控制系统数字仿真大作业.
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：。
控制系统数字仿真模拟题
控制系统数字仿真模拟题在控制系统数字仿真模拟中，我们将通过几个案例来展示数字仿真在控制系统设计和分析中的重要性和应用。
案例一：PID控制器调节系统在这个案例中，我们将模拟一个PID控制器调节系统。
首先，我们需要建立一个被控对象的数学模型，可以是一阶或二阶系统。
然后，我们根据实际的控制需求来确定PID控制器的参数。
接下来，我们使用数字仿真软件，比如MATLAB/Simulink来搭建系统模型，将被控对象和PID控制器连接起来并进行仿真。
通过改变PID参数的值，我们可以观察系统响应的变化并优化控制性能。
案例二：状态空间控制系统在这个案例中，我们将研究状态空间控制系统的数字仿真。
状态空间方法是一种描述系统动态特性的有效工具。
我们首先需要得到系统的状态空间表示，包括状态方程和输出方程。
然后，我们使用数字仿真软件来模拟系统的时间响应和频率响应。
通过改变初始状态和控制输入信号，我们可以观察系统的状态变化和输出响应。
通过数字仿真，我们可以更好地理解状态空间控制系统的特性和优化控制策略。
案例三：数字滤波器设计数字滤波器在控制系统中扮演着重要的角色。
在这个案例中，我们将研究数字滤波器的设计和性能评估。
首先，我们需要确定滤波器的类型，如低通滤波器、高通滤波器或带通滤波器。
然后，我们可以使用数字仿真软件来设计和仿真滤波器的频率响应和时域响应。
通过改变滤波器的参数，我们可以优化滤波器的性能和滤波效果。
通过上述案例，我们可以看到数字仿真在控制系统设计和分析中的重要性和灵活性。
它可以帮助工程师在设计前进行系统验证和仿真调试，避免了实际搭建系统的成本和风险。
数字仿真还可以快速优化控制策略和参数，提高系统的性能和鲁棒性。
因此，掌握数字仿真工具和方法对于控制系统工程师来说至关重要。
总结起来，数字仿真在控制系统设计和分析中具有重要的作用。
通过合理利用数字仿真软件和工具，工程师可以更好地理解系统的特性和优化控制策略。
数字仿真可以帮助工程师提高工作效率，节省成本，并减少了实际试验的风险。
控制系统数字仿真
交卷时间：2017-07-11 11:28:08一、单选题1.(4分)一个电机转速控制系统中，属于电机所具有的属性的为：________。
∙ A. 电机转子∙ B. 电机转速∙ C. 电网电压∙ D. 电机定子得分： 0知识点：控制系统数字仿真作业题收起解析答案 B解析2.(4分)将多项式展开的命令中正确的是________。
∙ A. conv([1,2,2],conv([4,1],[1,1]))∙ B. conv([2,2,1],conv([4,1],[1,1]))∙ C. conv([2,2,1],conv([1,4],[1,1]))∙ D. conv([1,2,2],conv([1,4],[1,1]))得分： 0知识点：控制系统数字仿真作业题收起解析答案 D解析3.(4分)设某一系统的状态方程矩阵为a=[-3,1;1,-3]；b=[1,1;1,1]；c=[1,1;1,-1]；d=[0]并且执行后得可控性矩阵和可观性矩阵的秩分别为cam=ctrb(a,b)＝1rcam=rank(cam)＝2因此这一系统为________。
∙ A. 不可控且不可观的系统∙ B. 可控且可观的系统∙ C. 可控但不可观的系统∙ D. 不可控但可观的系统得分： 0知识点：控制系统数字仿真作业题收起解析答案 D解析4.(4分)设A＝[0 2 3 4;1 3 5 0]，B＝[1 0 5 3;1 5 0 5]则A>=B的结果为________。
∙ A.∙ B.∙ C.∙ D.得分： 0知识点：控制系统数字仿真作业题收起解析答案 B解析5.(4分)若A =-4 -1 2-3 0 3-2 1 4则C=(A>0)&(A<3)的结果为：________。
∙ A.∙ B.∙ C.∙ D.得分： 0知识点：控制系统数字仿真作业题收起解析答案 B解析6.(4分)可以将模块按照顺时针进行旋转的快捷键为________ 。
奥鹏吉大21年春季《控制系统数字仿真》在线作业一_4.doc
1.在CAD网络系统中，以下说法不正确的是（）。
A.设计资料可以共享B.硬件可以共享C.电脑文件可以共享D.可以方便管理设计进度【参考答案】: C2.AUTOCAD的坐标体系，包括世界坐标和（）坐标系。
A.绝对坐标B.平面坐标C.相对坐标D.用户坐标【参考答案】: D3.在CAD命令输入方式中以下不可采用的方式有（）。
A.点取命令图标B.在菜单栏点取命令C.用键盘直接输入D.利用数字键输入【参考答案】: D4.下列哪条指令是求矩阵的行列式的值（）。
A.invB.diagC.detD.eig【参考答案】: C5.某系统传递函数为G，语句step(G)的执行结果为（）。
A.绘制系统的根轨迹图B.绘制系统的单位脉冲响应曲线C.绘制系统的奈氏曲线D.绘制系统的单位阶跃响应曲线【参考答案】: D6.已知a=2:2:8, b=2:5，下面的运算表达式中，出错的为（）。
A.a'*bB.a.*bC.a*bD.a-b【参考答案】: C7.绘制控制系统根轨迹的命令是（）。
A.stepB.pzmapC.rlocusD.sgrid【参考答案】: C8.计算机辅助设计的英文缩写是（）。
A.CADB.CAMC.CAED.CAT【参考答案】: A9.关于MATLAB语言中，变量的命名错误的是（）。
A.必须以字母开头B.可以由字母、数字和下划线混合组成，不能包含有标点符号C.变量长度应不大于63个D.字母不区分大小写【参考答案】: D10.将系统零极点形式变换为传递函数形式的命令是（）。
A.tf2zpB.ss2tfC.ss2zpD.zp2tf【参考答案】: D11.数值积分法中，是恒定稳定的算法是（）。
A.欧拉法B.梯形法C.四阶—龙格库塔法#以上都不是【参考答案】: B12.hold命令的作用是（）。
A.给图形添加栅格B.图形窗口保持C.关闭图形D.去除图形栅格【参考答案】: B13.角度x=[30 45 60]，计算其正弦函数的运算为（）。
控制系统数字仿真离线作业 答案(有修改)
控制系统数字仿真离线作业
1什么是仿真，它所遵循的原则是什么？
2在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区别？各有什么特点？
3什么是CAD技术？控制系统CAD技术可以解决哪些问题？
4什么是虚拟现实技术？它与仿真技术的关系如何？
5为什么称计算机控制系统为采样控制系统或离散控制系统，其仿真有何特点通常把系统中的离散信号是脉冲序列形成的离散系统,称为采样控制系统或脉冲控制系统;而把数字序列形成的离散系统,称为采样控制系统或计算机控制系统.
采样系统中既有离散信号,又有连续信号. 采样开关接通时刻,系统处于闭环工作状态.而在采样开关断开时刻,系统处于开环工作状态.
特点：高精度,高可靠,有效抑制干扰,良好的通用性.
6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的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式。
7单位反馈系统的开环传递函数如下
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。
8某反馈控制系统的开环传递传递函数为
试绘制其根轨迹。
控制系统数字仿真 习题答案
第一章习题1-1什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？答：仿真是建立在控制理论，相似理论，信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助专家经验知识，统计数据和信息资料对试验结果进行分析和研究，进而做出决策的一门综合性的试验性科学。
它所遵循的基本原则是相似原理。
1-2在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区别？各有什么特点？答：解析法就是运用已掌握的理论知识对控制系统进行理论上的分析，计算。
它是一种纯物理意义上的实验分析方法，在对系统的认识过程中具有普遍意义。
由于受到理论的不完善性以及对事物认识的不全面性等因素的影响，其应用往往有很大局限性。
仿真法基于相似原理，是在模型上所进行的系统性能分析与研究的实验方法。
1-3数字仿真包括那几个要素？其关系如何？答: 通常情况下，数字仿真实验包括三个基本要素，即实际系统，数学模型与计算机。
由图可见，将实际系统抽象为数学模型，称之为一次模型化，它还涉及到系统辨识技术问题，统称为建模问题；将数学模型转化为可在计算机上运行的仿真模型，称之为二次模型化，这涉及到仿真技术问题，统称为仿真实验。
1-4为什么说模拟仿真较数字仿真精度低？其优点如何？。
答：由于受到电路元件精度的制约和容易受到外界的干扰，模拟仿真较数字仿真精度低但模拟仿真具有如下优点：（1）描述连续的物理系统的动态过程比较自然和逼真。
（2）仿真速度极快，失真小，结果可信度高。
（3）能快速求解微分方程。
模拟计算机运行时各运算器是并行工作的，模拟机的解题速度与原系统的复杂程度无关。
（4）可以灵活设置仿真试验的时间标尺，既可以进行实时仿真，也可以进行非实时仿真。
（5）易于和实物相连。
1-5什么是CAD技术？控制系统CAD可解决那些问题？答：CAD技术，即计算机辅助设计（Computer Aided Design）,是将计算机高速而精确的计算能力，大容量存储和数据的能力与设计者的综合分析，逻辑判断以及创造性思维结合起来，用以快速设计进程，缩短设计周期，提高设计质量的技术。
互耦水槽液位控制的PID整定方法比较——控制系统数字仿真课程大作业
课程总结报告——互耦水槽液位控制的PID整定方法比较1任务重述1.1互耦水槽模型简介互耦水槽系统是由两个相同水槽组成，如图1所示。
两个相同的水槽basin 1和basin 2通过阀门K3连接，从而两水槽的液位 y1、y2互相耦合，液位的测量由传感器完成；流入两个水槽的流量 Q 由水泵pump控制，水泵的DC电动机电枢电压受 u1、u2控制，该水槽可以通过调节各个阀门的开闭实现多样的实验。
图1 互耦水槽系统原理图另一方面，互耦水槽是一个大惯性、大时滞、非线性、时变的系统，互耦水槽的流量关系可以描述为：Q12=c12√H1−H2，在建立模型时通常需要将其在工作点附近线性化处理。
该模型可以用一个带纯滞后的一阶惯性环节（FOPDT）来近似描述，其传递函数的形式为：G(s)=Ke−T d s Ts+11.2任务内容●基于给定的实验数据进行传递函数建模，并根据验证指标验证模型的准确程度●对传递函数模型进行适当的频域分析，求出需要的指标、画出相应图线●利用几种不同的PID整定方法进行参数整定，比较几种方法的动态性能●提供建模和模型分析的Matlab程序清单2系统建模2.1实验数据分析本报告使用的实验数据是plant_data1.mat，此数据集由五部分变量组成，分别是：实验时间向量 t，水槽basin 1的输入输出数据 u1、y1，水槽basin 2的输入输出数据 u2、y2。
系统的时域响应经过plot函数绘制后，我们发现输出相应的曲线的确能使用带纯滞后的一阶惯性环节替代。
通过观察向量 u1、u2的值我们发现在索引283处发生输入的跳变，均为5跳变到6，这是一个阶跃输入。
根据索引找到对应的跳变时间 t0=−437.6s，我们做变换 t=t−t(283)，即可将跳变时间变为0。
通过分析，实际上这是两次互相对称的实验数据，以一端为例，实验过程为：先将水泵pump 1的电枢电压设置为 u1=U0，打开阀门K3使得水槽basin 2的液位存在一个初值 Y0，待液位稳定一段时间，在 t0时刻将 u2设置成 U f，即施加的是阶跃信号，水槽basin 2的液位将逐渐开始变化，直到稳定在一个终值 Y f。
控制系统数字仿真(大作业)答案
编程题（每小题25分，共100分）1. 典型二阶系统，其传递函数为，在相同坐标系下编程实现绘制当取0.1，02，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1，2时候该系统的Bode图。
答：% MATLAB程序为*4Wn = 0.6kesai = [0.1:0.1:1,2] hold on;for kos=kesai num=Wn^2;den=[1,2*kos*Wn,Wn^2] step(num,den) endtitle('Step Response') hold off;2. 系统开环传函，设k=1，试编程实现（1）用传函、零极点、状态空间方式表示系统。
*10（2）绘制闭环系统单位阶跃响应。
判断稳定性。
（3）绘制根轨迹、Bode图、乃氏图。
（4）求可控性、可观测性矩阵，并判断可控、可观测性。
3. “虚拟飞行员”模型代表了闭环中的飞行员，它可以用来分析和设计飞机控制系统。
飞机和飞行员形成的闭环框图如图（3）所示。
变量表示飞行员的时延，用 =0.5表示反应较慢的飞行员，用 =0.25表示反应较快的飞行员。
飞行员模型的其他变量假定为K=1， 1=2， 2=0.5。
请用matlab编程计算闭环系统的极点。
图3 飞行员控制飞机的闭环系统4. 典型二阶系统，其传递函数为，在相同坐标系下编程实现绘制当，取2，4，6，8，10，12时候该系统的单位阶跃响应。
答：% MATLAB程序为ex3212.m：w=[2:2:12] kesai=0.7 hold on; for Wn=wnum=Wn^2;den=[1,2*kesai*Wn,Wn^2] step(num,den,6) endtitle('Step Response') hold off;。
matlab大作业(控制系统仿真)
河南工业大学控制系统仿真姓名：宋伯伦班级：自动化1501学号：201523020128成绩：2017年6月16 日设计题目基于MATLAB的皮带配料控制系统的仿真设计内容和要求阐述皮带配料控制系统的工作原理、物料流量特点，建立系统模型，通过Matlab进行控制系统仿真，达到适应系统工作过程各参数变化的目的。
报告主要章节第一章概述与引言随着科学技术的不断发展，电子皮带秤配料系统已在煤炭、化工、烟草、冶金、建材等行业中广泛应用。
目前大多数皮带秤配料系统仍然是采用传统的PID控制算法，灵敏度较高，可以说在理论上调节是能做到无误差的，或者说在误差较小的范围内的确很有优势，但是出现较大误差时，其动态特性并不是很理想，超调量一般较大。
所以，本课题设计了一套更为合理高效的电子皮带秤配料系统，本设计主要针对皮带秤配料系统中配料这一环节，采用模糊PID和传统PID控制相结合的方法。
本课题主要内容包括皮带秤的原理与组成，系统的总体设计，模糊控制算法结合本系统的分析以及采用MATILAB进行模糊PID控制仿真。
第二章各部分设计方案及工作原理皮带秤配料系统中配料皮带秤作为在线测量的动态称量衡器，有着重要的作用，目前已广泛用于冶金、煤炭、烟草、化工、建材等行业中，是集输送、称量、配料于一体的设备。
皮带秤仪表除了显示瞬时流量和累积流量外，还能根据由接线盒传过来的数据与给定值的偏差来控制给料机的给料，从而保证瞬时流量的恒定。
这样就构成了一个闭环控制系统。
2.1皮带秤配料系统组成及工作原理2.1.1皮带秤配料系统组成配料皮带秤系统结构如图2.1所示，由三大部分组成，分别是料斗、给料设备和皮带秤。
图2.1中：A-称重传感器；B-测速传感器；C-称重托辊；D-接线盒；E-称重仪表。
2.1.2皮带秤工作原理皮带秤的计量对象是连续流动的物料，可以显示物料的瞬时流量和在某一段时间内的累计流量。
皮带秤是在皮带运行中进行测量，所以测量的稳定性很重要。
控制系统数字仿真
现代工程控制理论实验报告实验名称：控制系统数字仿真技术实验时间： 2015/5/3目录一、实验目的 (2)二、实验内容 (3)三、实验原理 (3)四、实验方案 (6)1、分别离散法； (6)2、整体离散法； (7)3、欧拉法 (9)4、梯形法 (10)5、龙格——库塔法 (10)五、实验结论 (11)小结： (14)一、实验目的1、探究多阶系统状态空间方程的求解；2、探究多种控制系统数字仿真方法并对之进行精度比较；二、 实验内容1、 对上面的系统进行仿真，运用分别离散法进行分析；2、 对上面的系统进行仿真，运用整体离散法进行分析；3、 对上面的系统进行仿真，运用欧拉法进行分析；4、 对上面的系统进行仿真，运用梯形法进行分析；5、 对上面的系统进行仿真，运用龙泽——库塔法进行分析；6、 对上面的几种方法进行总计比较，对他们的控制精度分别进行分析比较； 三、 实验原理1、 控制系统状态空间方程整体离散法的求解；控制系统的传递函数一般为x Ax Bu Y Cx Du⋅=+=+有两种控制框图简化形式如下： KI 控制器可以用框图表示如下：惯性环节表示如下：高阶系统(s)(1)nKG T =+的框图如下对于上面的框图可以简写传递函数x Ax Bu Y Cx Du⋅=+=+根据各环节间的关系可以列写出式子中出现的系数A 、B 、C 和D ，下面进行整体离散法求传递函数的推导00()0...*()...()(t)(0)...*(t)(0)(t)(0)()(0)At At At At At tt Attt A AT tATA At ttAtAtA AtA t x Ax Bu e ex e Ax e Bud e x dt Bue dt dt e x Bue dtex x Bue d e x x e e Bued x xe Bue d t KT x kT x e ττττττττ⋅-⋅-----------=+=+=⇒=⇒=+=+⇒=+==⎰⎰⎰⎰⎰⎰①①得②③③得令()0(1)(1)[(1)]0(1)[(1)]0...(1)[(1)](0)...*(1)()(1)T (1)()()(),kTA kTA kT k TA k TA k T AT k TATA k T kTTTAT At AT At ATBue d t K T x k T x e Bue d e x k ex k Bue d k tx k e x k e Budt e x k e Bdt u k eτττττττ⋅-+⋅++-++-+=++=+-+-=+-=+=+=+⋅Φ=⎰⎰⎰⎰⎰④令⑤⑤④得令令0(1)()(1)TAt m m e Bdtx k x k x k Φ=+=Φ⋅+Φ⋅+⎰得这样，如果知道系数，就可以知道高阶系统的传递函数和状态空间方程。
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。
中国地质大学《控制系统数字仿真》在线作业二答卷
地大《控制系统数字仿真》在线作业二-0010试卷总分:100 得分:100一、单选题 (共 10 道试题,共 30 分)1. 角度x=[30 45 60]，计算其正弦函数的运算为（）。
A. SIN（deg2rad(x)）B. SIN(x)C. sin(x)D. sin(deg2rad(x))答案:D2.AutoCAD中的图层数最多可设置为（）。
A. 10层B. 没有限制C. 5层D. 256层答案:B3.某系统传递函数为G，语句pzmap(G)的执行结果为（）。
A. 绘制系统的根轨迹图B. 绘制系统的零极点图C. 绘制系统的奈氏曲线D. 绘制系统的单位阶跃响应曲线答案:B4.绘制系统零极点图的命令是（）。
A. stepB. pzmapC. rlocusD. sgrid答案:B5.在CAD中文本窗口切换的快捷键是（）。
A. F1B. F2C. F3D. F4答案:B6.CAD软件中我们一般都用（）单位来做图以达到最佳的效果。
A. 米B. 厘米C. 毫米D. 分米答案:C7.在CAD网络系统中，以下说法不正确的是（）。
A. 设计资料可以共享B. 硬件可以共享C. 电脑文件可以共享D. 可以方便管理设计进度答案:C8.将系统传递函数形式变换为零极点形式的命令是（）。
A. tf2zpB. ss2tfC. ss2zpD. zp2tf答案:A9.在CAD命令输入方式中以下不可采用的方式有（）。
A. 点取命令图标B. 在菜单栏点取命令C. 用键盘直接输入D. 利用数字键输入答案:D10.figure命令的作用是（）。
A. 绘图B. 关闭当图形行窗口C. 打开新的图形窗口D. 循环答案:C二、判断题 (共 10 道试题,共 30 分)11.控制系统的数学模型有状态空间表达式、微分方程和积分方程。
答案:错误12.所谓物理仿真就是应用数学相似原理，按照真实系统的数学关系构造系统的数学模型，并在数学模型上进行实验研究。
控制系统数字仿真作业
控制系统数字仿真作业学号：S309047020姓名：张宇2010年1月5号2.2 将()G s ＝2(3)(1)(2)S S s +++化成状态空间表达式，要求A 阵为对角阵。
解：()G s ＝2(3)(1)(2)S S s +++＝4(1)S --＋2(2)S ---=()()Y s U s令：()()(),()12(1)(2)U s U s x s x s S S ==---- ， 则：()4()2()12Y s x s x s =- 将以上两式拉氏反变换： 112224212x x u x x u y x x=-+=-+=-所以可得：1011102122x x u x x -⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭ y ＝（4 －2）12x x ⎛⎫⎪⎝⎭2.3 已知系统的状态空间描述为：A ＝100020003-⎛⎫⎪- ⎪ ⎪-⎝⎭ B ＝363⎛⎫ ⎪- ⎪ ⎪⎝⎭C=(111)求该系统的传递函数。
解：()G s =1()C sI A B --=(111)1100020003S S S -+⎛⎫ ⎪+ ⎪ ⎪+⎝⎭363⎛⎫ ⎪- ⎪ ⎪⎝⎭=(111)100110021003S S S ⎛⎫ ⎪+⎪ ⎪ ⎪+ ⎪ ⎪ ⎪+⎝⎭363⎛⎫ ⎪- ⎪ ⎪⎝⎭=31S ++62S -++33S +=6326116S S S +++ 2.4 求图2-20所示系统的状态空间描述。
图2-20解：()G s ＝()()Y s U s ＝()()()()1()()K S a S S b S c K S a S S b S c +++++++＝32()()Ks Kas b c s bc K s Ka ++++++所以可以写出系统的状态空间描述为：A ＝010001()()Ka bc K b c ⎛⎫ ⎪⎪ ⎪--+-+⎝⎭ B ＝001⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭C ＝(0)Ka K2.5分别用欧拉法、二阶龙格－库塔及四阶龙格－库塔法计算系统：100(51)(101)(1)(0.151)S S S S ++++在阶跃函数下的过渡过程1. 选择相同的步距h ＝0.005，试比较计算结果。
控制系统仿真大作业.
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。
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《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。
该机器人单足控制系统结构图如图(b)所示。
要求：（1）建立系统数学模型；（2）绘制系统阶跃响应曲线、根轨迹图、频率特性；（3）分析系统的稳定性，及性能指标；（4）设计控制器Gc(s)，使系统指标满足：ts<10s,ess=0,，超调量小于5%。
在不加入任何控制器的情况下，由控制系统结构图可得其开环传递函数为)102(1)(20++=S S S S G Simulink 仿真得在单位阶跃信号作用下系统响应曲线为10203040506070809010000.10.20.30.40.50.60.70.80.91单位阶跃响应曲线2、系统性能指标2.1 绘制系统阶跃响应曲线、根轨迹图、频率特性编写M文件如下：%set up system math modlenum=[1];den=[1 2 10 0];G0=tf(num,den)G=feedback(G0,1)figure(1);t=0:100;step(G,t);grid;title('单位阶跃响应曲线')[y t]=step(G,t);[Y k]=max(y);tp=t(k)ess=1-y;figure(2);plot(t,ess);grid;title('单位阶跃响应误差曲线') figure(3);pzmap(G0);title('零极点分布图')figure(4);margin(G0);title('系统开环对数特性曲线') grid;figure(5);nyquist(G0);title('nyquist曲线')figure(6);rlocus(G0)title('系统根轨迹特性曲线') sgridstepinfo(G) MATLAB命令窗口中运行后得到结果为：Transfer function:1----------------------s^3 + 2 s^2 + 10 sTransfer function:1---------------------------s^3 + 2 s^2 + 10 s + 1ans =RiseTime: 21.5386SettlingTime: 38.5480SettlingMin: 0.9001SettlingMax: 0.9997Overshoot: 0Undershoot: 0PeakTime: 79.1536以上各图依次为系统单位阶跃响应曲线、单位阶跃响应误差曲线、零极点分布图、系统开环对数特性曲线、系统根轨迹特性曲线、奈奎斯特曲线。
01020304050607080901000.20.40.60.811.21.4单位阶跃响应曲线Time (sec)A m p l i t u d e0102030405060708090100-0.20.20.40.60.811.2单位阶跃响应误差曲线-1.4-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.2-3-2-101230.130.190.260.380.520.80.511.522.530.511.522.530.040.0850.130.190.260.380.520.80.040.085零极点分布图Real AxisI m a g i n a r y A x is-150-100-5050M a g n i t u d e (d B )10-210-110101102-270-225-180-135-90P h a s e (d e g )系统开环对数特性曲线Frequency (rad/sec)-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10-10-8-6-4-20246810nyquist 曲线Real AxisI m a g i n a r y A x i s-25-20-15-10-5510-20-15-10-5051015200.140.30.440.580.720.840.920.980.140.30.440.580.720.840.920.98510152025系统根轨迹特性曲线Real AxisI m a g i n a r y A x i s2.2 稳定性分析由闭环零极点分布图可知，系统闭环传递函数的极点全部位于s 左半平面，因此系统闭环稳定。
2.3 性能指标分析（1）系统稳态误差ss e =0。
由以上分析可知在加入控制器之前，ss e =0，符合设计要求。
（2）系统调节时间s t <10s 。
在加入控制器之前，调节时间s t =38s ，不满足设计要求，因此需要加入控制器来缩短调节时间，以提高系统响应速度。
（3）系统阶跃响应的超调量σ%<5%。
在加入控制器之前，超调量σ%=0，符合设计要求。
3、控制器设计由以上分析可知，要减小系统的调节时间，使其快速性能得到改善，同时不影响系统的稳态误差和超调量，因此，可以利用比例控制器来实现这一目的。
P 控制方式只是在前向通道上加上比例环节，相当于增大了系统的开环增益，减小了系统的稳态误差，减小了系统的阻尼，从而增大了系统的超调量和振荡性。
P控制方式的系统结构图如下：P 控制器的传递函数为：p c K S G =)(加上P 控制后的系统开环传递函数为：)102()(2p++=S S S K S G0510********0.20.40.60.811.21.4←Kp=1←Kp=15取Kp=1至15，步长为1，进行循环测试系统，将不同Kp 下的阶跃响应曲线绘制在一张坐标图下： MATLAB 源程序：%对于P 控制的编程实现 num=[1];den=[1 2 10 0]; t=0:0.01:30; for Kp=1:1:15 num1=Kp*num; G0=tf(num1,den) G=feedback(G0,1) y=step(G,t); plot(t,y)If ishold~=1,hold on ,end endgrid;下面通过列表的方式给出在不同Kp 值作用下系统的调节时间、稳态误差以及超调量： Kp 123 4 5 6 7 8 9 10 Ts29.56 14.589.607.135.574.913.483.263.154.730Ess 0.048 0.0027.788*e-52.725*e-6 8.913*e-8 2.854*e-9 1.239*e-40.006 0.028 0.055Pos4.782 0.204 0.008 2.725*e-48.913*e-62.854*e-70.012 0.604 2.840 5.541从上表可以看出，随着Kp 值的增大，系统的调节时间、超调量和稳态误差都逐渐减小，但是，当Kp 增大到一定值后，系统的调节时间、超调量和稳态误差又都随Kp 增大而增大，稳定性下降。
当Kp=6时，调节时间s t =4.96s ，稳态误差ss e 近似为0，超调量σ%近似为0，满足设计要求。
不同Kp 下的阶跃响应曲线051015202530354045500.20.40.60.81←Kp=1←Kp=6Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e此时系统的阶跃响应曲线如图所示： MATLAB 源程序：%对于P 控制的编程实现%(Kp=6) clearnum0=[1];den=[1 2 10 0]; t=0:0.01:50; Kp=6;num=Kp*num0;G0=tf(num0,den); G=feedback(G0,1); G1=tf(num,den); G2=feedback(G1,1); step(G,G2,t) grid;gtext('\leftarrowKp=1') gtext('\leftarrowKp=6')综上所述，采用比例控制器时，满足设计要求的最合理的Kp 值为6，此时系统的超调量为0，调节时间为4.96秒，稳态误差为0。
由上图可看出加入比例控制器后，系统的调节时间大幅度减小，快速性得到了很大的提高，同时系统的稳定性和准确性并没有受到明显影响。
此时，加入比例控制器后，系统开环传递函数为：)102(6)(2++=S S S S G 性能比较： 加入P 之前加入P 之后MATLAB 命令窗口运行结果 ans =RiseTime: 21.5386 SettlingTime: 38.5480 SettlingMin: 0.9001 SettlingMax: 0.9997 Overshoot: 0 Undershoot: 0PeakTime: 79.1536MATLAB 命令窗口运行结果 ans = RiseTime: 2.9072 SettlingTime: 5.7436 SettlingMin: 0.9090 SettlingMax: 0.9996 Overshoot: 0 Undershoot: 0PeakTime: 11.8768三、深入探讨通过以上讨论，单独使用比例控制器就已经满足各项要求，接下来将深入探讨是否还有其他控制器，能更好的满足各项性能指标。