自动控制原理_典型环节的MATLAB仿真
自控实验报告-典型环节
自动控制原理实验报告课程名称 自动控制原理实验 成绩评定 实验项目名称 典型环节 指导教师实验项目编号 0806105701 实验项目类型 设计 实验地点学院 电气工程学院 系 专业 电气工程及其自动化 实验时间 2020年 5 月 18 日 下午 一、实验目的1．熟悉Matlab/simulink 各典型模块；2．测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。
二、实验环境Matlab/simulink 仿真平台 三、实验报告要求1．画出各环节的模块连接图，并注明参数。
2．写出各典型环节的传递函数。
3．根据测得的典型环节单位阶跃响应曲线，分析参数变化对动态特性的影响。
四、实验内容及分析1．观测三阶系统的 ()(0.11)(0.51)KW s S S S =++开环增益K 为不同数值时的阶跃响应曲线(１) 0<K <12; (２) K ＝12;(３) K >12。
（1）K=1K=5K=10（2）K=12（3）K=15K=50K=100分析图象曲线可知：0<k<12时 ，系统是稳定系统，随着开环增益K 的增大，系统调节时间增大，超调量增大K=12,系统是临界稳定系统k>12,系统发散不稳定，随着开环增益K 的增大，系统震荡越明显2．比例积分(PI)环节1()I W s K T S=+设U i (S )为一单位阶跃信号，记录PI 的输出 （１） 若比例系数K =2、积分时间常数T I =0.1S ； （２）若比例系数K =1.1、积分时间常数T I =1S 。
（1）（2）由图像曲线可得：时间常数越小，积分时间越小，响应过程的快速性也越好。
四、实验小结由实验一得，随着开环增益K的增大，此三阶系统的动态稳定性变差，由实验二可知，比例环节的时间常数越小，积分时间越小，响应过程的快速性也越好。
自动控制原理MATLAB仿真实验报告
实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析）一、实验目的学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点1、 系统的典型响应有哪些2、 如何判断系统稳定性3、 系统的动态性能指标有哪些 三、实验方法（一） 四种典型响应1、 阶跃响应：阶跃响应常用格式：1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。
2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。
3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。
4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。
2、 脉冲响应：脉冲函数在数学上的精确定义：0,0)(1)(0〉==⎰∞t x f dx x f其拉氏变换为：)()()()(1)(s G s f s G s Y s f ===所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。
脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ②);,();,(T sys impulse Tn sys impulse③ ),(T sys impulse Y =（二） 分析系统稳定性 有以下三种方法：1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图；2、 利用tf2zp 求出系统零极点；3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.四、实验内容 (一) 稳定性1． 系统传函为()27243645232345234+++++++++=s s s s s s s s s s G ，试判断其稳定性2． 用Matlab 求出253722)(2342++++++=s s s s s s s G 的极点。
%Matlab 计算程序num=[3 2 5 4 6];den=[1 3 4 2 7 2];G=tf(num,den);pzmap(G);p=roots(den)运行结果： p =+ - + -P ole-Zero MapReal AxisI m a g i n a r y A x i s-2-1.5-1-0.500.5-1.5-1-0.50.511.5图1-1 零极点分布图由计算结果可知，该系统的2个极点具有正实部，故系统不稳定。
自动控制原理Matlab仿真应用
控制系统的MATLAB仿真一 MATLAB简介MATLAB是Mathworks公司开发的一种集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的功能强大、操作简单的优秀工程计算应用软件。
MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题，而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能。
从而能够很好的帮助工程师及科学家解决实际的技术问题。
MATLAB的含义是矩阵实验室（Matrix Laboratory），最初主要用于方便矩阵的存取，其基本元素是无需定义维数的矩阵。
经过十几年的扩充和完善，现已发展成为包含大量实用工具箱（Toolbox）的综合应用软件，不仅成为线性代数课程的标准工具，而且适合具有不同专业研究方向及工程应用需求的用户使用。
MATLAB最重要的特点是易于扩展。
它允许用户自行建立完成指定功能的扩展MATLAB函数（称为M文件），从而构成适合于其它领域的工具箱，大大扩展了MATLAB的应用范围。
目前，MATLAB已成为国际控制界最流行的软件，控制界很多学者将自己擅长的CAD方法用MATLAB加以实现，出现了大量的MATLAB配套工具箱，如控制系统工具箱（control systems toolbox），系统识别工具箱（system identification toolbox），鲁棒控制工具箱（robust control toolbox），信号处理工具箱（signal processing toolbox）以及仿真环境SIMULINK 等。
（1） MATLAB的安装本节将讨论操作系统为Microsoft Windows环境下安装MATLAB6的过程。
将MATLAB6的安装盘放入光驱，系统将自动运行auto-run.bat文件，进行安装；也可以执行安装盘内的setup.exe文件启动MATLAB的安装程序。
启动安装程序后，屏幕将显示安装MATLAB的初始界面，根据Windows安装程序的常识，不断单击[Next],输入正确的安装信息，具体操作过程如下：输入正确的用户注册信息码；选择接收软件公司的协议；输入用户名和公司名；选择MATLAB组件（Toolbox）；选择软件安装路径和目录；单击[Next]按钮进入正式的安装界面。
自动控制原理实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真
实验一 典型环节的电路模拟与软件仿真一、实验目的1.熟悉THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱及上位机软件的使用；2.熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3.测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。
二、实验设备1.THSSC-4型信号与系统·控制理论·计算机控制技术实验箱；2.PC 机一台(含上位机软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线；3.双踪慢扫描示波器一台(可选)； 三、实验内容1.设计并组建各典型环节的模拟电路；2.测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响；3.在上位机仿真界面上，填入各典型环节数学模型的实际参数，据此完成它们对阶跃响应的软件仿真，并与模拟电路测试的结果相比较。
四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。
熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析是十分有益的。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。
图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。
1.比例（P ）环节 图1-1比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。
它的传递函数与方框图分别为：K S U S U S G i O ==)()()(当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。
图1-22.积分（I ）环节积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。
它的传递函数与方框图分别为：TsS U S U s G i O 1)()()(==设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。
图1-33.比例积分(PI)环节比例积分环节的传递函数与方框图分别为：)11(11)()()(21211212CSR R R CS R R R CS R CS R S U S U s G i O +=+=+==其中T=R 2C ，K=R 2/R 1设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。
基于MATLAB 的自动控制原理实验仿真系统的设计
基于MATLAB 的自动控制原理实验仿真系统的设计基于MATLAB 的自动控制原理实验仿真系统的设计基于MATLAB 的自动控制原理实验仿真系统的设计田晴，张茁（河北联合大学电气工程学院，河北唐山063000）摘要：MATLAB的图形用户界面（GUI）为基于对象的可视化编程，本文以此为基础，进行了自动控制原理实验仿真系统的软件设计，仿真实验系统囊括了控制理论的大部分要点，较实验室传统性实验更全面、具体。
应用GUIDE的设计，该系统操作简单，知识点表现清晰明了，学生能够在轻松的环境下，且不受地域时域的限制，掌握控制理论知识。
关键词：自动控制原理；实验仿真系统；MATLAB；GUIDE基金项目：河北联合大学教育教学改革项目，项目编号：Y1340-10一、引言《自动控制原理》是自动化专业的基础课程，是控制科学与工程学科的一门方法论课程，主要培养学生掌握控制系统的分析和设计方法，其内容之多，理论性之强，决定了课程学习的难度。
而实验课作为课堂教学的辅助内容，是培养学生自主性和创新性的重要环节。
目前实验室的实验教学采用模拟电路实验台，将集成电路模块进行连线，形成典型系统，通过示波器观察响应曲线。
传统性实验训练了学生对以传递函数为核心的控制系统与模拟电路系统之间的联系的认识和实践能力，但也存在其局限性：（1）价格昂贵，占地很大，因为实验台有限，只能几个同学共用一个实验台，难以满足几百学生实验教学的需要；（2 ）同一个实验，教师要对学生分拨讲解，重复进行，浪费人力、物力；（3 ）由于实验设备的长期工作，造成电容积分饱和，致使出现实验误差；（4 ）实验设备高度集成，操作性复杂，参数变化有限，局限了综合性设计性实验的开展；（5 ）实验室难以做到全开放性，学生实验受地域和时域的限制。
因此，研制实验仿真系统是解决上述问题的有效措施。
二、软件的总体结构设计MATLAB的图形用户界面（GUI）可实现可视化编程，不仅形象生动、互动友善、操作灵活，而且为人们提供了定性定量结合、局域全域结合、时域频域结合、模拟数字结合的数据探索、科学分析的仿真平台。
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。
自动控制原理MATLAB仿真实验报告
实验一 典型环节的MATLAB 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、实验内容① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ；Simulink 图形实现：示波器显示结果：② 惯性环节11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s GSimulink 图形实现：示波器显示结果：③ 积分环节s s G 1)(1Simulink 图形实现：示波器显示结果：④ 微分环节s s G )(1Simulink 图形实现：波器显示结果：⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G1）、G1（s ）=s+2Simulink 图形实现：示波器显示结果：2）、G2（s）=s+1 Simulink图形实现：示波器显示结果：⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+=1）、G1（1）=1+1/sSimulink 图形实现：示波器显示结果：2）G2（s）=1+1/2s Simulink图形实现：示波器显示结果：三、心得体会通过这次实验我学到了很多，对课本内容加深了理解，熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法，加深对各典型环节响应曲线的理解，这为对课程的学习打下了一定基础。
实验二线性系统时域响应分析一、实验目的1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。
2．通过响应曲线观测特征参量ζ和nω对二阶系统性能的影响。
3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。
二、实验内容1．观察函数step( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为243237()4641s s G s s s s s ++=++++绘制出系统的阶跃响应曲线？2．对典型二阶系统222()2n n n G s s s ωζωω=++1）分别绘出2(/)n rad s ω=，ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响，并计算ζ=0.25时的时域性能指标,,,,p r p s ss t t t e σ。
自动控制原理matlab仿真
用MATLAB 分析增加零点，极点以及偶极子对系统性能的影响1 稳态性能分析1.1 理论分析1.1.1 稳定性的概念当系统受到扰动作用后，其状态偏离了平衡状态，当扰动撤销后， （1）如果系统的输出响应经过足够长的时间后，最终能够回到原先的平衡状态，称此系统是稳定的。
（2）反之，如果系统的输出响应逐渐增加趋于无穷，或者进入振荡状态，则系统是不稳定的。
1.1.2线性定常系统稳定的条件根据上述稳定性的定义，可以用()t δ函数作为扰动来讨论系统的稳定性。
设线性定常系统在初始条件为零时，输入一个理想单位脉冲，这相当于系统在零平衡状态下，受到一个扰动信号的作用，如果当t 趋于∞时，系统的输出响应c(t)收敛到原来的零平衡状态，即lim ()0t c t →∞=时，该系统就是稳定的。
1.2 MATLAB 仿真分析设系统传递函数为22()(3)(22)s s s s s +Φ=+++，其冲击响应曲线如图1-1所示。
图1-1 系统单位冲击响应由以上MATLAB 仿真结果可以看出，原系统是稳定的。
当系统分别增加（s+10），（s-10），1/（s+10）,1/（s-10），（s+10）/（s+10.01），（s-10）/（s-10.01）环节时各个系统的冲击响应曲线如图1-2所示。
图1-2 系统增加环节后冲击响应由以上MATLAB仿真结果可以看出，当增加(s+10)，(s-10)，1/(s+10)，(s+10)/(s+10.01)等环节时，c(s)最终能收敛到原来的零平衡状态，系统稳定。
而当增加1/(s-10),(s-10)/(s-10.01)等环节时，c(s)最终趋于无穷，系统不稳定。
完全符合上述理论分析结果。
2 暂态性能分析2.1 理论分析2.1.1 线性高阶系统零极点及偶极子分布的影响分析高阶系统的闭环传递函数一般表示为：1110111101()()()()()mm m i m m i nnn n n i i k s z b s b s b s b M s s D s a s a sa s a s p --=--=-++++Φ===++++-∏∏设系统闭环极点均为单极点（实际系统大都如此）， 单位阶跃响应的拉氏变换式为：1(0)1()1()(0)()ini is p M M s C s D ssDs s p ===⋅+⋅-∑对于上式求拉氏反变换得到高阶系统的单位阶跃响应为：1(0)()()(0)()(0)()cos()(0)()i ii i i ii i diinp ti s p tti di i p p j s M M s c t eD sDs M M s eA et D sDs λσλσωλωφ==--==-±==+⋅=+⋅++∑∑∑闭环极点离虚轴越远，表达式中对应的暂态分量衰减越快，在系统的单位阶跃响应达到最大值和稳态值时几乎衰减完毕，因此对上升时间、超调量影响不大；反之，那些离虚轴近的极点，对应分量衰减缓慢，系统的动态性能指标主要取决于这些极点所对应的分量。
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。
matlab仿真自动控制原理
matlab仿真自动控制原理
MATLAB仿真自动控制原理
自动控制原理是研究自动调节系统的基本理论和方法，MATLAB作为一款强大的数学仿真软件，为自动控制原理的研究提供了良好的平台。
MATLAB在自动控制原理的研究中，主要包括以下内容：
1. 系统动态模型的建立：根据自动调节系统的特性及其输入输出关系，建立数学模型，并进行仿真。
2. 系统稳态性能分析：计算系统的稳态误差和静态增益等指标，确定系统的增益校正和调节参数。
3. 系统动态性能分析：分析系统的过渡过程、阻尼比和动态特性，确定系统的控制参数。
4. 设计控制器：根据系统模型和目标性能要求，设计合适的控制器，如比例积分控制器、比例积分微分控制器等。
5. 仿真验证：通过MATLAB仿真，验证控制器的性能和控制效果。
通过MATLAB仿真自动控制原理，不仅可以方便地进行各种控制系统的设计与分析，同时也可以通过仿真验证的方法，快速评估和分析不同控制策略的优劣，提高控制系统的稳定性和性能。
自动控制原理MATLAB仿真实验一(控制系统的时域分析)
实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析）一、实验目的学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性；二、实验内容(一) 稳定性1． 系统传函为()27243645232345234+++++++++=s s s s s s s s s s G ，试判断其稳定性num1=[0 3 2 5 4 6];den1=[1 3 4 2 7 2];sys1=tf(num1,den1);figure(1);hold on[gm,pm,wcp,wcg]=margin(sys1);margin(sys1);title('对数频率特性图');xlabel('频率rad/sec');ylabel('Gain dB');2． 用Matlab 求出253722)(2342++++++=s s s s s s s G 的极点。
a=[0 0 1 2 2];b=[1 7 3 5 2];[z,p,k]=tf2zpk(a,b) ;（二）阶跃响应1. 二阶系统()102102++=s s s G1）键入程序，观察并记录单位阶跃响应曲线num1=[10];den1=[1 2 10];step(num1,den1);grid on ;2）计算系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率，并记录 wn=sqrt(10);%自然振荡频率zunibi=2/wn;%阻尼比syms s ;S=solve(s^2+2*s+10);%求闭环根3）修改参数，分别实现1=ζ和2=ζ的响应曲线，并记录 n0=10;d0=[1 2 10];step(n0,d0);%原响应曲线hold on ;n1=10;d1=[1 6.32 10];step(n1,d1);n2=10;d2=[1 12.64 10]; step(n2,d2);4）修改参数，分别写出程序实现0121w w n =和022w w n =的响应曲线，并记录 n0=10;d0=[1 2 10];step(n0,d0);%原响应曲线hold on ;n1=2.5;d1=[1 1 2.5];step(n1,d1);n2=40;d2=[1 4 40];step(n2,d2);2. 作出以下系统的阶跃响应，并分析结果（1）()10210221+++=s s s s G（2）()102105.0222++++=s s s s s G （3）()1025.0222+++=s s s s s G （4）()10222++=s s ss Gn0=[2 10];d0=[1 2 10];step(n0,d0);hold on ;n1=[1 0.5 10];d1=[1 2 10];step(n1,d1);hold on ;n2=[1 0.5 0];d2=[1 2 10];step(n2,d2);hold on ;n3=[1 0];d3=[1 2 10];step(n3,d3);3. 25425)()(2++=s s s R s C 求该系统单位阶跃响应曲线，并在所得图形上加网格线和标题 num0=[25];den0=[1 4 25];step(num0,den0);grid on ;xlabel('X');ylabel('Y ');title('单位阶跃曲线');（三）系统动态特性分析用Matlab 求二阶系统12012120)(2++=s s s G 和01.0002.001.0)(2++=s s s G 的峰值时间p t ，上升时间r t ，调整时间s t ，超调量%σ。
自动控制原理实验1-6
⾃动控制原理实验1-6实验⼀MATLAB 仿真基础⼀、实验⽬的：（1）熟悉MATLAB 实验环境，掌握MATLAB 命令窗⼝的基本操作。
（2）掌握MATLAB 建⽴控制系统数学模型的命令及模型相互转换的⽅法。
（3）掌握使⽤MATLAB 命令化简模型基本连接的⽅法。
（4）学会使⽤Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的⽅法。
⼆、实验设备和仪器 1．计算机；2. MATLAB 软件三、实验原理函数tf ( ) 来建⽴控制系统的传递函数模型，⽤函数printsys ( ) 来输出控制系统的函数，⽤函数命令zpk ( ) 来建⽴系统的零极点增益模型，其函数调⽤格式为：sys = zpk ( z, p, k )零极点模型转换为多项式模型[num , den] = zp2tf ( z, p, k ) 多项式模型转化为零极点模型 [z , p , k] = tf2zp ( num, den )两个环节反馈连接后，其等效传递函数可⽤feedback ( ) 函数求得。
则feedback （）函数调⽤格式为： sys = feedback（sys1, sys2, sign ）其中sign 是反馈极性，sign 缺省时，默认为负反馈，sign ＝-1；正反馈时，sign ＝1；单位反馈时，sys2＝1，且不能省略。
四、实验内容：1.已知系统传递函数，建⽴传递函数模型2.已知系统传递函数，建⽴零极点增益模型3．将多项式模型转化为零极点模型12s 2s s 3s (s)23++++=G )12()1()76()2(5)(3322++++++=s s s s s s s s G 12s 2s s 3s (s)23++++=G )12()1()76()2(5)(3322++++++=s s s s s s s s G4. 已知系统前向通道的传递函数反馈通道的传递函数求负反馈闭环传递函数5、⽤系统Simulink 模型结构图化简控制系统模型已知系统结构图，求系统闭环传递函数。
自动控制原理课程设计MATLAB仿真
目录概述 (1)一、实验目的 (1)二、简述MATLAB语言的特点及其主要功能 (1)三、控制系统仿真时常用的方法和指令 (2)1、控制系统仿真时常用的方法 (2)a、数学仿真 (2)b、半物理仿真 (2)c、全物理仿真 (2)2、控制系统仿真时常用的指令 (2)1)、Bode图 (2)①、绘制Bode图 (2)②、系统的增益裕度和相角裕度 (2)2）、Nichols图 (3)3）、Nyquist图 (3)4）、一般频率响应图 (3)5）、频率响应的奇异值图 (3)6）、绘制根轨迹 (4)四、实验内容 (4)五、心得体会 (22)六、参考文献 (22)概述MATLAB 是一种直观、高效的计算机语言，同时也是一个科学计算平台。
它的伴随工具Simulink 是用来对真实世界的动力学系统建模、模拟仿真和分析的软件。
我们可将综合性和设计性实验项目通过MATLAB 在计算机上仿真，使系统的观察实验的动态过程。
目前，MATLAB 已经成为我们当代大学生必须掌握的基本技能，在设计研究单位和工业部门，MATLAB 已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件。
在完成了验证性、综合性和设计性实验后，课程设计必不可少。
课程设计是工科实践教学的一个重要的环节，目的是培养我们综合运用理论知识分析和解决实际问题的方法和能力,实现由知识向技能的初步化。
所以课程设计是培养我们思维创造能力最有效的途径。
一、实验目的1、培养理论联系实际的科学态度，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力。
2、掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种（矫正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析方法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。
3、学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统的仿真与调试。
4、锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力。
二、简述MATLAB语言的特点及其主要功能MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
自控实验-自动控制系统的MATLAB仿真分析
实验名称：自动控制系统的MATLAB仿真分析一、实验目的1.熟悉MATLAB在自动控制系统仿真中的应用；2.对自动控制系统进行仿真研究；3.掌握用MATLAB绘制自动控制系统根轨迹及对数频率特性的方法，掌握根据系统根轨迹及对数频率特性分析自动控制系统性能的方法。
二、实验设备1.计算机2.MATLAB软件三、实验内容1.用MATLAB提供的Simulink仿真软件工具对实验一中的各个典型环节及二阶系统进行阶跃响应仿真研究，将仿真获得的阶跃响应结果与模拟电路获得的阶跃响应结果进行比较。
（1）比例环节传递函数为200 ()51 G s=建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（2）积分环节传递函数为9.8 ()G ss=建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（3）一阶惯性环节传递函数为3.9 ()0.21G ss=+建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（4）比例积分环节传递函数为0.39781 ()0.102sG ss+=建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（5）比例微分环节传递函数为10 ()220s G ss=++建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（6）比例微分积分环节传递函数为51050 ()220sG ss s+=+++建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（7） 二阶系统的阶跃响应 ①0.325K ξ==传递函数为2()250()10250C s R s s s =++ 建立的仿真模型与阶跃响应仿真波形如下图所示：②0.510K ξ==传递函数为2()100()10100C s R s s s =++ 建立的仿真模型与阶跃响应仿真波形如下图所示：③0.75K ξ==传递函数为2()50()1050C s R s s s =++ 建立的仿真模型与阶跃响应仿真波形如下图所示：2. 单位负反馈系统的开环传递函数为：(1)()()(21)k s G s H s s s +=+仿真绘制K 从0~∞变化时的根轨迹，分析系统的稳定性。
自动控制原理Matlab仿真实验实验
源程序： numg=[1];deng=[500,0,0]; numc=[1,1];denc=[1,2]; [num1,den1]=series(numg,deng,numc,denc); [num,den]=cloop(num,den,-1); printsys(num,den) 运行结果： num/den = s + 1 ---------------------------500 s^3 + 1000 s^2 + 4 s + 4 3、 传递函数零、极点的求取 在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后结果
示波器显示仿真结果：
(2)G2(s)= 1+1/2s Simulink 图形:
示波器显示仿真结果：
实验三 控制系统的时域分析
一、实验目的 学习利用 MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分 析系统的动态特性。 二、实验内容 (一) 稳定性 1、系统传函为 G(s) =
4
源程序： roots([1 7 3 5 2]) 运行结果： ans = - 6.6553 0.0327 + 0.8555i 0.0327 - 0.8555i - 0.4100 结论： 特征方程根具有正实部，因而系统是不稳定的 （二）阶跃响应 1. 二阶系统 G (s ) =
10 s + 2 s + 10
示波器显示仿真结果如下：
②惯性环节 G1(s)=1/s+1 和 G2(s)=1/0.5s+1。 Simulink 图形：
示波器显示仿真结果如下：
③积分环节 G1(s)=1/s。
Simulink 图形：
示波器显示仿真结果如下：
④微分环节 G1(s)= s。 Simulink 图形:
[工学]自动控制原理matlab控制系统仿真
![[工学]自动控制原理matlab控制系统仿真](https://img.taocdn.com/s3/m/6533aac083c4bb4cf6ecd194.png)
• 向量num和den是按s的降幂排列的多项式系数。部分 分式展开后，留数返回到向量r，极点返回到列向量p， 常数项返回到k。
• [num, den]=residue(r,p,k)可以将部分分式转化为多项式 比
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2、控制系统在matlab中的描述
要分析系统，首先需要能够描述这个系统。在线性 系统理论中，一般常用的数学模型形式有： •传递函数模型（系统的外部模型）; •状态方程模型（系统的内部模型）; •零极点增益模型和部分分式模型等。
这些模型之间都有着内在的联系，可以相互进行转 换。
11
一、传递函数模型
自动控制原理 与Matlab
1
Matlab软件工具 在控制系统分析和综合中的应用
• Matlab基本特点 • 控制系统在Matlab中的描述 • 进行部分分式展开 • 控制系统的时间响应分析 • 控制系统的频域响应分析 • 控制系统的根轨迹图 • 系统稳定性分析 • Simulink仿真工具
2
1、matlab基本特点
X o s Xi s
s
r1 p1
s
r2 p2
s
rn pn
ks
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例： 对于下列系统传递函数
输入命令
X o s X i s
s2
s3 3s
2
>> num=[0,1,3];
>> den=[1,3,2];
>>[r,p,k]=residue(num,den)
得到
r＝2．0000 －1．0000
p＝ －1．0000 －2.0000 k＝ ［］
自动控制原理_典型环节的MATLAB仿真
分析：由波形图可以看出，传递函数S前的系数控制系统的响应速度。S前的系数越大，系统响应越慢。
3积分环节 。
分析：由波形图可知，该传递函数的系数控制响应的斜率。S前的系数越大，则斜率越小。
4微分环节 。
分析：由波形图可知，在该传递函数下，输出只在阶跃函数阶跃时，有一个突增现象，之后与输入大小保持不变。
通过该实验，我对matlab中的SIMULINK有了初步的了解，知道了如何对几个基本传递函数建立模பைடு நூலகம்并仿真，同时也感觉到了MATLAB的强大，SIMULINK只是它的一小部分功能，掌握好这个软件，对学习自动控制原理是必须的，同时它也是学习其它学科知识很有效的工具，我一定要好好学习这款软件，其次，通过该实验，通过对一些基本函数的建模仿真，再通过直观的响应曲线，让我对这几个基本的传递函数有了更清楚的认识。
5比例+微分环节（PD） 和
分析：由波形图可知，在该传递函数下，输出响应有突变现象，这是微分环节的响应，之后输出与输入成比例关系，是比例环节的响应不。
6比例+积分环节（PI） 和 。
分析：由波形图可以看出，在该传递函数下，输出响应先经比例环节使输出为一定比例的输入，再经比例环节以一定斜率上升。
四、实验心得与体会
二、实验内容
按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。
1比例环节 和 ；
2惯性环节 和
3积分环节
4微分环节
5比例+微分环节（PD） 和
6比例+积分环节（PI） 和
三、实验结果及分析
1比例环节 和 ；
分析：根据比例传递函数特点，输出与输入成比例关系，由响应曲线也可看出输出对应输入这种比例关系成立。
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。
matlab仿真在自动控制原理课程教学中的应用
matlab仿真在自动控制原理课程教学中的应用
Matlab是一种强大的数学软件，它可以用于自动控制原理的仿真和模拟实验。
在自动控制
原理课程教学中，Matlab的应用主要有以下几个方面：
1. 系统建模与仿真：利用Matlab可以方便地建立系统的数学模型，并进行仿真。
通过仿真，可以直观地观察系统的动态特性，从而深入理解自动控制原理的基本概念和方法。
2. 控制算法设计与验证：Matlab提供了丰富的控制算法设计工具箱，可以用于设计各种
控制器，如PID控制器、根轨迹设计、频率响应法等。
通过仿真验证，可以评估控制器的性能，并进行参数优化。
3. 实验数据分析：在实验中，可以采集系统的输入输出数据，利用Matlab进行数据分析和处理，如频域分析、时域分析、系统辨识等。
通过数据分析，可以更深入地了解系统的特性和性能。
4. 课程演示与展示：Matlab可以用于制作课程演示和展示，如动态仿真、控制算法演示等。
通过演示和展示，可以生动形象地展示自动控制原理的基本概念和方法，提高学生的学习兴趣和理解能力。
综上所述，Matlab在自动控制原理课程教学中具有重要的应用价值，可以帮助学生更深入地理解自动控制原理的基本概念和方法。
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按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。
1比例环节 和 ；
2惯性环节 和
3积分环节
4微分环节
5比例+微分环节（PD） 和
6比例+积分环节（PI） 和
三、实验结果及分析
1比例环节 和 ；
分析：根据比例传递函数特点，输出与输入成比例关系，由响应曲线也可看出输出对应输入这种比例关系成立。
通过该实验，我对matlab中的SIMULINK有了初步的了解，知道了如何对几个基本传递函数建立模型并仿真，同时也感觉到了MATLAB的强大，SIMULINK只是它的一小部分功能，掌握好这个软件，对学习自动控制原理是必须的，同时它也是学习其它学科知识很有效的工具，我一定要好好学习这款软件，其次，通过该实验，通过对一些基本函数的建模仿真，再通过直观的响应曲线，让我对这几个基本的递函数有了更清楚的认识。
2惯性环节 和 。
分析：由波形图可以看出，传递函数S前的系数控制系统的响应速度。S前的系数越大，系统响应越慢。
3积分环节 。
分析：由波形图可知，该传递函数的系数控制响应的斜率。S前的系数越大，则斜率越小。
4微分环节 。
分析：由波形图可知，在该传递函数下，输出只在阶跃函数阶跃时，有一个突增现象，之后与输入大小保持不变。
5比例+微分环节（PD） 和
分析：由波形图可知，在该传递函数下，输出响应有突变现象，这是微分环节的响应，之后输出与输入成比例关系，是比例环节的响应不。
6比例+积分环节（PI） 和 。
分析：由波形图可以看出，在该传递函数下，输出响应先经比例环节使输出为一定比例的输入，再经比例环节以一定斜率上升。
四、实验心得与体会
武汉工程大学实验报告
专业班号组别指导教师
姓名同组者
实验名称典型环节的MATLAB仿真
实验日期第一次实验
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。