实验十四： MATLAB的线性控制系统分析与设计
MATLAB中常用的控制系统设计技巧
MATLAB中常用的控制系统设计技巧MATLAB是一种广泛应用于科学与工程计算的高级编程语言和环境。
在控制系统设计中，MATLAB提供了许多强大的工具和函数，可以帮助工程师进行系统建模、分析与设计。
以下是MATLAB中常用的控制系统设计技巧的介绍：1.系统建模2.系统分析3.控制器设计在MATLAB中，有多种方法可以进行控制器设计。
根据系统的需求，可以选择经典（SISO）控制器设计方法，如PID控制器，或者现代（MIMO）控制器设计方法，如线性二次调节器（LQR）。
MATLAB提供了一系列用于系统控制器设计的函数和工具箱，如pidtool、sisotool和lqr。
4.基于优化的设计MATLAB中结合了优化算法和系统设计的功能，可以实现基于优化的控制器设计。
使用MATLAB的优化工具箱，可以通过最小化目标函数来优化控制器的性能指标。
例如，可以使用fmincon函数来优化控制器的参数，以满足给定的性能要求。
5.系统仿真MATLAB中的Simulink工具可以用于系统建模和仿真。
Simulink提供了一个图形化界面，用户可以使用不同的模块来描述系统的结构和行为。
通过连接这些模块，可以构建一个完整的系统模型，并对其进行仿真。
这种图形化的建模和仿真环境使得系统设计更加直观和灵活。
6.多变量系统分析MATLAB中的控制系统工具箱提供了多变量系统分析的功能。
可以使用函数如sigma（奇异值分解）、svd（奇异值分解）等来进行系统的频域分析。
此外，MATLAB还提供了一些用于多变量控制器设计的工具，如H∞合成和μ合成。
7.稳定性分析稳定性是控制系统设计中的一个重要指标。
MATLAB中提供了一些函数和工具箱，可以帮助用户分析系统的稳定性。
例如，可以使用margin 函数来计算系统的增益裕度和相位裕度，以评估系统的稳定性。
用matlab实现自动控制系统的分析与设计
使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真旳重要措施是: 以控制系统旳传递函数为基础, 使用MATLAB旳Simulink工具箱对其进行计算机仿真研究.1. 时域分析中性能指.为了保证电力生产设备旳安全经济运行, 在设计电力自动控制系统时, 必须给出明确旳系统性能指标, 即控制系统旳稳定性、精确性和迅速性指标。
一般用这三项技术指标来综合评价一种系统旳控制水平。
对于一种稳定旳控制系统, 定量衡量性能旳好坏有如下几种性能指标: （1）峰值时间tp；（2）调整时间ts；（3）上升时间tr；（4）超调量Mp%.怎样确定控制系统旳性能指标是控制系统旳分析问题；怎样使自动控制系统旳性能指标满足设计规定是控制系统旳设计与改造问题。
在以往进行设计时, 都需要通过性能指标旳定义徒手进行大量、复杂旳计算, 如今运用MATLAB可以迅速、精确旳直接根据响应曲线得出性能指标。
例如: 求如下二阶系统旳性能指标.首先用MATLAB在命令窗口编写如下几条简朴命令.num=[3].％传递函数旳分子多项式系数矩.den=[.1..3].％传递函数旳分母多项式系数矩.G=tf(num,den).％建立传递函.gri.on.％图形上出现表.step(G.％绘制单位阶跃响应曲.通过以上命令得到单位阶跃响应曲线如图1, 同步在曲线上根据性能指标旳定义单击右键, 则分别可以得到此系统旳性能指标: 峰值时间tp=1.22s；调整时间ts=4.84s；上升时间tr=0.878s；超调量Mp%=22.1%.图.二阶系统阶跃响应及性能指.2. 具有延迟环节旳时域分.在许多实际旳电力控制系统中, 有不少旳过程特性（对象特性）具有较大旳延迟, 例如多容水箱。
对于具有延迟过程旳电力控制无法保证系统旳控制质量, 因此进行设计时必须考虑实际系统存在迟延旳问题, 不能忽视。
因此设计旳首要问题是在设计系统中建立迟延环节旳数学模型.在MATLAB环境下建立具有延迟环节旳数学模型有两种措施.例: 试仿真下述具有延迟环节多容水箱旳数学模型旳单位阶跃响应曲线.措施一: 在MATLAB命令窗口中用函数pade(n, T.num1=1;den1=conv([10,1],[5,1]);g1=tf(num1,den1).[num2,den2]=pade(1,10);g2=tf(num2,den2).g12=g1*g2.step(g12.图.延迟系统阶跃响应曲.措施二: 用Simulink模型窗口中旳Transpor.Delay（对输入信号进行给定旳延迟）模.首先在Simulink模型窗口中绘制动态构造图, 如图3所示.图.迟延系统旳SIMULINK实.然后双击示波器模块, 从得到旳曲线可以看出, 与措施一旳成果是相似.3. 稳定性判断旳几种分析措.稳定性是控制系统能否正常工作旳首要条件, 因此在进行控制系统旳设计时首先鉴别系统旳稳定性。
现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现
现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现随着现代科技的发展，越来越多的系统需要被控制。
现代控制系统分析和设计是构建有效的控制系统的关键，而基于Matlab的仿真和实现技术可以为系统分析和设计提供有效的支持。
本文将从以下几个方面介绍基于Matlab的现代控制系统分析、设计、仿真和实现：
一、现代控制系统分析和设计
现代控制系统分析和设计是设计有效控制系统的关键，通过分析和设计把被控系统的模型建立出来，以及构建控制系统的控制参数、策略、信号和算法，最终完成控制系统的开发。
二、仿真和实现
仿真和实现是完成控制系统的重要环节，通过详细的分析和精确的仿真，找出控制系统的局限性，并对其进行改进以达到设计的要求，最终实现最优的控制效果。
三、基于Matlab的仿真和实现
基于Matlab的仿真和实现技术是构建有效现代控制系统的重要手段，它可以提供强大的数学运算与图形处理功能，并可以满足大多数系统分析、设计、仿真和实现的需求。
四、Matlab的应用
Matlab广泛应用在控制系统分析、设计、仿真和实现的各个方面，可以有效辅助系统分析，建立模型，优化模型参数，仿真系统行为和进行实际实现，可以说，Matlab是控制系统分析设计中不可或缺的重要支撑。
五、总结
本文介绍了现代控制系统分析和设计，并分析了基于Matlab的仿真和实现技术，Matlab在控制系统分析设计中的重要作用。
通过基于Matlab的现代控制系统分析和设计，可以有效的构建有效的控制系统，实现最优的控制效果。
基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践
基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践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、控制器设计以及性能评估等方面。
MATLAB作为一种强大的工程计算软件，在控制系统设计与仿真方面有着广泛的应用。
本文将介绍基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践，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动的系统。
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。
MATLAB提供了丰富的工具和函数，可以帮助工程师快速准确地建立系统模型。
2. 系统建模与仿真在MATLAB中，可以利用Simulink工具进行系统建模和仿真。
Simulink是MATLAB中用于多域仿真和建模的工具，用户可以通过拖拽图形化组件来搭建整个系统模型。
同时，Simulink还提供了各种信号源、传感器、执行器等组件，方便用户快速搭建复杂的控制系统模型。
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，以使系统输出达到期望值。
在MATLAB中，可以利用Control System Toolbox进行各种类型的控制器设计，包括PID控制器、根轨迹设计、频域设计等。
工程师可以根据系统需求选择合适的控制器类型，并通过MATLAB进行参数调节和性能优化。
4. 性能评估与优化在控制系统设计过程中，性能评估是必不可少的一环。
MATLAB提供了丰富的工具和函数，可以帮助工程师对系统进行性能评估，并进行优化改进。
通过仿真实验和数据分析，工程师可以评估系统的稳定性、鲁棒性、响应速度等指标，并针对性地进行调整和改进。
5. 实例演示为了更好地说明基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践，我们将以一个简单的直流电机速度控制系统为例进行演示。
首先我们将建立电机数学模型，并设计PID速度控制器；然后利用Simulink搭建整个闭环控制系统，并进行仿真实验；最后通过MATLAB对系统性能进行评估和优化。
《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告
一、仿真实验内容及要求 ............................................................................................................... 0 二、仿真实验时间安排及相关事宜 .. 0《自动控制原理》MATLAB 分析与设计仿真实验任务书（2013）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MA TLAB 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MA TLAB 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P136.3-5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P136.3-9系统的动态性能及稳态性能通过的仿真进行分析，说明不同控制器的作用；∙ 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，试采用微分反馈使系统性能满足%5%,σ<3250,510s ss t ms d -≤<⨯等设计指标。
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MA TLAB 绘制教材P181.4-5-(3）；∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-10或4-18，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。
∙ 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，试采用PD 控制使系统的性能满足给定的设计指标ms t s 150%,5%<<σ。
自动控制原理MATLAB分析与设计-仿真实验报告
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。
Matlab中的稳定性分析与控制设计方法
Matlab中的稳定性分析与控制设计方法简介：Matlab是一种功能强大的数值计算和科学编程平台，被广泛应用于控制系统设计和分析领域。
本文将介绍Matlab中的稳定性分析和控制设计方法，探讨如何利用Matlab进行系统稳定性分析、控制器设计和性能优化。
一、系统稳定性分析1. 稳定性概念稳定性是控制系统设计中一个重要的指标，指系统在一定输入下是否趋向于稳定的状态。
在Matlab中，我们可以使用稳定性分析工具箱来分析系统的稳定性。
该工具箱提供了多种稳定性判据和计算方法，如时间响应法、频率响应法和根轨迹法等。
2. 时间响应法时间响应法是一种使用系统的输入信号与输出响应之间的时域关系来分析系统稳定性的方法。
在Matlab中，我们可以使用step()函数来绘制系统的阶跃响应图，并通过观察图形来判断系统是否稳定。
此外，还可以使用impulse()函数来绘制系统的冲击响应图，以进一步验证系统的稳定性。
3. 频率响应法频率响应法是一种使用系统的输入信号与输出响应之间的频域关系来分析系统稳定性的方法。
在Matlab中，我们可以使用bode()函数来绘制系统的频率响应图，该图显示了系统在不同频率下的增益和相位特性。
通过分析频率响应图，我们可以判断系统是否存在频率特性上的不稳定性。
4. 根轨迹法根轨迹法是一种使用系统的传递函数的零点和极点分布来分析系统稳定性的方法。
在Matlab中，我们可以使用rlocus()函数来绘制系统的根轨迹图，该图显示了系统的极点随控制参数变化时的轨迹。
通过分析根轨迹图，我们可以确定系统的稳定边界和稳定性。
二、控制器设计方法1. PID控制器PID控制器是一种常用的控制器设计方法，可以实现对系统的稳定性和性能进行调节。
在Matlab中，我们可以使用pidtool()函数来设计PID控制器。
该工具提供了可视化界面，可以通过调整参数来优化控制器的性能。
同时，Matlab还提供了pid()函数和tf()函数等用于创建PID控制器和传递函数模型的函数。
现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现
现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现随着现代科技的不断发展，越来越多的技术应用到现代控制系统中，而控制系统的分析与设计更是一项复杂的技术。
为了更好地实现现代控制系统的分析与设计，计算机技术尤其是基于Matlab的计算机仿真技术在现代控制系统分析与设计中已发挥着越来越重要的作用。
本文旨在介绍基于Matlab的仿真技术，总结它在现代控制系统分析与设计中的应用，为研究者们提供一个思考Matlab技术在现代控制系统分析与设计中的可能性的契机。
Matlab是当今流行的科学计算软件，它的设计特别适合进行矩阵运算和信号处理等工作，可以有效地处理大量复杂的数字信息，因此成为现代计算机技术应用于控制系统分析和设计的重要工具。
基于Matlab的仿真技术主要用于建立控制系统的动态模型，分析系统的特性，评估系统的性能，模拟系统的行为，确定系统的参数，优化系统的性能。
基于Matlab的仿真技术已被广泛应用于现代控制系统的设计中。
首先，基于Matlab的仿真技术可以有效地提高系统设计的效率。
通过实现对控制系统的动态模型建模，可以快速搭建出真实系统的模拟系统，并可以使用计算机来模拟系统行为，可以有效地缩短控制系统设计的周期。
其次，基于Matlab的仿真技术可以有效地改善系统设计质量。
通过分析模拟系统的行为，可以寻找更合理的解决方案，从而改善系统设计的质量。
第三，基于Matlab的仿真技术可以有效地确定系统参数。
通过在模拟系统中添加不同参数，并通过对系统模拟行为的分析，可以确定使系统更加有效的参数组合。
最后，基于Matlab的仿真技术可以有效地优化系统性能。
通过对系统行为的分析，可以识别出系统存在的问题，并设计相应的优化策略，从而实现系统性能的最佳化。
综上所述，基于Matlab的仿真技术在现代控制系统分析与设计中发挥着重要的作用，不仅可以提高系统设计的效率，而且可以改善系统设计的质量，确定系统参数，优化系统性能。
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告实验报告：MATLAB与控制系统仿真引言在现代控制工程领域中，仿真是一种重要的评估和调试工具。
通过仿真技术，可以更加准确地分析和预测控制系统的行为和性能，从而优化系统设计和改进控制策略。
MATLAB是一种强大的数值计算软件，广泛应用于控制系统仿真。
实验目的本实验旨在掌握MATLAB在控制系统仿真中的应用，通过实践了解控制系统的建模与仿真方法，并分析系统的稳定性和性能指标。
实验内容1.建立系统模型首先，根据控制系统的实际情况，建立系统的数学模型。
通常，控制系统可以利用线性方程或差分方程进行建模。
本次实验以一个二阶控制系统为例，其传递函数为：G(s) = K / [s^2 + 2ζω_ns + ω_n^2]，其中，K表示放大比例，ζ表示阻尼比，ω_n表示自然频率。
2.进行系统仿真利用MATLAB软件，通过编写代码实现控制系统的仿真。
可以利用MATLAB提供的函数来定义传递函数，并通过调整参数来模拟不同的系统行为。
例如，可以利用step函数绘制控制系统的阶跃响应图像，或利用impulse函数绘制脉冲响应图像。
3.分析系统的稳定性与性能在仿真过程中，可以通过调整控制系统的参数来分析系统的稳定性和性能。
例如，可以改变放大比例K来观察系统的超调量和调整时间的变化。
通过观察控制系统的响应曲线，可以判断系统的稳定性，并计算出性能指标，如超调量、调整时间和稳态误差等。
实验结果与分析通过MATLAB的仿真，我们得到了控制系统的阶跃响应图像和脉冲响应图像。
通过观察阶跃响应曲线，我们可以得到控制系统的超调量和调整时间。
通过改变放大比例K的值，我们可以观察到超调量的变化趋势。
同时，通过观察脉冲响应曲线，我们还可以得到控制系统的稳态误差，并判断系统的稳定性。
根据实验结果分析，我们可以得出以下结论：1.控制系统的超调量随着放大比例K的增大而增大，但当K超过一定值后，超调量开始减小。
2.控制系统的调整时间随着放大比例K的增大而减小，即系统的响应速度加快。
《自动控制原理》MATLAB的使用分析与设计研究 仿真实验报告
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：电信学院班级：姓名：学号：时间：2010年11月30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（2009）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P136.3-5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P136.3-9系统的动态性能及稳态性能通过的仿真进行分析，说明不同控制器的作用；• 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，试采用微分反馈使系统的性能满足给定的设计指标。
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P181.4-5-(3）；• 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-10或4-18，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。
5）第七章 线性离散系统的分析与校正• 利用MATLAB 完成教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证。
• 利用MATLAB 完成教材P385.7-25的控制器的设计及验证。
二．仿真实验时间安排及相关事宜1．依据课程教学大纲要求，仿真实验共6学时，教师可随课程进度安排上机时间，学生须在实验之前做好相应的准备，以确保在有限的机时内完成仿真实验要求的内容； 2．实验完成后按规定完成相关的仿真实验报告； 3．仿真实验报告请参照有关样本制作并打印装订；4．仿真实验报告必须在本学期第15学周结束之前上交授课教师。
利用Matlab进行控制系统设计和分析
利用Matlab进行控制系统设计和分析控制系统是各个工程领域中不可或缺的一部分。
它可以用来控制机器人、飞行器、电机以及其他众多的实际工程应用。
Matlab作为一种功能强大的数值计算软件，提供了丰富的工具和函数来进行控制系统设计和分析。
本文将介绍如何利用Matlab来进行控制系统的设计和分析。
一、控制系统基本概念在开始之前，我们先来了解一些控制系统的基本概念。
控制系统由三个基本组成部分构成：输入、输出和反馈。
输入是指信号或者指令，输出则是系统对指令的响应，而反馈则是输出信号对系统输入的影响。
二、Matlab中的控制系统工具箱Matlab提供了专门用于控制系统设计和分析的工具箱。
其中最重要的是Control System Toolbox。
该工具箱中包含了一系列用于控制系统设计和分析的函数和工具。
使用Control System Toolbox，我们可以很方便地进行控制系统的建模、设计和分析。
三、控制系统的建模控制系统的建模是指将实际系统抽象为数学模型。
在Matlab中，我们可以使用State Space模型、Transfer Function模型以及Zero-Pole-Gain模型来描述控制系统。
1. 状态空间模型状态空间模型是一种常用的描述系统动态响应的方法。
在Matlab中，我们可以使用stateSpace函数来创建状态空间模型。
例如，我们可以通过以下方式创建一个简单的二阶状态空间模型：A = [0 1; -1 -1];B = [0; 1];C = [1 0];D = 0;sys = ss(A, B, C, D);2. 传递函数模型传递函数模型是另一种常用的描述系统动态响应的方法。
在Matlab中，我们可以使用tf函数来创建传递函数模型。
例如，我们可以通过以下方式创建一个简单的一阶传递函数模型：num = 1;den = [1 2];sys = tf(num, den);3. 零极点增益模型零极点增益模型是用来描述系统频域特性的一种方法。
《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告
《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验任务书（2010）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P136.3-5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P136.3-9系统的动态性能及稳态性能通过的仿真进行分析，说明不同控制器的作用；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”，在时，试采用微分反馈使系统的性能满足给定的设计指标。
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P181.4-5-(3）；在MATLAB环境下选择完成教材第四章习题4-10或4-18，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。
5）第七章 线性离散系统的分析与校正利用MATLAB完成教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证。
利用MATLAB完成教材P385.7-25的控制器的设计及验证。
二．仿真实验时间安排及相关事宜1．依据课程教学大纲要求，仿真实验共6学时，教师可随课程进度安排上机时间，学生须在实验之前做好相应的准备，以确保在有限的机时内完成仿真实验要求的内容；2．实验完成后按规定完成相关的仿真实验报告；3．仿真实验报告请参照有关样本制作并打印装订；4．仿真实验报告必须在本学期第15学周结束之前上交授课教师。
MATLAB中常用的控制系统设计技巧
MATLAB中常用的控制系统设计技巧引言控制系统是一种重要的工程应用技术，它在各个领域中被广泛应用。
而MATLAB作为一种功能强大的数学软件，提供了一系列用于控制系统设计和分析的工具箱。
本文将介绍一些在MATLAB中常用的控制系统设计技巧，帮助读者更好地掌握这一领域的知识。
一、传递函数的建模与分析在控制系统设计过程中，传递函数是一个常见的数学模型。
MATLAB提供了多种方法来建立和分析传递函数。
其中一个常用的方法是使用控制系统工具箱中的`tf`函数，它可以根据给定的分子和分母多项式系数来创建传递函数。
例如，我们可以使用以下代码来创建一个传递函数：```num = [1]; % 分子多项式系数den = [1 2 1]; % 分母多项式系数sys = tf(num, den); % 创建传递函数```接下来，我们可以使用`step`函数来绘制系统的阶跃响应曲线，用以分析系统的动态特性。
例如：```step(sys); % 绘制传递函数的阶跃响应```此外，MATLAB还提供了许多其他用于分析传递函数的函数，如`impulse`函数（绘制阶跃响应曲线）、`bode`函数（绘制幅频响应曲线）、`nyquist`函数（绘制Nyquist曲线）等等。
读者可以根据具体需求选择适合的函数进行分析。
二、PID控制器设计PID控制器是一种常用的反馈控制器，在MATLAB中也可以通过控制系统工具箱进行设计和分析。
首先，我们可以使用`pid`函数来创建一个PID控制器对象。
例如：```Kp = 1; % 比例增益Ki = 0.5; % 积分增益Kd = 0.2; % 微分增益ctrl = pid(Kp, Ki, Kd); % 创建PID控制器对象```然后，我们可以将该PID控制器与传递函数进行连接，形成一个闭环系统。
例如：```sys_cl = feedback(ctrl * sys, 1); % 建立闭环系统```最后，我们可以使用`step`函数来绘制闭环系统的阶跃响应曲线，并通过观察曲线来判断控制器参数的优劣。
Matlab在控制系统设计中的应用方法
Matlab在控制系统设计中的应用方法引言控制系统设计是实现机械、电子、汽车等各种设备的稳定运行的关键环节。
而在当今数字化时代，Matlab成为了控制系统设计中不可或缺的工具。
本文将探讨Matlab在控制系统设计中的应用方法，并分析其所带来的优势和挑战。
一、Matlab在控制系统建模中的应用控制系统设计的第一步是建立准确的数学模型。
Matlab提供了一系列强大的建模工具，如Simulink等，能够帮助工程师轻松地构建系统模型。
Simulink提供了直观的图形化界面，使得复杂系统的建模过程变得简单易懂。
此外，Matlab还提供了丰富的数学和信号处理函数，方便控制系统的建模和分析。
二、Matlab在控制系统分析与优化中的应用控制系统的稳定性和性能是其设计的关键指标。
Matlab提供了一系列控制系统分析和优化工具，如根轨迹分析、频率响应分析、状态空间分析等，能够帮助工程师评估系统的稳定性和性能。
此外，Matlab还提供了强大的优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，可以帮助工程师寻找最佳控制参数，进一步优化系统性能。
三、Matlab在控制系统仿真与验证中的应用控制系统的仿真与验证是设计过程中不可或缺的一环。
Matlab提供了强大的仿真工具，如Simulink、Stateflow等，可以帮助工程师对系统进行全面仿真和验证。
Simulink提供了丰富的模型库和仿真环境，使得工程师能够快速搭建系统模型并进行仿真。
Stateflow则提供了状态机的建模和仿真工具，方便工程师分析系统的行为和时序。
四、Matlab在实时控制系统设计中的应用实时控制系统设计要求系统能够实时响应外部输入并进行相应的控制。
Matlab提供了一系列实时控制工具，如Simulink Real-Time、Embedded Coder等，支持工程师进行实时控制系统的开发和部署。
Simulink Real-Time提供了实时仿真和硬件连接的能力，使得工程师能够在实际硬件上验证和优化系统性能。
MATLAB实验报告(信号与线性系统分析)
实验一 MATLAB 的基本使用【一】 实验目的1.了解MA TALB 程序设计语言的基本特点，熟悉MATLAB 软件的运行环境；2.掌握变量、函数等有关概念，掌握M 文件的创建、保存、打开的方法，初步具备将一般数学问题转化为对应计算机模型处理的能力；3.掌握二维图形绘制的方法，并能用这些方法实现计算结果的可视化。
【二】 MATLAB 的基础知识通过本课程的学习，应基本掌握以下的基础知识： 一. MATLAB 简介 二. MATLAB 的启动和退出 三. MATLAB 使用界面简介 四. 帮助信息的获取五. MATLAB 的数值计算功能六. 程序流程控制 七. M 文件八. 函数文件九. MATLAB 的可视化 【三】上机练习1. 仔细预习第二部分内容，关于MATLAB 的基础知识。
2. 熟悉MATLAB 环境，将第二部分所有的例子在计算机上练习一遍3.已知矩阵⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=123456789,987654321B A 。
求A*B ，A .* B ，比较二者结果是否相同。
并利用MATLAB 的内部函数求矩阵A 的大小、元素和、长度以及最大值。
解：代码：A=[1,2,3;4,5,6;7,8,9];B=[9,8,7;6,5,4;3,2,1]; A*B A.*B两者结果不相同A*B=30 24 18 84 69 54 138 114 90 A.*B= 9 16 21 24 25 24 21 16 9求A 矩阵的行和列： [M,N]=size(A)M =3N =3 求A 矩阵的长度：x=length(A)x =3 元素和：sum(sum(A))ans =45最大值：max(max(A))ans =94. Fibonacci 数组的元素满足Fibonacci 规则：),2,1(,12=+=++k a a a k k k ；且121==a a 。
现要求该数组中第一个大于10000的元素。
基于matlab线性控制系统的分析
学院：物理与机电工程学院班级：电子122班姓名：李家旗学号：1251001211日期：2014-12-28基于MATLAB线性控制系统的分析摘要：MATLAB是国际上使用最为广泛的科学与工程计算软件工具。
与其他编程类语言相比，MATLAB具有强大、丰富的内置函数和工具箱,界面设计时更加简洁、快捷与直观。
在简要介绍线性控制系统分析方法的基础上，并在MATLAB 7.1和WINDOWS 7操作系统下成功实现，经过试验测试，结果正确。
该方法对于其他关于MATLAB的应用具有抛砖引玉的作用。
关键词：MATLAB；线性控制系统。
Analysis of Linear Control System based on MATLABAbstract:MATLAB is a computing software tools for international use mostpopular scientific and engineering. And otherThe Cheng Lei language compared, MATLAB has a powerful, rich built-in function and toolbox, interface design more simple, quick and intuitive. Based on a brief introduction to linear control systems analysis method, and successfully implemented in MATLAB 7.1 and WINDOWS 7 operating system, by testing, the result is correct. The method is valuable for the other MATLAB application role.Keywords:MATLAB; Linear Control System.目录摘要 (1)1 引言 (3)2分析动态性能 (3)2.1动态性能指标的定义 (3)2.2MATLAB函数编程求系统的动态性能 (3)2.3近似条件 (6)3分析稳态性能 (6)3.1稳态性能指标的定义 (6)3.2MATLAB 函数编程求系统的稳态性能 (6)参考文献 (8)附录....... ....................................................................... (9)1 引言在确定系统的数学模型后，便可以用几种不同的方法去分析控制系统的动态性能和稳态性能。
Matlab技术控制系统设计
Matlab技术控制系统设计Matlab技术在控制系统设计中的应用引言控制系统是现代工程领域的重要组成部分，广泛应用于机械、电子、化工等各个行业。
而Matlab作为一种高级技术计算软件，以其强大的数学运算和数据处理功能，成为控制系统设计中的重要工具。
本文将通过介绍Matlab技术在控制系统设计中的应用，探讨其在不同环节的作用，并举例说明其在实际工程中的应用。
一、建模与仿真控制系统设计的第一步是建立准确的数学模型，并进行仿真验证。
而Matlab提供了丰富的工具箱，如Simulink、Control System Toolbox等，可以有效地进行系统建模和仿真。
在建模方面，Matlab提供了多种建模方法，例如状态空间法、传递函数法等。
我们可以根据实际问题选择适合的建模方法，并使用Matlab进行快速建模。
同时，Matlab还提供了多种模型分析工具，如频域分析、时域响应等，可以帮助我们对系统进行深入分析。
在仿真方面，利用Matlab的Simulink工具，我们可以直观地搭建整个控制系统的仿真模型。
通过设置输入信号和参数，我们可以模拟系统的运行过程，并得到准确的输出结果。
利用Matlab的仿真功能，可以有效地验证系统设计的可行性，提高设计的准确性和效率。
二、控制算法设计控制系统设计的核心是控制算法的设计。
Matlab提供了丰富的控制算法函数和工具箱，如PID控制器、根轨迹设计工具等，可以帮助工程师轻松实现各种经典和先进的控制算法。
以PID控制算法为例，Matlab提供了PID控制器设计工具，可以根据系统的数学模型自动计算出合适的控制增益，并通过仿真工具进行系统性能评估。
此外，Matlab还提供了自适应控制、模糊控制、最优控制等高级控制算法的实现工具，满足不同应用场景的需求。
同时，Matlab还支持使用优化算法进行控制器参数优化。
通过利用Matlab的优化工具箱，我们可以将控制系统的性能指标作为目标函数，结合系统模型和约束条件，自动搜索最佳的控制器参数。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验十四： MATLAB 的线性控制系统分析与设计一．实验目的1.熟练掌握线性系统的各种模型描述。
2.熟练掌握模型之间的转换。
二．实验内容与步骤在控制系统分析与设计中，常用状态方程模型来描述一个控制系统，状态方程通常为一阶微分方程例如，二阶系统 可用状态方程描述如下 其中：MATLAB 的控制系统工具箱(Control System Toolbox)可以提供对线性系统分析、设计和建模的各种算法。
1.1状态空间描述法状态空间描述法是使用状态方程模型来描述控制系统，MATLAB 中状态方程模型的建立使用ss 和dss 命令。
语法：G=ss(a,b,c,d) %由a 、b 、c 、d 参数获得状态方程模型G=dss(a,b,c,d,e) %由a 、b 、c 、d 、e 参数获得状态方程模型【例1】写出二阶系统u(t)ωy(t)ωdtdy(t)2ζdt y(t)d 2n 2n n 22=+ω+，当ζ=0.707，n ω=1时的状态方程。
zeta=0.707;wn=1;A=[0 1;-wn^2 -2*zeta*wn];B=[0;wn^2];C=[1 0];D=0;G=ss(A,B,C,D) %建立状态方程模型⎩⎨⎧+=+=Du Cx y Bu Ax x &u (t)2n ωy(t)2n ωd t d y(t)n 2ζ2d t y(t)2d =+ω+u(t)ω0x x 2ζω10x x 2n 21n 2n 21⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡ω--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡&&dtt dy x t y x )()(21==a =x1 x2x1 0 1x2 -1 -1.414b =u1x1 0x2 1c =x1 x2y1 1 0d =u1y1 0Continuous-time model.1.2传递函数描述法MATLAB中使用tf命令来建立传递函数。
语法：G=tf(num,den) %由传递函数分子分母得出说明：num为分子向量，num=[b1,b2,…,b m,b m+1]；den为分母向量，den=[a1,a2,…,a n-1,a n]。
【例1续】将二阶系统描述为传递函数的形式。
num=1;den=[1 1.414 1];G=tf(num,den) %得出传递函数Transfer function:1-----------------s^2 + 1.414 s + 11.3零极点描述法MATLAB 中使用zpk 命令可以来实现由零极点得到传递函数模型。
语法：G=zpk(z,p,k) %由零点、极点和增益获得说明：z 为零点列向量；p 为极点列向量；k 为增益。
【例1续】得出二阶系统的零极点，并得出传递函数。
num=1;den=[1 1.414 1];z=roots(num)p=roots(den)zpk(z,p,1)z =Empty matrix: 0-by-1p =-0.7070 + 0.7072i-0.7070 - 0.7072iZero/pole/gain:1-------------------(s^2 + 1.414s + 1)程序分析：roots 函数可以得出多项式的根，零极点形式是以实数形式表示的。
部分分式法是将传递函数表示成部分分式或留数形式：k(s)p s r p s r p s r G (s)nn 2211+-++-+-=Λ 【例1续】将传递函数转换成部分分式法，得出各系数num=1;den=[1 1.414 1];[r,p,k]=residue(num,den)r =0 - 0.7070i0 + 0.7070ip =-0.7070 + 0.7072i-0.7070 - 0.7072ik =[]1.4离散系统的数学描述1.状态空间描述法状态空间描述离散系统也可使用ss和dss命令。
语法：G=ss(a,b,c,d,Ts) %由a、b、c、d参数获得状态方程模型G=dss(a,b,c,d,e,Ts) %由a、b、c、d、e参数获得状态方程模型说明：Ts为采样周期，为标量，当采样周期未指明可以用-1表示。
【例2】用状态空间法建立离散系统。
a=[-1.5 -0.5;1 0];b=[1;0];c=[0 0.5];d=0;G=ss(a,b,c,d,0.2) %采样周期为0.2sa =x1 x2x1 -1.5 -0.5x2 1 0b =u1x1 1x2 0c =x1 x2y1 0 0.5d =u1y1 0Sampling time: 0.2Discrete-time model.2. 脉冲传递函数描述法脉冲传递函数也可以用tf 命令实现。
语法：G=tf(num,den,Ts) %由分子分母得出脉冲传递函数说明：Ts 为采样周期，为标量，当采样周期未指明可以用-1表示，自变量用'z'表示。
【例2续】创建离散系统脉冲传递函数21120.5z 1.5z 10.5z 0.51.5z z 0.5zG(z)---+-=+-=。
num1=[0.5 0];den=[1 -1.5 0.5];G1=tf(num1,den,-1)Transfer function:0.5 z-----------------z^2 - 1.5 z + 0.5Sampling time: unspecifiedMATLAB 中还可以用filt 命令产生脉冲传递函数。
语法：G=filt(num,den,Ts) %由分子分母得出脉冲传递函数说明：Ts 为采样周期，当采样周期未指明Ts 可以省略，也可以用-1表示，自变量用'z-1'表示。
【例2续】使用filt 命令产生脉冲传递函数。
num2=[0 0.5];G2=filt(num2,den)Transfer function:0.5 z^-1-----------------------1 - 1.5 z^-1 + 0.5 z^-2Sampling time: unspecified程序说明：用filt 命令生成的脉冲传递函数的自变量不是z 而是z -1，因此分子应改为“[00.5]”。
3. 零极点增益描述法离散系统的零极点增益用zpk 命令实现。
语法：G=zpk(z,p,k,Ts) %由零极点得出脉冲传递函数【例2续】使用zpk 命令产生零极点增益传递函数。
G3=zpk([0],[0.5 1],0.5,-1)Zero/pole/gain:0.5 z-------------(z-0.5) (z-1)Sampling time: unspecified2线性系统模型之间的转换在MATLAB5.3版及以前的控制系统工具箱中有各种不同模型转换的函数，如下表6.1所示为线性系统模型转换的函数。
1. (1) 状态空间模型的获得由命令ss 和dss 实现将传递函数和零极点增益转换为状态空间模型。
语法：G=ss(传递函数) %由传递函数转换获得G=ss(零极点模型) %由零极点模型转换获得【例3】将系统传递函数125352)(232+++++=s s s s s s G 转换为状态空间描述。
num=[1 2 5];den=[3 5 2 1];G1=tf(num,den)G=ss(G1)Transfer function:s^2 + 2 s + 5-----------------------3 s^3 + 5 s^2 + 2 s + 1x1 x2 x3x1 -1.667 -0.3333 -0.1667x2 2 0 0x3 0 1 0b =u1x1 1x2 0x3 0c =x1 x2 x3y1 0.3333 0.3333 0.8333d =u1y1 0Continuous-time model.(2) 传递函数的获得由tf命令实现将系统的状态空间法和零极点增益模型转换为传递函数。
语法：G=tf(状态方程模型) %由状态空间转换G=tf(零极点模型) %由零极点模型转换【例3续】由状态空间描述转换为传递函数。
num=[1 2 5];den=[3 5 2 1];G1=tf(num,den);G=ss(G1);G2=tf(G)Transfer function:0.3333 s^2 + 0.6667 s + 1.667-----------------------------------s^3 + 1.667 s^2 + 0.6667 s + 0.3333(3) 零极点模型的获得由zpk命令实现将状态空间法、传递函数转换为零极点模型。
G=zpk(状态方程模型) %由状态方程模型转换G=zpk(传递函数) %由传递函数转换【例3续】由状态方程模型转换零极点模型。
num=[1 2 5];den=[3 5 2 1];G1=tf(num,den);G=ss(G1) ;G3=zpk(G)Zero/pole/gain:0.33333 (s^2 + 2s + 5)-----------------------------------(s+1.356) (s^2 + 0.3103s + 0.2458)2.模型参数的获取语法：[a,b,c,d]=ssdata(G) %获取状态空间参数[a,b,c,d,e]=dssdata(G) %获取状态空间参数[num,den]=tfdata(G) %获取传递函数参数[z,p,k]=zpkdata(G) %获取零极点参数【例3续】获取各模型的参数num=[1 2 5];den=[3 5 2 1];G1=tf(num,den);G=ss(G1) ;[a,b,c,d]=ssdata(G) %获取状态方程参数a =-1.6667 -0.3333 -0.16672.0000 0 00 1.0000 0b =1c =0.3333 0.3333 0.8333d =2.2.使用各种分析方法分析系统 已知系统的传递函数为2222)1()(nn s n s s T s G ωξωϖ+++= （1） 当1,0,1,4.0,2.0===n T ωξ时在同一窗口脉冲响应曲线>> wn=1;T=0;>> for zeta=[0.2 0.4 1]G=tf(wn^2,[1 2*zeta*wn,wn^2])impulse(G)hold onendTransfer function:1---------------s^2 + 0.4 s + 1Transfer function:1---------------s^2 + 0.8 s + 1Transfer function:1-------------s^2 + 2 s + 1（2）当1,2.1.5.0,4.0===nTωξ时，在同一窗口绘制阶跃响应曲线。