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

1

2s 2s s 3s (s)23++++=G )12()1()76()2(5)(332

2++++++=

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 G

4. 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 。

五、实验过程及结果：

1.(1)num=[1 3];den=[1 2 2 1];printsys(num,den)

(2) num=5*conv(conv([1 2],[1 2]),[1 6 7]);

den=conv( conv(conv([1 0],[1 1]),conv([1 1],[1 1])),[1 0 2 1]); Gs=tf(num,den)

2.k=10;z=[-5];p=[-0.5,-2,-3]; Gs=zpk(z,p,k)

10)

2(5)(++=

s s s H 3

21

52)(2

2++++=s s s s s G

3. num=[1 ,5,6];den=[1, 2,1, 0];[z,p,k]=tf2zp(num,den); Gs=zpk(z,p,k)

4.numg=[2,5,1];deng=[1,2,3]; numh=[5,10];denh=[1,10]; [num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh);printsys(num,den)

5.(1)用梅森公式求

G1=1/(S+1); =5/(s+2);phi=factor(((G1+1)* G2/(1+2*G1+G1*G2));

(2).用simulink结构图模型求传递函数

实验二典型环节动态特性

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、实验设备和仪器

1．计算机；2. MATLAB软件

三、实验原理

典型环节的概念对系统建模、分析和研究很有用，但应强调典型环节的数

学模型是对各种物理系统元、部件的机理和特性高度理想化以后的结果，重要的

是，在一定条件下，典型模型的确定能在一定程度上忠实地描述那些元、部件

物理过程的本质特征。

各典型环节的传递函数：①比例环节 G1(S)=1和G2(S)=2 惯性

环节 G1(S)=1/(S+1)和G2(S)=1/(0.5S+1) ③积分环节 G1(S)=(1/S)

和G2(S)=(1/（0.5S）④微分环节G1(S)=0.5S和G2(S)=2S ⑤比例微分环节 G1(S)=(2+S)和G2(S)=(1+2S) ⑥比例积分环节

（PI）G1(S)=(1+1/S)和G2（S）=2（1+1/2S）

四、实验过程

启动MATLAB7.0，进入Simulink后新建文档，分别在各文档绘制各典型

环节的结构框图。双击各传递函数模块，在出现的对话框内设置相应的参数。然

后点击工具栏的按钮或simulation菜单下的start命令进行仿真，双击示波

器模块观察仿真结果。

在仿真时设置各阶跃输入信号的幅度为1，开始时间为0（微分环节起始设

为0.5，以便于观察）传递函数的参数设置为框图的数中值，自己可以修改为其

他数值再仿真观察其响应结果。

实验也可用程序实现得到响应曲线。

1.比例环节G1(S)=1和G2(S)=2

num=[1];den=[1]; G=tf(num,den), step(G)

2.惯性环节G1(S)=1/(S+1)和G2(S)=1/(0.5S+1)

num=[1];den=[1,1]; G=tf(num,den), step(G)

3.积分环节G1(S)=1/S 和G2(S)=1/（0.5S ）

num=[1];den=[1,0]; G=tf(num,den), step(G)

4.微分环节G1(S)=0.5S 和G2(S)=S

Step

Scope

Gain

2

Transfer Fcn 1

1s+1

Transfer Fcn

10.5s+1Step

Scope

Transfer Fcn 1

1s

Transfer Fcn

10.5s Step

Scope

Step

Scope

Gain

0.5Derivative 1

du /dt Derivative

du /dt