%动态偏差for index=1:1:length(y)if abs(y(index)-y(length(y)))<=0.02*y(length(y))%找出调整时间对应的y的位置，取Δ=2% ts=t(index)%调整时间break;endend搭建的simulink模型如下：。

控制系统数字仿真实验报告

1.脚本m文件vdp.m
function dy = vdp(t,y)
dy=[y-2*t/y];
end
2.脚本m文件ode.m
[t,y]=ode45('vdp',[0 1],1);
plot(t,y);
xlabel('t');
ylabel('y');
3.运行
（二）试用四阶RK法编程求解下列微分方程初值问题。仿真时间2s，取步长h=0.1。
type=i;
[sysc,Kp,Ti,Td]=pidmargin(sys,type);
sysopen=sysc*sys;
sysclose=feedback(sysopen,1);
sysgroup=append(sysgroup,sysclose);
end
clf
for i=1:4
subplot(2,2,i)
Ti=0.5*Tcr
Td=0.12*Tcr
sysc=Kp*(1+tf(1,[Ti,0])+tf([Td 0],1));
end
end
编写脚本m文件：
clf
sys=tf([500 5000],[1 33 337 1775 4950 5000]);
sysgroup=feedback(sys,1);
for i=1:3
实验三PID控制器设计
一、实验目的
1.了解PID控制原理，掌握相应PID控制器设计仿真程序的应用；
2.掌握计算机辅助系统瞬态性能指标的计算；
3.掌握计算机辅助系统频率性能分析；
二、实验环境
网络计算机系统，MATLAB语言环境
三、实验内容
1.已知如图所示单位反馈系统

控制系统仿真实验一

实验报告（一）一、问题回顾飞机跟踪问题，如图所示：(1) 问题描述。

设有一架飞机追踪一敌机，为保证在射程内能进行攻击，所以飞机在跟踪时，需不断改变方向以保持机头始终指向目标。

设两机离10km 以下时，飞机可以攻击，但是限定必须在12min 之内完成追踪任务，否则就认为追踪失败。

假设：① 两机始终航行在同一水平面。

② 敌机航线已知，(XB(t)，YB(t))。

③ 飞机等速飞行，VF ＝20km/min 。

每分钟改变一次航向，在1min 内保持不变。

④ 飞机初始位置，YF(0)＝50，XF(0)＝0。

问，飞机应按什么航线飞行？何时完成追踪任务?(2) 建立数学模型。

飞机位置7式中θ为任一t 时刻两机间连线与水平线倾角。

(3) 仿真框图及程序。

需要1min 计算一次飞机的位置和两机之间的距离，判断是否已在12min 内达到追踪距离以内。

仿真程序可用任何一种语言实现。

F F F F F F (1)()cos (1)()sin X t X t V Y t Y t V θθ+=+⎧⎨+=+⎩B F B Fsin ()cos ()Y Y D t X X D t θθ-⎧=⎪⎪⎨-⎪=⎪⎩22B F B F ()[()()][()()]D t Y t Y t X t X t =-+-二、实验程序clc;disp('假设敌机初始坐标为（80，0）') %假设敌机初始坐标为（80，0）v1=input('输入敌机速度(大约在0-20之间):');v=20;t=1;x=[];y=[];x1=[];d=[];b=1;x(1)=0;y(1)=50;x1(1)=80;d(1)=sqrt(y(1)^2+(x(1)-x1(1))^2);while d(t)>10;%更新坐标x(t+1)=x(t)+v*(x1(t)-x(t))/d(t);y(t+1)=y(t)-v*y(t)/d(t);x1(t+1)=x1(t)+v1;d(t+1)=sqrt(y(t)^2+(x(t)-x1(t))^2);if t>=12b=0;break;endt=t+1;endif b==0disp('追踪失败'),close;else%绘制轨迹plot(x,y,'ro');hold on;plot(x1,[0],'bo')End实验结果假设敌机初始坐标为（80，0）输入敌机速度(大约在0-20之间):5>>。