自动控制仿真
自动化控制系统的建模与仿真论文素材
自动化控制系统的建模与仿真论文素材自动化控制系统的建模与仿真自动化控制系统建模与仿真是现代控制工程中非常重要的领域。
通过建立数学模型和使用计算机仿真技术，可以更好地理解和优化控制系统的性能。
本文将就自动化控制系统的建模方法、仿真技术以及在不同领域中的应用等方面进行论述。
一、建模方法在自动化控制系统中，建模是指将实际系统抽象为一种数学模型。
建模方法可以分为两种主要类型：物理建模和黑盒建模。
1. 物理建模物理建模是通过分析系统的物理特性和相互关系，基于物理定律和原理，构建系统的数学模型。
常用的物理建模方法包括：微分方程模型、状态空间模型和传递函数模型等。
2. 黑盒建模黑盒建模是根据实际系统的输入和输出数据，通过统计分析和数据挖掘等方法构建系统的数学模型。
常用的黑盒建模方法包括：神经网络模型、模糊逻辑模型和遗传算法模型等。
二、仿真技术仿真是指利用计算机模拟实际系统的行为和性能，以验证控制算法的有效性和系统的稳定性。
在自动化控制系统中，常用的仿真技术有离散事件仿真和连续仿真。
1. 离散事件仿真离散事件仿真是基于事件驱动的仿真方法，通过模拟系统中离散事件的变化，来推进仿真时钟。
离散事件仿真常用于对具有非线性和时变属性的系统进行建模和仿真。
2. 连续仿真连续仿真是基于时钟驱动的仿真方法，通过不断更新系统的状态和控制输入，来模拟系统的连续变化。
连续仿真常用于对具有线性和时不变属性的系统进行建模和仿真。
三、应用领域自动化控制系统的建模与仿真在各个领域都有广泛的应用。
1. 工业控制在工业生产中，自动化控制系统的建模与仿真可以帮助优化生产过程，提高生产效率和质量。
通过建立模型和仿真验证，可以选择合适的控制策略，降低能耗和生产成本。
2. 智能交通在智能交通系统中，自动化控制系统的建模与仿真可以模拟交通流量、信号控制和车辆调度等系统的行为。
通过仿真分析，可以优化交通流量，减少交通拥堵和事故发生率。
3. 机器人技术在机器人技术领域，自动化控制系统的建模与仿真可以帮助设计和优化机器人的动作规划和控制算法。
自控仿真实验报告
一、实验目的1. 熟悉MATLAB/Simulink仿真软件的基本操作。
2. 学习控制系统模型的建立与仿真方法。
3. 通过仿真分析，验证理论知识，加深对自动控制原理的理解。
4. 掌握控制系统性能指标的计算方法。
二、实验内容本次实验主要分为两个部分：线性连续控制系统仿真和非线性环节控制系统仿真。
1. 线性连续控制系统仿真（1）系统模型建立根据题目要求，我们建立了两个线性连续控制系统的模型。
第一个系统为典型的二阶系统，其开环传递函数为：\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)} \]第二个系统为具有迟滞环节的系统，其开环传递函数为：\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)(s+3)} \]（2）仿真与分析（a）阶跃响应仿真我们对两个系统分别进行了阶跃响应仿真，并记录了仿真结果。
（b）频率响应仿真我们对两个系统分别进行了频率响应仿真，并记录了仿真结果。
（3）性能指标计算根据仿真结果，我们计算了两个系统的性能指标，包括上升时间、超调量、调节时间等。
2. 非线性环节控制系统仿真（1）系统模型建立根据题目要求，我们建立了一个具有饱和死区特性的非线性环节控制系统模型。
其传递函数为：\[ W_k(s) = \begin{cases}1 & |s| < 1 \\0 & |s| \geq 1\end{cases} \]（2）仿真与分析（a）阶跃响应仿真我们对非线性环节控制系统进行了阶跃响应仿真，并记录了仿真结果。
（b）相轨迹曲线绘制根据仿真结果，我们绘制了四条相轨迹曲线，以分析非线性环节对系统性能的影响。
三、实验结果与分析1. 线性连续控制系统仿真（a）阶跃响应仿真结果表明，两个系统的性能指标均满足设计要求。
（b）频率响应仿真结果表明，两个系统的幅频特性和相频特性均符合预期。
2. 非线性环节控制系统仿真（a）阶跃响应仿真结果表明，非线性环节对系统的性能产生了一定的影响，导致系统响应时间延长。
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。
《自动控制系统计算机仿真》习题参考答案
《自动控制系统计算机仿真》习题参考答案1-1 什么是仿真？ 它的主要优点是什么？它所遵循的基本原则是什么？答：所谓仿真，就是使用其它相似的系统来模仿真实的需要研究的系统。
计算机仿真是指以数字计算机为主要工具，编写并且运行反映真实系统运行状况的程序。
对计算机输出的信息进行分析和研究，从而对实际系统运行状态和演化规律进行综合评估与预测。
它是非常重要的设计自动控制系统或者评价系统性能和功能的一种技术手段。
仿真的主要优点是：方便快捷、成本低廉、工作效率和计算精度都很高。
它所遵循的基本原则是相似性原理。
1-2 你认为计算机仿真的发展方向是什么？答：向模型更加准确的方向发展，向虚拟现实技术，以及高技术智能化、一体化方向发展。
向更加广阔的时空发展。
1-3 计算机数字仿真包括哪些要素？它们的关系如何？答：计算机仿真的三要素是：系统——研究的对象、模型——系统的抽象、计算机——仿真的工具和手段。
它们的关系是相互依存。
2-1 控制算法的步长应该如何选择？答：控制算法步长的选择应该恰当。
如果步长太小，就会增加迭代次数，增加计算量；如果步长太大，计算误差将显著增加，甚至造成计算结果失真。
2-2 通常控制系统的建模有哪几种方法？答：1）机理建模法；2）实验建模法；3）综合建模法。
2-3 用欧拉法求以下系统的输出响应()y t 在0≤t ≤1上，0.1h =时的数值解。
0yy += ， (0)0.8y = 解：输入以下语句 绘制的曲线图2-4 用二阶龙格-库塔法对2-3题求数值解，并且比较两种方法的结果。
解：输入以下语句绘制的曲线图经过比较两种方法的结果，发现它们几乎没有什么差别。
3-1 编写两个m文件，分别使用for和while循环语句计算20031kk=∑。
解：第1个m文件，第2个m文件运行结果都是3-2 求解以下线性代数方程：123102211313121xxx⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦解：输入语句计算结果3-3 已知矩阵013=121542⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦A，218=414332⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦B试分别求出A阵和B阵的秩、转置、行列式、逆矩阵以及特征值。
基于matlab的自动控制系统的仿真设计
基于matlab的自动控制系统的仿真设计自动控制系统是现代工业、交通、军事等领域中不可或缺的一部分，它可以通过各种传感器和执行器来实现对系统的控制，从而使得系统能够自动地运行，并且在遇到各种干扰和扰动时能够自动地进行调节和控制。
为了更好地研究和设计自动控制系统，我们需要借助于各种软件和工具来进行仿真和设计，其中MATLAB是最为常用的一种工具。
本文将介绍基于MATLAB的自动控制系统的仿真设计。
一、MATLAB的基本介绍MATLAB是一种数学软件，它可以用来进行各种数学计算、数据分析和可视化等操作。
同时，MATLAB还可以用来进行各种工程和科学领域的模拟和仿真，包括自动控制系统的仿真设计。
MATLAB的优点在于它具有较好的可扩展性和灵活性，可以通过各种工具箱和插件来扩展其功能。
二、自动控制系统的基本概念自动控制系统是由各种传感器、执行器和控制器组成的一个系统，它的主要目的是对系统进行控制和调节，使其能够达到所需的状态。
自动控制系统一般可以分为开环控制和闭环控制两种类型。
开环控制是指控制系统中没有反馈回路的一种控制方式，它主要通过输入信号来控制输出信号。
闭环控制是指控制系统中有反馈回路的一种控制方式，它主要通过反馈信号来控制输出信号。
闭环控制相比于开环控制具有更好的稳定性和鲁棒性。
三、自动控制系统的仿真设计自动控制系统的仿真设计是指通过计算机模拟和仿真来对自动控制系统进行设计和优化。
MATLAB是一种常用的自动控制系统仿真工具，它可以通过各种工具箱和插件来进行自动控制系统的仿真和设计。
下面我们将以一个简单的控制系统为例来介绍自动控制系统的仿真设计。
1.控制系统的建模在进行自动控制系统的仿真设计前，我们需要先对控制系统进行建模。
控制系统的建模一般可以分为两种方式，一种是基于物理模型的建模，另一种是基于数学模型的建模。
在本例中，我们将采用基于数学模型的建模方式。
假设我们要设计一个简单的温度控制系统，它的控制目标是使得系统的温度保持在一个稳定的水平。
自动控制原理的仿真实验
功能 光标上移一行 删除光标前一个字符 光标下移一行 删除光标后一个字符 光标左移一个字符 光标移到行尾 光标右移一个字符 删除一行 光标右移一个单词 光标移到行首 光标左移一个单词 从光标处删除到行尾
自动控制原理实验教程
MATLAB的帮助系统 （1）使用联机帮助窗口 （2）使用帮助命令help，查找已知命令的使用方法 。 （3）使用lookfor命令，通过一般关键词找到命令和帮助标 题。 （4）演示帮助 在命令窗口执行demos命令
（4）学会使用Simulink模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。
2014-6-25
自动控制原理实验教程
二、控制系统模型的建立
控制系统常用的数学模型有四种：传递函数模型（tf对 象）、零极点增益模型（zpk对象）、结构框图模型和状 态空间模型（ss对象）。经典控制理论中数学模型一般 使用前三种模型，状态空间模型属于现代控制理论范畴。 1、传递函数模型（也称为多项式模型） 连续系统的传递函数模型为：
K为系统增益，
z1，z2，…，zm为系统零点，
p1，p2，…，pn为系统极点。
在MATLAB中，用向量z，p，k构成矢量组 [ z, p, k ] 表示系 统。即z = [ z1, z2 ,…,zm ] ，p = [ p1, p2,…, pn ] ，k = [ k ]
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 )
b0 s m b1 s m1 ... bm num(s) G( s ) , n n 1 den(s) a0 s a1 s ... an nm
在MATLAB中用分子、分母多项式系数按s的降幂次序 构成两个向量： num = [ b0 , b1 ,…, bm ] ，den = [ a0 , a1 ,…, an]。
multisim在自动控制系统仿真实验中的应用
multisim在自动控制系统仿真实验中的应用自动控制系统是一个用来控制复杂机械系统的重要技术。
它包括反馈控制系统以及识别和控制的机器人控制，它能控制重复性的任务，允许机器以更少的人工干预来完成相同的任务。
为了验证自动控制系统的可靠性，使用仿真技术的有效性以及自动控制系统的有效性，仿真实验是必不可少的。
Multisim一款集成了多种电路仿真算法的数字电路分析软件，该软件具有功能强大，操作简单，结果准确和实时响应等特点。
同时，Multisim也是最常用的，用于模拟自动控制系统及其仿真实验的软件之一。
Multisim件可以用于自动控制系统的仿真实验，主要用于测试控制系统性能。
首先，通过Multisim软件设计出自动控制系统的原理图，仿真软件可以自动为每个元器件给出选择，并进行参数化。
然后，在自动控制系统的原理图中引入输入参数，系统可以根据输入的参数选择合适的模型模拟，确定系统的性能。
此外，Multisim可以设计更复杂的自动控制系统，如模型驱动、系统模拟、系统控制等，可以准确地模拟自动控制系统的各种参数和性能。
此外，Multisim还可以用于自动控制系统的运行诊断。
可以根据仿真结果来检测自动控制系统的潜在缺陷，从而提高系统的可靠性和可操作性。
例如，当系统发生紊乱时，可以使用Multisim来查找原因，从而找出系统中的隐藏问题。
此外，Multisim还可以用于对自动控制系统进行性能评估，以确定系统是否能够满足需求。
虽然Multisim具有众多优点，但也存在一些缺点。
由于Multisim 仿真实验耗时长，需要大量的运算，实时性差，会影响实验的精确性，这是其最大的缺点。
此外，Multisim的结果可能受到算法设置的影响，因此需要有足够的知识和能力来使用和调节Multisim，以便设计出准确的电路系统模型。
综上所述，Multisim是一款功能强大、操作简单而且结果准确的数字电路仿真软件，它可以用于自动控制系统的仿真实验，主要用于测试控制系统性能，也可以用于运行诊断和性能评估。
自动控制系统的建模与仿真
自动控制系统的建模与仿真自动控制系统的建模和仿真是实现控制系统设计、分析、调试和优化的一种重要方法。
本文将从控制系统建模的概念入手，介绍控制系统建模的基本方法，并通过实例介绍控制系统的仿真过程。
一、控制系统建模的基本概念1. 控制系统建模的概念控制系统建模是指将控制系统抽象为数学模型的过程，其目的是方便对控制系统进行设计、分析和优化。
2. 控制系统的分类根据输入输出信号的性质，控制系统可分为模拟控制系统和数字控制系统。
模拟控制系统是指输入输出信号为模拟信号的控制系统，数字控制系统是指输入输出信号为数字信号的控制系统。
3. 控制系统的基本结构控制系统由控制器、执行器和被控对象三部分组成。
控制器负责对被控对象进行信号处理和决策，输出控制信号；执行器接收控制信号，通过转换为相应的动力或能量信号控制被控对象的运动；被控对象是控制系统的实际操作对象，其状态受执行器控制信号影响而改变。
4. 控制系统的数学模型控制系统的数学模型是描述其输入输出关系的数学方程或模型，可将其简化为传递函数的形式。
控制系统的数学模型有两种主要表达方式，一种是状态空间表达式，一种是等效传递函数式。
二、控制系统建模的基本方法1. 确定控制系统类型和目标在建模之前，需要对控制系统的类型和目标进行确定，包括控制系统的输入和输出信号的特征、被控对象的特性等。
2. 建立被控对象的数学模型被控对象的数学模型包括其动态特性和静态特性。
动态特性即描述被控对象内部变化规律的数学模型，静态特性即描述被控对象输入输出关系的数学模型。
3. 建立控制器的数学模型控制器的数学模型要根据被控对象的数学模型和控制系统的控制目标进行设计。
4. 建立控制系统的数学模型将被控对象的数学模型和控制器的数学模型相结合，得到控制系统的数学模型，可推导得到控制系统的传递函数。
5. 对控制系统进行仿真通过仿真软件对控制系统进行仿真，可以实现在不同工作条件下模拟出控制系统的工作状态和性能，以验证控制系统的可行性。
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。
自动控制原理的仿真实验教学设计
自动控制原理的仿真实验教学设计自动控制原理是现代工程技术中的重要学科之一，其应用广泛，涉及到许多领域，如工业控制、机械控制、电力系统控制等。
为了使学生更好地掌握自动控制原理，教学应该注重实践和应用，而仿真实验是一种非常有效的教学手段。
本文将介绍一种基于仿真实验的自动控制原理教学设计。
一、教学目标本教学设计的目标是让学生掌握以下内容：1.自动控制原理的基本概念和理论知识。
2.使用Simulink进行仿真实验，掌握仿真实验的基本操作和方法。
3.设计和实现常见控制系统的仿真实验，如比例控制、积分控制、微分控制等。
4.理解控制系统的动态特性，如稳态误差、超调量、调节时间等。
二、教学内容1.自动控制原理的基本概念和理论知识自动控制原理是研究自动控制系统的基本原理和方法的学科。
它主要研究控制系统的结构、动态特性和控制方法等方面的问题。
自动控制系统是由传感器、执行器、控制器和处理器等组成的，它可以自动地调节系统的输出，使其达到预定的目标。
2.使用Simulink进行仿真实验Simulink是MATLAB的一个工具箱，它可以用来建立和仿真动态系统。
在本教学设计中，我们将使用Simulink进行仿真实验。
学生需要掌握Simulink的基本操作和方法，包括建立模型、设置参数、运行仿真等。
3.设计和实现常见控制系统的仿真实验在本教学设计中，我们将设计和实现常见的控制系统仿真实验，如比例控制、积分控制、微分控制等。
学生需要了解这些控制方法的基本原理和实现方法，以及它们对控制系统的影响。
4.理解控制系统的动态特性控制系统的动态特性是指控制系统在响应外部信号时的特性。
它包括稳态误差、超调量、调节时间等。
学生需要理解这些动态特性的概念和意义，以及如何通过调整控制器的参数来改善控制系统的动态特性。
三、教学方法本教学设计采用“理论教学+仿真实验”的教学方法。
在理论教学中，教师将介绍自动控制原理的基本概念和理论知识，以及控制系统的动态特性。
基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计
基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计自动控制系统是一种可以自动调节和控制系统运行的系统。
对于自动控制系统的设计和优化，仿真是一种非常重要的方法。
基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计可以帮助学生深入理解自动控制系统的原理和应用，并进行实际应用的实验和研究。
在毕业设计中，学生可以选择一个具体的自动控制系统，例如温度控制系统、位置控制系统、速度控制系统等。
然后，根据该系统的特点和要求，使用MATLAB软件进行仿真分析。
首先，学生可以利用MATLAB编写控制系统的数学模型。
通过了解和运用控制系统的原理和方法，学生可以将系统的输入信号、输出信号和控制信号之间的关系建立数学模型。
通过数学模型，可以进行系统的仿真分析和优化设计。
接下来，学生可以使用MATLAB的控制系统工具箱进行系统的仿真和分析。
控制系统工具箱提供了各种控制系统设计和分析的函数，如传递函数的建模、闭环系统的建模、系统的稳定性分析、频域分析等。
学生可以利用这些函数进行系统的仿真和分析，了解系统在不同输入和参数条件下的响应和性能。
在仿真过程中，学生可以尝试不同的控制算法和参数，观察系统响应的改变和性能的优劣。
例如，学生可以尝试不同的比例积分微分（PID）控制算法和参数，比较系统的稳定性、超调量和响应速度等指标。
通过不断的尝试和优化，学生可以得到系统的最佳控制算法和参数设定。
此外，学生还可以利用MATLAB的仿真工具进行系统的可视化展示。
通过绘制系统的输入信号、输出信号和控制信号的图形，学生可以直观地观察和分析系统的动态响应。
这样的可视化展示可以帮助学生更好地理解和分析系统的特性和性能。
最后，学生应该进行仿真结果的分析和评估。
通过对仿真结果的分析和评估，学生可以判断系统的性能是否满足设计要求，并提出改进的建议和方案。
总而言之，基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计可以帮助学生深入理解自动控制系统的原理和应用，并进行实际应用的实验和研究。
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。
自动控制系统的建模与仿真
自动控制系统的建模与仿真自动控制系统是指通过传感器获得系统的各种信息，再通过计算机等设备实现对系统控制的一种系统。
建模与仿真是在设计自动控制系统时必不可少的环节，它能够帮助工程师们更好地理解和分析系统的运行规律，优化系统的控制算法，提高系统的性能。
一、建模方法自动控制系统的建模方法可以分为物理建模和数学建模两种。
1. 物理建模物理建模是将实际系统转化为物理模型，通过物理量之间的关系来描述系统的动态特性。
常见的物理建模方法有等效电路法、质量-弹簧-阻尼法等。
以温度控制系统为例，可以用热平衡方程来描述物理建模过程。
2. 数学建模数学建模是将系统抽象为数学模型，通过数学公式和方程来描述系统的动态行为。
数学建模通常使用微分方程、差分方程或状态方程等来描述系统的变化。
以飞机自动驾驶系统为例，可以通过线性化和非线性化的方法来建立数学模型。
二、仿真技术仿真技术通过计算机模拟实际系统的运行过程，以便更好地理解和分析系统的动态行为，优化控制算法。
1. 连续系统仿真对于连续系统，可以使用模拟仿真方法，将系统的数学模型转化为连续的微分方程，并通过数值求解方法来模拟系统的动态行为。
2. 离散系统仿真对于离散系统，可以使用数字仿真方法，将系统的数学模型转化为离散的差分方程，并通过迭代运算来模拟系统的动态行为。
三、常用仿真工具在自动控制系统的建模与仿真过程中，有许多常用的仿真工具可以帮助工程师们更加高效地开展工作。
1. MATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink是一种功能强大的仿真工具，它提供了丰富的功能库和界面，方便了系统建模与仿真的过程。
工程师们可以通过编写脚本或者使用图形化界面进行系统建模与仿真。
2. LabVIEWLabVIEW是一种图形化编程工具，可以实现各种自动控制系统的建模与仿真。
它具有友好的用户界面和广泛的应用领域，适用于多种自动控制系统的建模与仿真。
3. Simulink Control DesignSimulink Control Design是MATLAB/Simulink中的一个工具包，专门用于自动控制系统的设计与仿真。
自动控制系统计算机仿真课程设计
自动控制系统计算机仿真课程设计一、设计背景自动控制系统是现代控制理论在工程实践中应用的一个重要领域，在诸如工业控制、航空航天、军事装备等领域都有广泛应用。
为了方便学生深入理解自动控制系统的原理和应用，让学生熟悉自动控制系统的建模、仿真和控制方法，本设计课程采用计算机仿真的方法进行教学。
二、设计目标1.让学生掌握自动控制系统的基本原理和应用，了解自动控制系统的各部分组成和功能。
2.培养学生独立进行系统建模和仿真的能力，掌握MATLAB等软件实现自动控制系统仿真的方法。
3.让学生通过实践掌握控制算法的设计和实现，提高学生的分析和解决问题的能力。
三、设计内容本课程设计分为以下四个部分：1. 自动控制系统建模本部分将在讲解自动控制系统的概念、原则和应用基础上，引导学生进行系统建模。
我们将以一个缸内压力的控制系统为例，进行建模和仿真的讲解。
学生需要完成系统建模、系统参数假设、控制策略设计等步骤。
在此基础上，我们将使用Simulink等软件进行系统的仿真，并分析仿真结果。
2. 控制系统性能分析本部分将以均方根误差和最大偏差两个指标为例，引导学生进行控制系统性能分析。
学生需要了解这两个指标的含义及其适用范围，进行仿真实验并分析实验结果。
3. 控制算法设计本部分将在讲解PID控制算法、自适应控制算法、模糊控制算法等基础上，引导学生进行控制算法的设计。
学生需要选择合适的控制算法进行仿真实验，并进行实验数据分析。
4. 系统鲁棒性分析本部分将以干扰抑制能力和控制鲁棒性为例，引导学生进行系统鲁棒性分析。
学生需要了解干扰产生的原因和控制方法，并进行仿真实验和数据分析。
四、设计要求1.学生需要具备基本的线性代数、微积分和控制理论基础，掌握MATLAB等软件的使用方法。
2.学生需要自主选定一个自动控制系统进行仿真实验，并在课程中完成建模、控制算法设计、实验仿真和数据分析等步骤。
3.学生需按时提交课程设计报告和仿真代码，课程设计报告中需包含设计题目、背景和目的、仿真实验步骤和数据分析结果等内容。
自动控制仿真实验系统设计与实践
１ 自动 控 制 系统 仿 真简 述
一
个 自动 控制 系统 从 宏观 上 讲 ， 应 由控 制 系 统 和
将 自动 控 制 仿 真 实验 系统 分 为 ３ 种不同的形式 ， 进 而 进 行 不 同侧 重 点 的实 验 训 练 。实 践 表 明 ， ３种 不 同 形 式
的 自动 控 制 仿 真 实 验 系统 具 备 互 补 性 和 侧 重 训 练 的 有 效 性 。
关键词 ： 仿真实验 ； 实验教学 ； 计 算 机 控 制 系 统 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９ ； Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文献标志码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ２ — ４ ９ ５ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — 学生 的创造性 思维 、 解决 问题和 独 立工作 能力 。
程， 其 理论涉 及面 广 ， 与实 践联 系 紧密 。在计 算机 控制
系统 等课程 中 ， 由于拖 动 控制 和 过 程 控制 的受 控对 象
复杂 且种类 繁多等 ， 开 发 的实 验装 置 成 本高 、 周期 长 ，
（ Ｔｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ Ａｆ ｆ ａ ｉ ｒ ｓ Ｏｆ ｆ ｉ ｃ ｅ ，Ｎｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ ０ ０ ４，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈｅ ｃ ｏｍ ｐｕ ｔ ｅ ｒ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｓ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏｒ ｔ ａ ｎｔ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈｅ ｅ ｘｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｌ ｔ ｅ ａ ｃ ｈｉ ｎｇ ｏ ｆ ｃ ｏｍ ｐｕ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏｌ
基于MATLAB_GUI的自动控制原理仿真实验平台设计
D O I :10.3969/j.i s s n .1001-5337.2024.2.125 收稿日期:2022-11-27基金项目:国家自然科学基金(51705286);山东省研究生教育教学改革研究(S D Y J G 21031);曲阜师范大学校级教改实验项目(S J G 202220).通信作者:陈梅,女,1975-,硕士,讲师;研究方向:控制系统仿真,图像处理;E -m a i l :c h e n m e i w j@126.c o m.基于M A T L A B G U I 的自动控制原理仿真实验平台设计陈 梅, 费玉环(曲阜师范大学工学院,276826,山东省日照市) 摘要:为满足自动控制原理课程线上线下混合式教学的需要,通过MA T L A B G U I 编程设计了自动控制原理实验仿真平台.该仿真平台包括了6个基础实验和4个综合实验,从时域㊁频域㊁根轨迹及状态空间对系统进行分析,并对系统进行了P I D 整定㊁根轨迹及频域法校正,可获得系统的时域㊁频域及根轨迹性能参数及图形.控制系统参数的自动获取及直观的图形显示,使学生更好理解控制系统的原理,有助于提高学生的控制系统设计及应用能力.关键词:MA T A L B G U I;自动控制原理;仿真实验平台;性能参数中图分类号:T P 391.9 文献标识码:A 文章编号:1001-5337(2024)02-0125-040 引 言自动控制原理 是自动化专业的核心课程,自动控制原理包括对控制系统的时域㊁频域㊁根轨迹分析及设计.随着软件开发在教学中的使用,自动控制原理相关仿真系统开发软件越来越多,比如控制系统的二阶R L C 振荡电路的仿真系统[1,2],P I D 控制系统仿真[3,4],系统稳定性分析的仿真软件[5].由于MA T L A B 具有强大的数据处理及图形可视化功能,其在课程仿真中的应用越来越多.为满足自动控制原理课程线上线下混合式教学的需要,通过MA T L A B G U I 编程实现了仿真实验演示平台.该实验平台包含了10个仿真实验,其直观的图形显示,以及便捷的数据处理,可使学生更好理解自动控制原理的内容.1 实验平台设计思路根据自动控制原理实验的内容[6],该实验仿真平台设计了10个实验项目,其中包括6个基本实验:控制系统典型环节的表示及分析㊁控制系统的时域分析㊁频域分析㊁根轨迹分析㊁P I D 控制分析及线性系统的状态空间分析,4个综合实验:控制系统的P I D 参数整定㊁频域法校正㊁根轨迹法校正及倒立摆系统的分析与设计.仿真平台的功能框图如图1所示.图1 仿真实验平台功能框图第50卷 第2期2024年4月 曲阜师范大学学报J o u r n a l o f Q u f u N o r m a l U n i v e r s i t yV o l .50 N o .2A p r .2024(1)控制系统典型环节表示与分析.典型环节主要包括比例环节㊁积分环节㊁一阶惯性环节㊁实际微分环节㊁二阶振荡环节及延迟环节6种.该实验实现了典型控制系统的数学模型表示,并绘制了各系统的单位阶跃响应曲线,同时对系统性能进行了分析.(2)控制系统的时域分析.该实验让学生了解不同输入信号下的系统响应曲线,并掌握单位阶跃响应的动态性能指标.输入信号包括单位阶跃㊁单位脉冲㊁单位斜坡㊁单位加速度㊁及正弦信号,动态性能指标包括上升时间t r㊁峰值时间t p㊁超调量σ㊁调节时间t s及稳态误差e s s.(3)控制系统的频域分析.该实验主要包括系统频域图形绘制及频域参数求解.频域图形包括B o d e 图㊁N y q u i s t图及N i c h o l s曲线,系统频域参数包括增益裕量G m㊁相角裕量P m㊁穿越频率ωc g及剪切频率ωc p.(4)控制系统的根轨迹分析.该实验包括系统根轨迹绘制,以及求解系统的临界开环增益K及稳定增益范围.(5)P I D控制系统分析.该实验可以设置不同P I D参数,通过单位阶跃响应曲线及动态性能指标,使学生掌握P㊁P I㊁P I D等不同控制及参数,对系统性能的影响.(6)线性系统的状态空间分析.该实验可以对线性系统可观可控分析;确定系统极点配置的状态反馈矩阵及反馈系统;确定状态观测器反馈矩阵及状态观测器设计.(7)控制系统的P I D参数整定.该实验让学生掌握临界比例度法及4ʒ1衰减曲线法2种常用的P I D参数整定方法,以及P㊁P I及P I D控制参数的求解.(8)控制系统的频域法校正.频域法校正包括超前㊁滞后㊁滞后超前3种校正方法.通过设置需要校正的参数静态误差系数K v㊁相角裕度γ及剪切频率ωc,来确定校正器的参数,并通过校正前㊁后的时域及频域参数来验证校正后系统性能的改善.(9)控制系统的根轨迹法校正.根轨迹校正包括超前㊁滞后㊁超前滞后3种校正方式.通过设置时域参数超调量σ及调节时t s;或频域参数阻尼比ζ及角频率ωn,来确定校正系统的参数,并通过校正前后的时域参数对比来验证校正后系统性能是否满足要求.(10)倒立摆系统的分析与设计.该实验让学生了解倒立摆系统的工作原理,以及对倒立摆的控制.通过设置倒立摆参数,可以确定状态方程及输出方程,并通过极点配置及P I D参数整定对系统进行控制.该仿真实验平台的界面的设计及功能编程是通过MA T L A B G U I设计实现的.界面的设计通过G U I D E图形用户接口开发环境实现[7].在MA T-L A B2018的命令窗口中键入 g u i d e 打开G U I D E,通过添加控件分别设计各界面,界面设计的文件名扩展名为.f i g;然后编辑对应的M文件,通过各界面控件的C a l l b a c k函数实现控件的功能.2实验平台的功能实现2.1仿真系统界面设计该仿真系统包括1个主界面和10个子界面,主界面中主要包括10个按钮,用来显示各实验子界面.下面以 控制系统根轨迹校正 实验为例说明各子界面的设计过程.根轨迹校正实验子界面中主要包括系统参数设置㊁校正参数设置㊁校正系统获取㊁系统性能参数的求解㊁校正前后根轨迹及单位阶跃响应曲线的绘制5个模块.仿真界面通过MA T L A B G U I设计,通过添加各控件实现,界面设计如图2所示.图2根轨迹法校正界面2.2实验平台功能实现2.2.1系统参数设置控制系统参数设置形式为传递函数形式,通过在编辑框中输入分子n u m㊁分母d e n参数实现.使用g e t函数获取编辑框中的字符串,并通过s t r2n u m函数将字符串转换为数值,最后通过t f函数得到系统传递函数.621曲阜师范大学学报(自然科学版)2024年2.2.2校正参数设置根据根轨迹法校正设计要求[8],系统校正的参数设置包括静态误差系数K v㊁时域参数超调量σ和调节时间t s㊁频域参数阻尼比ζ和角频率ωn.设置时域参数或频率参数的选择通过单选按钮实现,两种形式的参数可以相互转换,主要实现代码如下.i f(g e t(h a n d l e s.r a d i o t i m e,'V a l u e'))%时域参数z e t e=((l o g(1/s i g m a))^2/((p i)^2+(l o g(1/ s i g m a))^2))^(1/2)%ζw n=3.5/(z e t e*t s)%ωne l s e%频域参数s i g m a=e x p(-p i*z e t e/s q r t(1-z e t e*z e t e)) *100t s=3.5/(z e t e*w n)2.2.3校正器参数根轨迹法校正包括超前㊁滞后㊁超前滞后3种校正方式,通过按钮实现选择,超前校正实现代码如下. k c=k v/n u m*d e n(l e n-1);g=p o l y v a l(n u m,s1)/p o l y v a l(d e n,s1);t h e t a_G=a n g l e(g);t h e t a_s=a n g l e(s1);MG=a b s(g);M s=a b s(s1);T z=(s i n(t h e t a_s)-k c*MG*s i n(t h e t a_G-t h e t a_s))/(k c*MG*M s*s i n(t h e t a_G))T p=-(k c*MG*s i n(t h e t a_s)+s i n(t h e t a_G +t h e t a_s))/(M s*s i n(t h e t a_G))G c1=t f([T z,1],[T p,1])%超前2.2.4校正系统动态性能参数校正后的系统开环传递函数是由原系统的开环传递函数G0(s)与校正器的传递函数G c(s)串联组成[9].为了验证校正系统是否满足要求,需要确定校正前后系统的性能参数,包括超调量σ㊁上升时间t r㊁调节时间t s,主要实现代码如下.[y,t]=s t e p(G G c);[m a x_y,k]=m a x(y);C=d c g a i n(G G c);m a x_o v e r s h o o t=(m a x_y-C)/C*100;s=l e n g t h(t);w h i l e y(s)>0.95*C&&y(s)<1.05*Ce n ds=s-1;t s=t(s)%调节时间2.2.5仿真曲线绘制为了更直观地比较系统校正前后的性能,绘制了其对应的单位阶跃响应曲线及根轨迹.使用s t e p 函数绘制单位阶跃响应曲线,使用r l o c u s函数绘制根轨迹曲线,坐标轴控件的设置通过a x e s函数实现. 3实验平台测试通过实例对实验平台的各项功能进行了测试.例控制系统的开环传递函数G(s)=8s2+0.4s,通过根轨迹校正,使系统满足静态误差系数为4,超调量为30%,调节时间为3.5s.根据校正要求,首先进行系统参数设置,输入分子n u m为8,分母d e n为[1,0.4,0].设置校正参数静态误差系数K v为4,选择时域参数单选按钮,并输入超调量σ为30,调节时间t s为3.5s.选择校正按钮后,系统开始校正,将求解的校正器参数及系统性能参数显示到对应的编辑框中.选择 超前校正 按钮,求得校正系统的传递函数为G C(s)=2.73s+10.51s+1,校正后的超调量为30%,上升时间为0.5s,调节时间为2.76s,满足设计要求.选择 滞后校正 按钮,求得校正系统的传递函数为G C(s)=0.215s+0.00215s+0.00215,校正后的超调量为60%,上升时间为0.94s,调节时间为13.4s,超调量及调节设计均不满足设计要求,不采用该校正方式.选择 超前滞后 校正按钮,求得校正系统的传递函数为G C(s)=0.49s+0.20.5s+1㊃0.66s+0.0066s+0.00656,校正后的超调量为21.8%,上升时间为0.69s,调节时间为2.3s,满足设计要求.超前滞后校正前后单位阶跃响应响应曲线如图3所示,根轨迹下页如图4所示.图3超前滞后校正前后单位阶跃响应曲线721第2期陈梅,等:基于MA T L A B G U I的自动控制原理仿真实验平台设计图4 超前滞后校正前后根轨迹4 结 论通过MA T L A B G U I 设计了自动控制原理实验仿真平台,实现了控制系统分析中的10个典型实验.该仿真系统数据获取方便,并且直观的图形显示有助于学生加深对控制系统的理解.教学实践表明,该实验平台操作方便,功能设计齐全,可用于自动控制原理课程的线下课堂演示教学和线上实验教学,使学生更牢固地掌握知识,同时有助于提高学生的编程设计能力和问题解决能力.参考文献:[1]马壮.基于M a t l a b 的典型二阶R L C 振荡电路实验教学仿真[J ].实验室研究与探索,2016,35(10):95-98.[2]王晨丰,赵鹏.基于M A T L A B L T I V i e w e r 工具箱的二阶系统阶跃响应分析[J ].电子测试,2020(8):57-59.[3]陈梅,王健.基于MA T L A B G U I 的P I D 控制仿真系统设计[J ].实验技术与管理,2020,28(2):140-143.[4]张婧,盖文东,徐文尚,等.基于M a t l a b 的P I D 控制器参数整定方法[J ].实验科学与技术,2016,14(4):37-40.[5]闫红梅,张鸣,李远征,等.基于M a t l a b 的系统稳定性分析实验设计[J ].实验技术与管理,2018,35(4):144-146.[6]胡寿松.自动控制原理[M ].6版.北京:科学出版社,2016.[7]张贤明.MA T L A B 语言及应用案例[M ].南京:东南大学出版社,2010.[8]王正林,王胜开,陈国顺,等.MA T L A B /S i m u l i n k 与控制系统仿真[M ].北京:电子工业出版社,2008.[9]张德丰.MA T L A B 控制系统设计与仿真[M ].北京:电子工业出版社,2009.D e s i g n o f a u t o m a t i c c o n t r o l p r i n c i p l e s i m u l a t i o n e x pe r i m e n t p l a tf o r m b a s e d o n M A T L A B G U IC H E N M e i , F E I Y u h u a n(C o l l e g e o f E n g i n e e r i n g ,Q u f u N o r m a l U n v e r s i t y ,276826,R i z h a o ,S h a n d o n g,P R C )A b s t r a c t :T o m e e t t h e n e e d s o f b l e n d e d o n l i n e a n d o f f l i n e t e a c h i n g o f a u t o m a t i c c o n t r o l p r i n c i pl e s ,t h e s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t p l a t f o r m o f a u t o m a t i c c o n t r o l p r i n c i p l e i s d e s i g n e d t h r o u gh MA T L A B G U I p r o -g r a mm i n g .T h e s i m u l a t i o n p l a t f o r m i n c l u d e s 6b a s i c e x p e r i m e n t s a n d 4c o m p r e h e n s i v e e x p e r i m e n t s .I t a n -a l y z e s t h e s y s t e m f r o m t i m e d o m a i n ,f r e q u e n c y d o m a i n ,r o o t l o c u s a n d s t a t e s pa c e ,a n d c o n d u c t s P I D t u n -i n g ,r o o t l o c u s a n d f r e q u e n c y d o m a i n c o r r e c t i o n f o r t h e s y s t e m.T h e t i m e d o m a i n ,f r e q u e n c y do m a i n a n d r o o t l o c u s p e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s a n d g r a p h s o f t h e s y s t e m c a n b e o b t a i n e d .T h e a u t o m a t i c a c q u i s i t i o n o f c o n t r o l s y s t e m p a r a m e t e r s a n d v i s u a l g r a p h i c d i s p l a y c o u l d h e l p s t u d e n t s t o b e t t e r u n d e r s t a n d t h e p r i n c i pl e o f t h e c o n t r o l s y s t e m ,e n h a n c e s t u d e n t s c o n t r o l s y s t e m d e s i g n a n d a p p l i c a t i o n a b i l i t y,a n d m e e t t h e r e -q u i r e m e n t s o f e x p e r i m e n t a l t e a c h i n g o b je c t i v e s .K e y wo r d s :MA T L A B G U I ;a u t o m a t i c c o n t r o l p r i n c i p l e ;s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t p l a t f o r m ;p e r f o r m -a n c e p a r a m e t e r821 曲阜师范大学学报(自然科学版) 2024年。
自动控制控制系统的校正及仿真
课程设计报告题目控制系统的校正及仿真课程名称自动控制原理院部名称机电工程学院专业班级学生姓名学号课程设计地点课程设计学时一周指导教师金陵科技学院教务处制目录1、课程设计达到的目的、题目及要求 (3)1.1课程设计应达到的目的 (3)1.2课程设计题目及要求 (3)2、校正函数的设计 (4)2.1校正函数理论分析 (4)2.2校正函数计算过程及函数的得出 (4)3、传递函数特征根的计算 (8)3.1校正前系统的传递函数的特征根 (8)3.2校正后系统的传递函数的特征根 (8)4、系统动态性能的分析 (10)4.1校正前系统的动态性能分析 (10)4.2校正后系统的动态性能分析 (13)5、系统的根轨迹分析 (16)5.1校正前系统的根轨迹分析 (16)5.2校正后系统的根轨迹分析 (18)6、系统的幅相特性 (20)6.1校正前系统的幅相特性 (20)6.2校正后系统的幅相特性 (20)7、系统的对数幅频特性及对数相频特性 (22)7.1校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 (22)7.2校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性 (23)8、心得体会 (26)9、参考文献 (27)1、课程设计达到的目的、题目及要求1.1课程设计应达到的目的（1）掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析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。
（2）学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。
1.2课程设计题目及要求（1）课程设计题目：已知单位负反馈系统被控制对象的传递函数为)1125.0)(1()(0++=s s s K s G ，试用频率法设计串联滞后校正装置，使系统的相角裕量 30>γ，静态速度误差系数110-=s K v 。
（2）课程设计要求：1）首先， 根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正，使其满足工作要求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验一控制系统的稳定性分析一、实验目的1、研究高阶系统的稳定性，验证稳定判据的正确性；2、了解系统增益变化对系统稳定性的影响；3、观察系统结构和稳态误差之间的关系。
二、实验任务1、稳定性分析欲判断系统的稳定性，只要求出系统的闭环极点即可，而系统的闭环极点就是闭环传递函数的分母多项式的根，可以利用MATLAB中的tf2zp函数求出系统的零极点，或者利用root函数求分母多项式的根来确定系统的闭环极点，从而判断系统的稳定性。
（1）已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为0.2( 2.5)()(0.5)(0.7)(3)sG ss s s s+=+++，用MATLAB编写程序来判断闭环系统的稳定性，并绘制闭环系统的零极点图。
三、实验内容：在MATLAB命令窗口写入程序代码如下：>>z=-2.z=-2.5000>>p=[0,-0.5,-0.7,-3]p=0-0.5000-0.7000-3.0000>>k=0.2k=0.2000>>Go=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:0.2(s+2.5)-----------------------s(s+0.5)(s+0.7)(s+3)>>Gc=feedback(Go,1Zero/pole/gain:0.2(s+2.5)----------------------------------------(s+3.006)(s+1)(s^2+0.1942s+0.1663)>>Gctf=tf(Gc)Transferfunction:0.2s+0.5---------------------------------------s^4+4.2s^3+3.95s^2+1.25s+0.5>>dc=Gctf.dendc=[1x5double]>>dens=poly2str(dc{1},'s')dens=s^4+4.2s^3+3.95s^2+1.25s+0.5>>den=[1,4.2,3.95,1.25,0.5]den=1.00004.20003.95001.25000.5000>>p=roots(den)p=-3.0058-1.0000-0.0971+0.3961i-0.0971-0.3961ip为特征多项式dens的根，即为系统的闭环极点，所有闭环极点都是负的实部，因此闭环系统是稳定的。
下面绘制系统的零极点图，MATLAB程序代码如下：>>z=-2.5z=-2.5000[0,-0.5,-0.7,-3]p=0-0.5000-0.7000-3.0000>>k=0.2k=0.2000>>Go=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:0.2(s+2.5)-----------------------s(s+0.5)(s+0.7)(s+3)>>Gc=feedback(Go,1)Zero/pole/gain:0.2(s+2.5)----------------------------------------- (s+3.006)(s+1)(s^2+0.1942s+0.1663)>>Gctf=tf(Gc)Transferfunction:0.2s+0.5---------------------------------------s^4+4.2s^3+3.95s^2+1.25s+0.5>>[z,p,k]=zpkdata(Gctf,'v')z=-2.500p=-3.0058-1.0000-0.0971+0.3961i-0.0971-0.3961ik=>>pzmap(Gctf)>>grid零极点分布图（2）已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为( 2.5)()(0.5)(0.7)(3)k sG ss s s s+=+++，当取k=1，10，100用MATLAB编写程序来判断闭环系统的稳定性。
当=取1的时候在MATLAB命令窗口写入程序代码如下：>>z=-2.5z=-2.5000>>p=[0,-0.5,-0.7,3]p=0-0.5000-0.70003.0000>>k=1k=1>>Go=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:(s+2.5)-----------------------s(s+0.5)(s+0.7)(s-3)>>Gc=feedback(Go,1)Zero/pole/gain:(s+2.5)--------------------------------------------(s-2.841)(s-0.7799)(s^2+1.821s+1.128)>>Gctf=tf(Gc)Transferfunction:s+2.5---------------------------------------s^4-1.8s^3-3.25s^2-0.05s+2.5>>dc=Gctf.dendc=[1x5double]>>dens=poly2str(dc{1},'s')dens=s^4-1.8s^3-3.25s^2-0.05s+2.5>>den=[1,-1.8,-3.25,-0.05,2.5]den=1.0000-1.8000-3.2500-0.05002.5000>>p=roots(den)p=2.8411-0.9105+0.5469i-0.9105-0.5469i0.7799p为特征多项式dens的根，即为系统的闭环极点，所有闭环极点都是负的实部，因此闭环系统是不稳定的。
下面绘制系统的零极点图，MATLAB程序代码如下：>>z=-2.5z=-2.5000>>p=[0,-0.5,-0.7,-3]p=0-0.5000-0.7000-3.0000>>k=1k=1>>Go=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:(s+2.5)-----------------------s(s+0.5)(s+0.7)(s+3)>>Gc=feedback(Go,1)Zero/pole/gain:(s+2.5)-------------------------------------------- (s+3.03)(s+1.332)(s^2-0.1616s+0.6195)>>Gctf=tf(Gc)Transferfunction:s+2.5---------------------------------------s^4+4.2s^3+3.95s^2+2.05s+2.5>>[z,p,k]=zpkdata(Gctf,'v')z=-2.5000p=-3.0297-1.33190.0808+0.7829i0.0808-0.7829ik=1>>pzmap(Gctf)>>grid当=取10的时候在MATLAB命令窗口写入程序代码如下：>>z=-2.5z=-2.5000>>p=[0,-0.5,-0.7,-3]p=0-0.5000-0.7000-3.0000>>k=10k=10>>Go=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:10(s+2.5)-----------------------s(s+0.5)(s+0.7)(s+3)>>Gc=feedback(Go,1)Zero/pole/gain:10(s+2.5)----------------------------------------- (s+2.082)(s+3.335)(s^2-1.217s+3.6)>>Gctf=tf(Gc)Transferfunction:10s+25---------------------------------------s^4+4.2s^3+3.95s^2+11.05s+25>>dc=Gctf.dendc=[1x5double]>>dens=poly2str(dc{1},'s')dens=s^4+4.2s^3+3.95s^2+11.05s+25>>den=[1,4.2,3.95,11.05,25]den=1.00004.20003.950011.050025.0000>>p=roots(den)p=0.6086+1.7971i0.6086-1.7971i-3.3352-2.0821p为特征多项式dens的根，即为系统的闭环极点，所有闭环极点都是负的实部，因此闭环系统是不稳定的。
下面绘制系统的零极点图，MATLAB程序代码如下：>>z=-2.5z=-2.5000>>p=[0,-0.5,-0.7,-3]p=0-0.5000-0.7000-3.0000>>k=10k=10>>Go=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:10(s+2.5)-----------------------s(s+0.5)(s+0.7)(s+3)>>Gc=feedback(Go,1)Zero/pole/gain:10(s+2.5)-----------------------------------------(s+2.082)(s+3.335)(s^2-1.217s+3.6)>>Gctf=tf(Gc)Transferfunction:10s+25---------------------------------------s^4+4.2s^3+3.95s^2+11.05s+25>>[z,p,k]=zpkdata(Gctf,'v')z=-2.500p=0.6086+1.7971i0.6086-1.7971i-3.3352-2.0821p为特征多项式dens的根，即为系统的闭环极点，所有闭环极点都是负的实部，因此闭环系统是不稳定的。
k=10>>pzmap(Gctf)>>grid>>当=取100的时候在MATLAB命令窗口写入程序代码如下：>>z=-2.5z=-2.5000>>p=[0,-0.5,-0.7,-3]p0-0.5000-0.7000-3.0000>>k=100k=100>>Go=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:100(s+2.5)-----------------------s(s+0.5)(s+0.7)(s+3)>>Gc=feedback(Go,1)Zero/pole/gain:100(s+2.5)------------------------------------------- (s+5.358)(s+2.454)(s^2-3.612s+19.01)>>Gctf=tf(Gc)Transferfunction:100s+250----------------------------------------s^4+4.2s^3+3.95s^2+101.1s+250>>dc=Gctf.dendc=[1x5double]>>dens=poly2str(dc{1},'s')dens=s^4+4.2s^3+3.95s^2+101.05s+250>>den=[1,4.2,3.95,101.05,250]den=1.00004.20003.9500101.0500250.0000>>p=roots(den)p=1.8058+3.9691i1.8058-3.9691i-5.3575-2.4541p为特征多项式dens的根，即为系统的闭环极点，所有闭环极点都是负的实部，因此闭环系统是不稳定的。