自动控制原理课程设计MATLAB仿真
matlab仿真实训课程设计
matlab仿真实训课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解Matlab仿真的基本原理，掌握仿真模型的构建方法；2. 学会运用Matlab进行数据可视化，分析仿真结果，并提取有效信息；3. 掌握结合课本知识，运用Matlab解决实际问题的能力。
技能目标：1. 能够独立进行Matlab仿真实验，熟练操作Matlab软件；2. 学会编写简单的Matlab程序，实现对仿真模型的参数调整和优化；3. 能够运用Matlab工具箱进行数据分析和处理，提高问题解决效率。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对Matlab仿真的兴趣，激发学生探索科学问题的热情；2. 培养学生的团队协作意识，提高沟通与表达能力；3. 引导学生认识到仿真技术在工程领域的应用价值，树立正确的工程观念。
课程性质：本课程为选修课，旨在帮助学生掌握Matlab仿真的基本技能，提高解决实际问题的能力。
学生特点：学生具备一定的编程基础和数学知识，对Matlab软件有一定了解，但实际操作能力较弱。
教学要求：结合课本内容，注重实践操作，提高学生的动手能力，使学生在实践中掌握理论知识。
将目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. Matlab仿真基础- 介绍Matlab软件的安装与基本操作；- Matlab编程基础，包括数据类型、流程控制、函数编写等；- 理解仿真原理，掌握仿真模型构建的基本方法。
2. 数据可视化与分析- 学会使用Matlab进行数据可视化，如二维、三维图形绘制；- 掌握曲线拟合、插值、图像处理等数据分析方法；- 结合课本案例，进行实际操作练习。
3. 仿真实验与问题求解- 根据课本内容，选择合适的问题进行Matlab仿真实验；- 学会调整仿真模型参数，优化实验结果；- 分析实验数据，提取有效信息，解决实际问题。
4. 工具箱应用- 介绍Matlab常用工具箱，如信号处理、控制系统、神经网络等；- 学会运用工具箱进行数据分析和处理，提高问题解决效率；- 结合课本案例，进行实际应用练习。
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。
matlab课程设计自动控制原理
matlab课程设计自动控制原理一、教学目标本课程的目标是使学生掌握自动控制原理的基本概念和MATLAB在自动控制领域的应用。
通过本课程的学习，学生应能理解自动控制系统的组成、工作原理和设计方法，熟练运用MATLAB进行自动控制系统的分析和仿真。
知识目标：学生通过本课程的学习，应掌握自动控制基本理论、MATLAB基本操作和自动控制系统仿真方法。
技能目标：学生应能熟练使用MATLAB进行自动控制系统的建模、仿真和分析，具备一定的实际问题解决能力。
情感态度价值观目标：培养学生对自动控制技术的兴趣和热情，提高学生运用现代技术手段进行科学研究的能力，培养学生的创新精神和团队合作意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括自动控制原理的基本概念、MATLAB的基本操作和自动控制系统的仿真方法。
1.自动控制原理：包括自动控制系统的组成、数学模型、稳定性分析、控制器设计和校正方法等。
2.MATLAB基本操作：包括MATLAB的安装和启动、变量和数据类型、矩阵运算、编程和函数的使用等。
3.自动控制系统仿真：包括MATLAB仿真环境的设置、Simulink的介绍和应用、控制系统仿真的方法和步骤等。
三、教学方法本课程采用讲授法、案例分析法和实验法相结合的教学方法。
1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握自动控制原理的基本概念和MATLAB的基本操作。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生理解和掌握自动控制系统的建模和仿真方法。
3.实验法：通过上机实验，使学生熟练掌握MATLAB自动控制系统仿真工具的使用，提高学生的实际操作能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、多媒体资料和实验室设备。
1.教材：选用《自动控制原理》和《MATLAB基础教程》作为主要教材，为学生提供系统的理论知识和实践指导。
2.多媒体资料：制作课件、教学视频等，以图文并茂的形式展示自动控制原理和MATLAB的操作方法。
3.实验室设备：提供计算机和MATLAB软件，供学生进行自动控制系统的仿真实验。
matlab自动控制原理课程设计
matlab自动控制原理课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握MATLAB在自动控制原理中的应用，培养学生利用MATLAB进行自动控制系统分析和设计的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）理解自动控制系统的的基本概念、原理和特点；（2）熟悉MATLAB的基本操作和功能，掌握MATLAB在自动控制原理中的应用；（3）了解自动控制系统的常见分析和设计方法，并能运用MATLAB 进行实现。
2.技能目标：（1）能够运用MATLAB进行自动控制系统的建模、仿真和分析；（2）能够运用MATLAB进行自动控制系统的控制器设计和参数优化；（3）能够结合自动控制理论，对实际控制系统进行MATLAB仿真和调试。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对自动控制理论和实践的兴趣，提高学生学习的积极性；（2）培养学生勇于探索、严谨治学的科学态度；（3）培养学生团队协作、交流分享的良好习惯。
二、教学内容根据教学目标，本课程的教学内容主要包括以下三个方面：1.MATLAB基本操作和功能介绍：MATLAB的安装和配置、基本数据类型、运算符、矩阵操作、函数编写等。
2.自动控制原理：控制系统的基本概念、数学模型、稳定性分析、控制器设计、系统校正等。
3.MATLAB在自动控制原理中的应用：控制系统建模、仿真、分析方法，控制器设计及参数优化，实际控制系统调试等。
三、教学方法本课程采用多种教学方法相结合，以提高学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：用于讲解自动控制原理的基本概念、理论和方法。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生更好地理解自动控制原理及其在工程中的应用。
3.实验法：让学生动手实践，利用MATLAB进行控制系统建模、仿真和分析。
4.讨论法：学生进行分组讨论，促进学生间的交流与合作，培养学生的团队协作能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将采用以下教学资源：1.教材：《MATLAB自动控制原理与应用》。
自动控制原理实验讲义--MATLAB仿真
控制系统的模拟试验和MATLAB 仿真1 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使用软件。
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 ）的综合使用软件，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使用需求的用户使用。
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 的使用范围。
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MATLAB7的过程。
将MATLAB7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。
Matlab仿真实验-自动控制原理
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、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：图1-1 SIMULINK 仿真界面 图1-2 系统方框图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。
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。
matlab仿真课程设计报告
matlab仿真课程设计报告一、教学目标本课程的教学目标旨在通过MATLAB仿真技术的学习，使学生掌握MATLAB基本操作、仿真环境搭建、脚本编写及图形用户界面设计等技能，培养学生运用MATLAB解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：–理解MATLAB的系统结构及基本功能；–掌握MATLAB基本语法、数据类型、矩阵运算；–熟悉MATLAB仿真环境及相关工具箱；–了解MATLAB在工程领域的应用。
2.技能目标：–能够独立搭建简单的仿真环境；–能够运用MATLAB进行数据分析、算法实现；–具备编写MATLAB脚本及图形用户界面的能力；–能够运用MATLAB解决实际工程问题。
3.情感态度价值观目标：–培养学生的创新意识、团队协作精神及自主学习能力；–使学生认识到MATLAB在工程领域的重要性，提高学习兴趣；–培养学生运用所学知识解决实际问题的责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括MATLAB基础知识、MATLAB仿真环境及工具箱、脚本编写及图形用户界面设计等。
具体安排如下：1.MATLAB基础知识：–MATLAB概述及系统结构；–MATLAB基本语法、数据类型、矩阵运算。
2.MATLAB仿真环境及工具箱：–MATLAB仿真环境搭建；–MATLAB常用工具箱介绍，如控制系统、信号处理、图像处理等。
3.脚本编写及图形用户界面设计：–MATLAB脚本编写方法及技巧；–MATLAB图形用户界面设计原理及实例。
4.MATLAB在工程领域的应用：–利用MATLAB解决实际工程问题案例分析。
三、教学方法本课程采用讲授法、案例分析法、实验法等多种教学方法相结合，以激发学生的学习兴趣和主动性。
具体方法如下：1.讲授法：通过讲解MATLAB的基本概念、语法及应用，使学生掌握课程基本知识。
2.案例分析法：分析实际工程案例，让学生了解MATLAB在工程领域的应用，提高学生解决实际问题的能力。
3.实验法：安排适量实验，让学生动手操作，培养学生的实际操作能力和创新能力。
自动控制设计(自动控制原理课程设计)
自动控制原理课程设计本课程设计的目的着重于自动控制基本原理与设计方法的综合实际应用.主要内容包括：古典自动控制理论（PID ）设计、现代控制理论状态观测器的设计、自动控制MATLAB 仿真.通过本课程设计的实践,掌握自动控制理论工程设计的基本方法和工具。
1 内容某生产过程设备如图1所示，由液容为C1和C2的两个液箱组成，图中Q 为稳态液体流量)/(3s m ，i Q ∆为液箱A 输入水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ，1Q ∆为液箱A 到液箱B 流量对稳态值的微小变化)/(3s m ，2Q ∆为液箱B 输出水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ，1h 为液箱A 的液位稳态值)(m ，1h ∆为液箱A 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,2h 为液箱B 的液位稳态值)(m ,2h ∆为液箱B 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ，21,R R 分别为A ，B 两液槽的出水管液阻))//((3s m m .设u 为调节阀开度)(2m 。
已知液箱A 液位不可直接测量但可观，液箱B 液位可直接测量.要求图1 某生产过程示意图1. 建立上述系统的数学模型；2. 对模型特性进行分析，时域指标计算,绘出bode,乃示图，阶跃反应曲线3. 对B 容器的液位分别设计：P ，PI ，PD ，PID 控制器进行控制；4. 对原系统进行极点配置，将极点配置在－1＋j 和－1－j ；（极点可以不一样）5. 设计一观测器，对液箱A 的液位进行观测（此处可以不带极点配置）；6. 如果要实现液位h2的控制，可采用什么方法，怎么更加有效？试之。
用MATLAB 对上述设计分别进行仿真。
(提示：流量Q=液位h/液阻R,液箱的液容为液箱的横断面积，液阻R=液面差变化h ∆/流量变化Q ∆.）2 双容液位对象的数学模型的建立及MATLAB 仿真过程一、对系统数学建模如图一所示，被控参数2h ∆的动态方程可由下面几个关系式导出： 液箱A ：dt h d C Q Q i 111∆=∆-∆ 液箱B:dth d C Q Q 2221∆=∆-∆ 111/Q h R ∆∆= 222/Q h R ∆∆= u K Q u i ∆=∆消去中间变量，可得:u K h dt h d T T dt h d T T ∆=∆+∆++∆222122221)( 式中，21,C C ——两液槽的容量系数21,R R —-两液槽的出水端阻力 111C R T =——第一个容积的时间常数 222C R T =—-第二个容积的时间常数 2R K K u =_双容对象的放大系数其传递函数为：1)()()()(212212+++=∆∆=S T T S T T KS U S H S G二．对模型特性进行分析，绘出bode ，奈氏图,阶跃反应曲线 当输入为阶跃响应时的Matlab 仿真： 令T1=T2=6；K=1112361)()()(22++=∆∆=S S S U S H S G 2)16(1+=S单位阶跃响应的MATLAB 程序: num1=[1］；den1=［36 12 1]; G1=tf （num1，den1）； figure （1); step （G1);xlabel （'时间（sec ）’）；ylabel('输出响应’);title （’二阶系统单位阶跃响应’）; step(G1，100)； 运行结果如下：阶跃反应曲线：图1c(∞)=1; c （t p )=1; t p =45.5s ； t d =10s; t s =45.5s ； 最大超调量：δ(t p ）= ［c （t p )— c(∞）］/ c(∞)*100%=0%稳态误差分析： 开环传递函数112361)()()(22++=∆∆=S S S U S H S G ，稳态误差1=ss e ；用MATLAB 绘制的奈氏图如下图2所示，其程序如下： nyquist([1],conv(［6 1],［6 1］))图2在工程实践中,一般希望正相角裕度r为45o～60o,增益裕度Kg10≥dB,即Kg3≥。
《自动控制原理》Matlab求解控制系统数学模型实验
《自动控制原理》Matlab求解控制系统数学模型实验一、实验目的(1)熟练运用matlab软件，求解控制系统数学模型(2)掌握传递函数在matlab中的表达方法(3)掌握matlab求解拉氏变换和反变换(4)掌握matlab求系统极值点和零点判断系统稳定性二、实验仪器装配Matlab7.0的计算机三、实验原理传递函数在matlab中的表达方法控制系统的传递函数模型为：在MATLAB中，分子/分母多项式通过其系数行向量表示，即：num = [b0 b1 … bm]den = [a0 a1 … an]此时，系统的传递函数模型用tf函数生成，句法为：sys=tf(num, den)其中，sys为系统传递函数。
如：num = [1 5 0 2]; den = [2 3 15 8];则：sys=tf(num, den)输出为：Transfer function:传递函数的转换[num,den]=zp2tf(z,p,k)[z,p,k]=tf2zp(num,den)实际系统往往由多个环节通过串联、并联及反馈方式互连构成。
MATLAB提供的三个用于计算串联、并联及反馈连接形成的新系统模型的函数。
四、实验内容及步骤2、用MATLAB展求拉氏变换和反变换在MATLAB中，多项式通过系数行向量表示，系数按降序排列如要输入多项式：x4-12x3+25x+126>> p=[1 -12 0 25 126]-p = 1 -12 0 25 1263、连续系统稳定性分析的MATLAB函数roots函数：求多项式的根句法： r=roots(p)其中，r为由多项式根组成的列向量。
➢pole函数：计算系统的极点句法： p=pole(sys)其中，p为由极点组成的列向量zero函数：计算系统的零点句法： r=zero(sys) 或 [z, k]=zero(sys)其中，r为由多项式根组成的列向量。
k为零极点增益模型之增益pzmap函数：绘制零极点分布图句法： pzmap(sys) 或 [p,z] = pzmap(sys)五、实验原始数据记录与数据处理在MATLAB中，多项式通过系数行向量表示，系数按降序排列如要输入多项式：x4-12x3+25x+126>> p=[1 -12 0 25 126]-p = 1 -12 0 25 126六、实验结果与分析讨论七、结论掌握 MATLAB命令窗口的基本操作;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;掌握了使用各种函数命令建立控制系统数学模型.八、实验心得体会（可略）通过该试验我们熟悉 MATLAB 实验环境，掌握 MATLAB命令窗口的基本操作;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;掌握了使用各种函数命令建立控制系统数学模型:完成实验的范例题和自我实践，并记录结果;编写M文件程序，完成简单连接的模型等效传递函数，并求出相应的零极点。
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:
《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。
《自动控制原理》实验报告-MATLAB分析与设计仿真
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22 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（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100=K时，试采a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。
[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。
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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
19
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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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。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连 matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
三、控制系统仿真时常用的方法和指令1、控制系统仿真时常用的方法a、数学仿真也称计算机仿真，就是在计算机上实现描写系统物理过程的数学模型，并在这个模型上对系统进行定量的研究和实验。
这种仿真方法常用于系统的方案设计阶段和某些不适合做实物仿真的场合（包括某些故障模式）。
它的特点是重复性好、精度高、灵活性大、使用方便、成本较低、可以是实时的、也可以是非实时的。
数学仿真的逼真度和精度取决于仿真计算机的精度和数学模型的正确性与精确性。
数学仿真可采用模拟计算机、数字计算机和数字-模拟混合计算机。
b、半物理仿真即采用部分物理模型和部分数学模型的仿真。
其中物理模型采用控制系统中的实物，系统本身的动态过程则采用数学模型。
半物理仿真系统通常由满足实时性要求的仿真计算机、运动模拟器（一般采用三轴机械转台）、目标模拟器、控制台和部分实物组成。
c、全物理仿真即全部采用物理模型的仿真，又称实物模拟。
全物理仿真技术复杂，一般只在必要时才采用。
2、控制系统仿真时常用的指令1)、Bode图①、绘制Bode图bode函数绘制控制系统幅频和相频图[调用格式] bode(sys) bode(sys, w) bode(sys1,sys2..sysn)bode(sys1,sys2..sysn,w) bode(sys1,’plotstyle1’,sys2,’plotstyle2’,..sysn,’p lotstylen’,)[mag, phase, w]=bode(sys)w—频率区间矢量，控制频率起止范围[mag, phase, w]—输出幅值矢量输出相角输出频率区间绘制系统幅频图[调用格式] bodemag(sys) bodemag(sys,w) bodemag(sys1,sys2..sysn) bodemag(sys1,sys2..sysn,w) bode mag(sys1,’plotsty le1’,sys2,’plotstyle2’,..sysn,’plotstylen’,)②、系统的增益裕度和相角裕度增益裕度定义：正好使系统频率响应穿过临界点的增益与实际系统增益的比值。
相角裕度：为了使系统的频率响应通过临界点必须引入的纯相位滞后量。
[调用格式] [gm pm wcg wcp]=margin(sys)[gm pm wcg wcp ]=margin(mag, phase, w)Gm—系统增益裕度 pm—系统相角裕度wcg wcp---表示交叉频率2）、Nichols图对数幅相特性图(Nichols图)是描述系统频率特性的图示方法。
该图纵坐标表示频率特性的对数幅值，以分贝为单位；横坐标表示频率特性的相位角。
[调用格式] nichols(sys) nichols(sys, w) nichols(sys1,sys2..sysn)nichols(sys1,sys2..sysn,w) nichols(sys1,’plotstyle1’,sys2,’plotstyle2’,..sys n,’plotstylen’,)[mag, phase, w]=nichols(sys)[mag, phase]=nichols(sys, w)3）、Nyquist图系统频率特性的极坐标图——Nyquist图[调用格式] nyquist(sys) nyquist(sys, w) nyquist(sys1,sys2..sysn)nyquist(sys1,sys2..sysn,w) nyquist(sys1,’plotstyle1’,sys2,’plotstyle2’,..sy s n,’plotstylen’,)[mag, phase, w]=nyquist(sys)[mag, phase]=nyquist(sys, w)4）、一般频率响应图[调用格式] h=freqs(num , den, w)[h ,w]=freqs(num, den)[h ,w]=freqs(num ,den, f) freqs(num ,den)Num—传递函数分子矢量 den—传递函数分母矢量W—频率区间矢量5）、频率响应的奇异值图[调用格式] sigma(sys) sigma(sys, w) sigma(sys ,w, type)sigma(sys1,sys2..sysn) sigma(sys1,sys2..sysn,w)sigma(sys1,sys2..sysn,w, type)sigma(sys1,’plotstyle1’,sys2,’plotstyle2’,..sysn,’plotstylen’,) [sv, w]=sigma(sys) sv=sigma(sys, w)Type—绘制奇异值图的类型Type=1 控制系统的频率响应H的奇异值图Type=2 控制系统的频率响应I+H的奇异值图Type=3 控制系统的频率响应I+H-1的奇异值图Sv—频率的奇异值 plotstyle—绘制奇异值曲线的特性6）、绘制根轨迹①、求系统的零点、极点、增益[调用格式] p=pole(sys) 计算控制系统的极点Z=zero(sys) 计算控制系统的零点[z, gain]=zero(sys) 计算控制系统的零点、增益②、绘制系统极点、零点图[调用格式] pzmap(sys) pzmap(sys1,sys2,…sysn)[p z]=pzmap(sys)③、绘制根轨迹图[调用格式] rlocus(sys) rlocus(sys ,k)Rlocus(sys1,sys2,…)[r k]=rlocus(sys) r=rlocus(sys,k)k—表示增益 r—系统的极点四、实验内容1.用matlab语言编制程序，实现以下系统：【实验原理】：线性系统的传递函数模型可一般地表示为：m n a s a s a s b s b s b s b s G nn n n m m m m ≥++⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅++=--+- )(1111121 将系统的分子和分母多项式的系数按降幂的方式以向量的形式输入给两个变量num 和den ，就可以轻易地将传递函数模型输入到MATLAB 环境中。
命令格式为：],,,,[121+⋅⋅⋅=m m b b b b num ;],,,,,1[121n n a a a a den -⋅⋅⋅=;在MATLAB 控制系统工具箱中，定义了tf() 函数，它可由传递函数分子分母给出的变量构造出单个的传递函数对象。
从而使得系统模型的输入和处理更加方便。
该函数的调用格式为：G ＝tf(num ，den);将系统增益、零点和极点以向量的形式输入给三个变量KGain 、Z 和P ，就可以将系统的零极点模型输入到MATLAB 工作空间中，命令格式为：;K KGain =；；；；][21m z z z Z -⋅⋅⋅--=；；；；][21n p p p P -⋅⋅⋅--= 在MATLAB 控制工具箱中，定义了zpk()函数，由它可通过以上三个MATLAB 变量构造出零极点对象，用于简单地表述零极点模型。
该函数的调用格式为：G=zpk(Z,P,KGain)1）226418245)(23423++++++=s s s s s s s G 【程序】>> num=[5,24,0,18];den=[1,4,6,2,2];sys=tf(num,den)Transfer function:5 s^3 + 24 s^2 + 18-----------------------------------s^4 + 4 s^3 + 6 s^2 + 2 s + 22）)523()1()66)(2(4)(23322+++++++=s s s s s s s s s G 【程序】>> A=[1,6,6];roots(A) 注释：求解662++s s 的根ans =-4.7321-1.2679>> B=[1,3,2,5];roots(B) 注释：求解52323+++s s s 的根ans =-2.9042-0.0479 + 1.3112i-0.0479 - 1.3112i>>z=[-2,-4.7321,-4.7321,-1.2679,-1.2679];p=[0,-1,-1,-1,-2.9042,-0.0479+ 1.3112i,-0.0479 - 1.3112i];k=[4];sys=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:4 (s+2) (s+1.268)^2 (s+4.732)^2-----------------------------------------------s (s+1)^3 (s+2.904) (s^2 + 0.0958s + 1.722)2.两环节G1、G2串联，求等效的整体传递函数G(s)【实验原理】：若假定两环节均为单输入单输出的系统SA 和SB 。