自动控制系统仿真实验指导书

自动控制系统仿真

实验指导书

王巧玲管萍编

2004年9月

实验要求：

要求课前有预习报告，给出程序语句和结果预测，无预习报告不准进实验室！

课后要求按时完成实验报告，实验报告的评分将作为平时成绩的一部分。

实验一 控制系统仿真中的MATLAB 语言熟悉

1 用MATLAB 语言求下列系统的状态方程、传递函数、零极点增益和部分分式形式的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式：

（1）24

50351024247)(23423+++++++=s s s s s s s s G （2）u X X ⎥⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡------------=022475.025.075.125.1125.15.025.025.025.125.425.25.025.1525.2 []X y 2020=

2 已知单位反馈系统的开环传递函数如下

)

35.164,3)(6.4(1005)(2++++=s s s s s s G 用MATLAB 语句函数求取系统闭环零极点，并求取系统闭环状态方程的可控标准型实现。 3 用MATLAB 画出函数22y x z +=的三维图形，其中[]11-∈x ，[]11-∈y 。 4 采用循环控制命令程序，计算1~60之和。

5 首先生成一个周期余弦波的7个数据点，然后对这些点进行插值并绘制插值结果。

6 用ode45()语句解微分方程

0)1(222=+--x dt dx x u dt

x d 要求可修改参数u 。

实验二 RK4仿真实验

1. x’=-x+t ， u=t ，h=0.1，t=[0,10]，

在MATLAB 语言环境下构造.m 文件，编写RK4算法程序进行求解，绘图显示运算结果。

2. 对x’=-x+t ，x(0)=1，t=[0,10]，h=0.1，调用ode45函数进行求解，绘图显示运行结果；并与上题的仿真结果进行对照；适当改变步长h ，观察仿真效果并进行分析。

3. 在Simulink 中调用状态空间模块对上题进行仿真，采用示波器模块进行输出显示，同时将结果输出到workspace 中进行查看；改变仿真参数和仿真方法，比较运行结果。

[注：u=t 的实现可采用Clock 模块。]

实验三 连续系统结构图数字仿真

【实验目的】

进一步熟悉MATLAB 语言的使用方法

熟悉连续系统结构图法的计算方法及步骤

【实验内容】

在下图中，若各环节传递函数已知为

;01s .010044.0)s (G9;01s .011.0)s (G8;s 130)s (G7;15s

.0121.0)s (G6;0067s .0170)s (G5;051s .015s .01G4(s);01s

.011G3(s);085s .017s .01)s (2G ;s 01.011)s (1G +=+==+=+=+=+=+=+=

但G10(s)=0.212; 重新列写联接矩阵W,W0和非零元素阵Wij ，编写程序，求出y7响应曲线。

实验四 离散相似法数字仿真

【实验目的】

掌握离散相似法仿真方法

【实验内容】

用离散相似法仿真程序（参考课本sp4-4m ）重现实验三输出Y1的数据和曲线，并与四阶龙格一库塔法比较精度。

实验五 非线性系统仿真

【实验目的】

1，了解三种典型非线性环节对系统性能的影响

2，了解三种典型非线性环节的特性

【实验内容】

如图所示系统，分别针对以下三种情况加入非线性环节，采用离散相似法进行仿真

在A 处加入饱和非线性环节

在A 处加入死区非线性环节

在A 处加入滞环非线性环节

要求：适当改变S 同时与非线性环节的情况比较,分析各非线性环节对系统动态性能的影响。

实验六 计算机控制系统的数字仿真

【实验目的】

1，熟悉计算机控制系统数字仿真的方法及步骤

2，学会并掌握将连续部分按环节离散的方法

3，学会根据流程图编写简单的仿真程序

4，学会将各种处理方法融合在一起编写程序

【实验内容】

采用控制系统如下图所示：编写程序实现对该系统的仿真分析。（提示：连续部分按环节离散化考虑）图中

1

-2-1z 1]z )T /T d (z )T /T d *21()T /T d T i /T 1[(KP )z (E )z (U )z (D --++-++==为典型的数字PID 控制器；KP=0.65为比例系数；Ti=0.7为积分时间常数；Td=0.2位微分时间常数； )

1S T 2)(1S T 1()S T 3(exp )s (U )s (Y )s (G +∙+∙∙-== 为具有滞后特性的典型二阶控制对象；T1=T2=0.3s ；T3=0.4s 。

实验七控制系统仿真及CAD

【设计要求】

要求采用MATLAB语言，编制.m文件实现，对于给定的题目，要求完成控制器的设计，程序编制，系统调试，性能指标的计算，结果演示以及系统分析等任务。

【报告要求】

a) 设计题目的任务及要求；

b) 控制器的设计；

c) 系统框图及仿真程序；

d) 系统性能的计算及分析；

e) 调试过程总结、分析及体会。

【实验内容】

某化工过程中计算机控制系统如下图所示:

(1) 试用环节离散化方法对该系统做仿真研究, 设计PID调节器参数, 使该系统动态性能达到最佳。

（2）试用smith预估控制方法对该系统进行重新设计，并用仿真的方法分析滞后参数对系统动态性能的影响。