动态系统建模仿真 实验报告
电力系统动态模拟综合实验
《电力系统动态模拟综合实验》实验报告实验名称发电机及系统短路故障影响实验姓名XXX 学号XXX日期XXX 地点XXX成绩教师电气工程学院东南大学1.实验目的：（1）了解动模实验室的构成，主要设备及其功能。
（2）熟悉和掌握发电机的启动，调压，调速，并网，解列，停机等操作。
（3）通过单机---无穷大系统中不同点的短路故障实验，理解发电机在短路时的电磁暂态过程，分析和掌握短路起始相角及回路阻抗对发电机运行状态的影响。
2.实验内容：在单机----无穷大主接线模拟实验系统中，通过实验操作，熟悉实验室环境及实验设备，掌握发电机的启动，调压，调速，并列，解列及停机操作方法，选择不同的短路点进行短路故障实验，录取短路时刻的电压，电流波形，然后，根据所学知识，分析求取发电机或系统的状态参数，理解和掌握短路故障对发电机及系统运行状态的影响。
3.实验原理（实验的理论基础）：根据《电力系统暂态分析》相关理论，可知在三相短路时，发电机定子绕组电流中含有以下四个分量图1.发电机短路电流波形图i w(∞)为强制分量，不衰减∆i w为按此时励磁绕组的时间常数T d’衰减的分量∆i w2为按直轴阻尼绕组的时间常数T d’’衰减的分量iα和i2w为按定子绕组的时间常数T a衰减的分量根据发电机三相短路时电流波形图，由短路电流波形图绘制其包络线。
包络线中分线即直流分量。
将短路电流减去直流分量，则可以认为是基频交流分量。
根据发电机参数，T d’和T d’’都较小，在短路后0.5s，可以认为基频电流中只含有稳态分量，读出此时电流幅值i w(∞)。
在此时刻前找两处幅值I1，I2及对应时刻T1，T2，则可得方程组：11'''22'''21()22()d d d d T T T T w w w T T T T w w w i e i e i i e i e i --∞--∞⎧+=I -⎪⎪⎨⎪+=I -⎪⎩由此可以求出∆i w ，∆i w2。
控制理论实验仿真—matlab
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：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，图1-1 SIMULINK 仿真界面 图1-2 系统方框图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。
动态系统建模仿真
动态系统建模与仿真实验报告学生姓名：杨康学号：ZY1203226实验一 直流电动机建模及仿真实验一、实验目的（1）了解直流电动机的工作原理； （2）了解直流电动机的技术指标； （3）掌握直流电动机的建模及分析方法；（4）学习计算直流电动机频率特性及时域响应的方法。
二、实验设备（1）系统实验平台：建模仿真实验平台。
（2）PC 机：P4 2.4G ，内存512M ，硬盘120G 。
（3）IBM 服务器。
（4）网络交换机、集线器。
（5）工具软件：操作系统：Windows2000以上；软件工具：MATLAB 。
三、实验原理及实验要求实验原理：直流电机电枢回路的电路方程是：dt diLiRa E u a +=- (3.1)其中，a u 是加到电机两端的电压，E 是电机反电势，i 是电枢电流, Ra 是电枢回路总电阻， L 是电枢回路总电感, l LaT Ra=称为电枢回路电磁时间常数。
并且反电动势E 与电机角速度m ω成正比：me m e k k E θω == (3.2)其中e k 称为反电势系数，m θ为电机轴的转角。
对于电机而言,其转动轴上的力矩方程为：mm m m l m J J M i k θω ==- (3.3)其中m k 是电机的力矩系数, l M 是负载力矩, J 是电机电枢的转动惯量。
进行拉式变换得到：⎪⎩⎪⎨⎧=-=+=-s s J M s I k s k s E s s I T s I Ra s E s Ua m m l m m e l )()()()())()(()()(θθ(3.4)由此方程组可以得到相应的电动机数学模型的结构框图：图3.1直流电动机数学模型结构框图实验要求：（1）根据电机的工作原理（电压平衡方程、力矩平衡方程）建立从电枢电压a u 到转速m θ⋅的传递函数模型，并根据表1所给电机参数求其频率特性。
表1共给出了两个电机的参数，其中A 为大功率电机，B 为小电机。
simulink仿真实验报告
simulink仿真实验报告Simulink仿真实验报告一、引言Simulink是一种基于模型的设计和仿真工具，广泛应用于各领域的工程设计和研究中。
本次实验将利用Simulink进行系统仿真实验，通过搭建模型、参数调整、仿真运行等过程，验证系统设计的正确性和有效性。
二、实验目的本实验旨在帮助学生掌握Simulink的基本使用方法，了解系统仿真的过程和注意事项。
通过本实验，学生将能够：1. 熟悉Simulink的界面和基本操作；2. 理解和掌握模型构建的基本原理和方法；3. 学会调整系统参数、运行仿真和分析仿真结果。
三、实验内容本实验分为以下几个步骤：1. 绘制系统模型：根据实验要求，利用Simulink绘制出所需的系统模型，包括输入、输出、控制器、传感器等。
2. 参数设置：针对所绘制的系统模型，根据实验要求设置系统的参数，例如增益、阻尼系数等。
3. 仿真运行：通过Simulink的仿真功能，对所构建的系统模型进行仿真运行。
4. 仿真结果分析：根据仿真结果，分析系统的动态性能、稳态性能等指标，并与理论值进行对比。
四、实验结果与分析根据实验要求，我们绘制了一个负反馈控制系统的模型，并设置了相应的参数。
通过Simulink的仿真功能，我们进行了仿真运行，并获得了仿真结果。
仿真结果显示，系统经过调整参数后，得到了较好的控制效果。
输出信号的稳态误差较小，并且在过渡过程中没有发生明显的振荡或超调现象。
通过与理论值进行对比，我们验证了系统的稳态稳定性和动态响应性能较为理想。
五、实验总结通过本次实验，我们掌握了使用Simulink进行系统仿真的基本方法和技巧。
了解了系统模型构建的基本原理，并学会了参数调整和仿真结果分析的方法。
这对于我们今后的工程设计和研究具有重要的意义。
六、参考文献1. 《Simulink使用手册》，XXX出版社，20XX年。
2. XXX，XXX，XXX等.《系统仿真与建模实践教程》. 北京：XXX出版社，20XX年。
自动控制原理MATLAB仿真实验(于海春)
自动控制原理MATLAB仿真实验（于海春）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imulink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imulink仿真环境常规模板。
图1-1SIMULINK仿真界面图1-2系统方框图3．在imulink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imulink下的“Continuou”，再将右边窗口中“TranferFen”的图标用左键拖至新建的“untitled”窗口。
2）改变模块参数。
在imulink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imulink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imulink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。
5）选择输出方式。
动态系统建模实验报告
动态系统建模实验报告
一、实验目的
本次实验旨在通过动态系统建模，探究系统内部的运行规律及其变化关系，从而对系统进行深入分析和优化。
二、实验过程
1. 系统建模：根据实际系统的情况，确定系统的输入、输出、内部因素及其关系，建立相应的数学模型。
2. 数据采集：利用实验仪器对系统输入、输出数据进行采集，获取系统在不同时间点的状态值。
3. 模型求解：根据建立的数学模型，利用适当的计算方法对系统进行求解，得到系统运行的动态过程和规律。
4. 结果分析：对求解结果进行分析，比较模型预测值与实际数据的差异，进一步优化建模过程。
三、实验结果
通过对系统建模与求解的过程，我们得到了系统的动态过程图和规律性变化曲线，进一步揭示了系统内部的运行机制：
1. 系统动态响应：系统在受到外部激励后，出现一定的时间延迟和振荡现象，逐渐趋于稳定状态。
2. 系统稳定性：分析系统的稳定性，得到系统在不同条件下的临界点和稳定区域。
3. 系统优化：根据模型分析结果，对系统进行优化调整，提高系统的运行效率和稳定性。
四、实验总结
通过本次动态系统建模实验，我们深入了解了系统内部的运行规律和变化关系，掌握了系统建模与分析的方法和技巧。
通过实验过程的探究和实践，我们不仅提高了对系统运行的认识，也为今后的工程实践和科研工作积累了宝贵的经验。
希望通过不断的学习和实践，能够进一步完善自己的动态系统建模能力，为未来的科学研究和工程应用做出更大的贡献。
动态系统建模(四旋翼飞行器仿真)实验报告-
动态系统建模（四旋翼飞行器仿真）实验报告:动态系统建模（四旋翼飞行器仿真）实验报告院（系）名称大飞机班学号学生姓名任课教师2021年 _月四旋翼飞行器的建模与仿真一、实验原理 I．四旋翼飞行器简介四旋翼飞行器通过四个螺旋桨产生的升力实现飞行，原理与直升机类似。
四个旋翼位于一个几何对称的十字支架前、后、左、右四端，如图1-1所示。
旋翼由电机控制；整个飞行器依靠改变每个电机的转速来实现飞行姿态控制。
在图1-1中，前端旋翼1 和后端旋翼3 逆时针旋转，而左端旋翼2 和右端的旋翼4 顺时针旋转，以平衡旋翼旋转所产生的反扭转矩。
由此可知，悬停时，四只旋翼的转速应该相等，以相互抵消反扭力矩；同时等量地增大或减小四只旋翼的转速，会引起上升或下降运动；增大某一只旋翼的转速，同时等量地减小同组另一只旋翼的转速，则产生俯仰、横滚运动；增大某一组旋翼的转速，同时等量减小另一组旋翼的转速，将产生偏航运动。
图1-1 四旋翼飞行器旋翼旋转方向示意图从动力学角度分析，四旋翼飞行器系统本身是不稳定的，因此，使系统稳定的控制算法的设计显得尤为关键。
由于四旋翼飞行器为六自由度的系统（三个角位移量，三个线位移量），而其控制量只有四个（4 个旋翼的转速），这就意味着被控量之间存在耦合关系。
因此，控制算法应能够对这种欠驱动（under-actuated）系统足够有效，用四个控制量对三个角位移量和三个线位移量进行稳态控制。
本实验针对四旋翼飞行器的悬浮飞行状态进行建模。
II．飞行器受力分析及运动模型（1）整体分析如图1-2所示，四旋翼飞行器所受外力和力矩为：Ø重力mg，机体受到重力沿-Zw方向Ø四个旋翼旋转所产生的升力Fi(i=1,2,3,4)，旋翼升力沿ZB方向Ø旋翼旋转会产生扭转力矩Mi (i=1,2,3,4)， Mi垂直于叶片的旋翼平面，与旋转矢量相反。
图1-2 四旋翼飞行器受力分析（2）电机模型Ø力模型（1.1）旋翼通过螺旋桨产生升力。
(完整版)系统建模与仿真实验报告
实验1 Witness仿真软件认识一、实验目的熟悉Witness 的启动；熟悉Witness2006用户界面；熟悉Witness 建模元素；熟悉Witness 建模与仿真过程。
二、实验内容1、运行witness软件，了解软件界面及组成；2、以一个简单流水线实例进行操作。
小部件（widget）要经过称重、冲洗、加工和检测等操作。
执行完每一步操作后小部件通过充当运输工具和缓存器的传送带（conveyer）传送至下一个操作单元。
小部件在经过最后一道工序“检测”以后，脱离本模型系统。
三、实验步骤仿真实例操作:模型元素说明：widget 为加工的小部件名称；weigh、wash、produce、inspect 为四种加工机器，每种机器只有一台；C1、C2、C3 为三条输送链；ship 是系统提供的特殊区域，表示本仿真系统之外的某个地方；操作步骤：1：将所需元素布置在界面：2：更改各元素名称：如;3:编辑各个元素的输入输出规则：4:运行一周（5 天*8 小时*60 分钟=2400 分钟），得到统计结果。
5:仿真结果及分析：Widget：各机器工作状态统计表：分析：第一台机器效率最高位100%，第二台机器效率次之为79%，第三台和第四台机器效率低下，且空闲时间较多，可考虑加快传送带C2、C3的传送速度以及提高第二台机器的工作效率，以此来提高第三台和第四台机器的工作效率。
6：实验小结：通过本次实验，我对Witness的操作界面及基本操作有了一个初步的掌握，同学会了对于一个简单的流水线生产线进行建模仿真，总体而言，实验非常成功。
实验2 单品种流水线生产计划设计一、实验目的1.理解系统元素route的用法。
2.了解优化器optimization的用法。
3.了解单品种流水线生产计划的设计。
4.找出高生产效率、低临时库存的方案。
二、实验内容某一个车间有5台不同机器，加工一种产品。
该种产品都要求完成7道工序，而每道工序必须在指定的机器上按照事先规定好的工艺顺序进行。
《自动控制原理》实验报告 典型环节的阶跃响应
成绩：＿＿＿＿大连工业大学《自动控制原理》实验报告实验1 典型环节的阶跃响应专业名称：自动化班级学号：自动化10I－JK学生姓名：ABCD指导老师：EFGH实验日期：年月日一、实验目的1、熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线；2、了解参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验原理实验任务1、比例环节（K）从图0-2的图形库浏览器中拖曳Step（阶跃输入）、Gain（增益模块）、Scope（示波器）模块到图0-3仿真操作画面，连接成仿真框图。
改变增益模块的参数，从而改变比例环节的放大倍数K，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况。
可以同时显示三条响应曲线，仿真框图如图1-1所示。
2、积分环节（1Ts）将图1-1仿真框图中的Gain（增益模块）换成Transfer Fcn （传递函数）模块，设置Transfer Fcn（传递函数）模块的参数，使其传递函数变成1Ts型。
改变Transfer Fcn（传递函数）模块的参数，从而改变积分环节的T，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况。
仿真框图如图1-2所示。
3、一阶惯性环节（11 Ts+）将图1-2中Transfer Fcn（传递函数）模块的参数重新设置，使其传递函数变成11Ts+型，改变惯性环节的时间常数T，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况。
仿真框图如图1-3所示。
4、实际微分环节（1KsTs +） 将图1-2中Transfer Fcn （传递函数）模块的参数重新设置，使其传递函数变成1KsTs +型，（参数设置时应注意1T ）。
令K 不变，改变Transfer Fcn （传递函数）模块的参数，从而改变T ，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况。
仿真框图如图1-4所示。
5、二阶振荡环节（2222nn ns s ωξωω++） 将图1-2中Transfer Fcn （传递函数）模块的参数重新设置，使其传递函数变成2222nn ns s ωξωω++型（参数设置时应注意01ξ<<），仿真框图如图1-5所示。
典型环节的MATLAB仿真
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：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。
5）选择输出方式。
用鼠标点击simulink 下的“Sinks ”，就进入输出方式模块库，通常选用“Scope ”的示波器图标，将其用左键拖至新建的“untitled ”窗口。
实验一、线性系统的时域响应动态仿真及其实验报告
实验一、线性系统的时域响应动态仿真及其实验报告班级：姓名：学号：一、实验目的1、通过对机床车削过程的建模、系统动态性能分析、不同输入信号的响应分析，掌握控制技术在机械专业中的应用。
2、通过Matlab/Simulink 仿真实验，熟悉Matlab 软件，并学会使用Matlab 编程对控制系统进行仿真，同时加深对时域分析方法及理论知识的理解。
二、实验内容 1、实验对象在机械加工领域，机床车削是很常见的一种加工方式。
机床切削过程如图1所示。
图1 机床的车削过程由图可知，实际切削深度u 引起的切削力()t f 作用于刀具、机床，引起刀具、机床和工件的变形。
这些变形都折算到刀架上后，可看成是刀架产生位移()t x o 。
刀架变形()t x o 又反馈过来引起切削深度u 的变化，从而使工件—刀具—机床构成一闭环系统。
机床刀架抽象为一外力作用在质量上的质量—弹簧—阻尼系统，传递函数为()()KBs ms s F s X G o m ++==212、实验内容1）忽略切削过程中工件上前次切纹对切削深度的影响，当以名义切削深度i u 作为输入量，以刀架变形()t x o 作为输出量，建立车削过程的系统框图，并建立传递函数。
2）用Matlab 软件编写M 文件，做出 ()t u i 1= 和t u i =时，系统的响应曲线，并分析有何特点。
3）用Simulink 软件，设计输入分别为()t u i 1= 和t u i =时，系统的响应曲线。
4）系统的结构参数自定，并通过调整系统的结构参数，观察()t u i 1=的响应曲线，分析结构参数对系统系能的影响。
三、编程提示1、编写M 文件的步骤 1）设定系统的结构和参数； 2）设定系统的输入；3）设定传递函数的分子和分母；4）单位阶跃输入的响应用step 函数，速度输入信号用lsim 函数计算。
5）用plot 函数做出输入信号和响应信号曲线。
2、Simulink 仿真步骤 1）打开Matlab 软件，点击图标，进入Simulink 仿真平台。
动态仿真实验报告
动态系统建模仿真实验报告实验二，实验四实验二直流电动机-负载建模及仿真实验1实验内容在运动控制系统中电机带动负载转动，电机-负载成为系统的被控对象。
本实验项目要求根据电机工作原理及动力学方程，建立模型并仿真。
2实验目的掌握直流电动机-负载的模型的建立方法；3实验器材（1）硬件：PC机。
（2）工具软件：操作系统：Windows系列；软件工具：MATLAB及simulink。
4实验原理在很多应用场合中，直流电动机的输出轴直接与负载轴相连，转动部件固定在负载轴上，即为常见的电机直接驱动负载形式。
如果不考虑传动轴在转动过程中的弹性形变，即把传动轴的刚度看作无穷大，就可以在系统设计过程中，将执行电机和负载视为一个整体对象，这样被控对象的模型就可以用如图2.1所示的框图来表示。
其中U表示控制电压；a U，a L，a R分别表示电机的电枢电压，电r枢电感和电枢电阻；J为电机的转动惯量，L J为负载的转动惯量，包括由电机m驱动的转动体、轴承内圈、转动轴、轴套、速度测量元件、角度测量元件以及被测试件折合到电机轴上的转动惯量等；D、L D分别表示电机和负载的粘性阻尼m系数；k为电机的电磁力矩系数；e k为电机的反电势系数；mθ为电机-负载的转m角，θ 为电机-负载的角速度。
m在这一实验中，认为电机与负载的转角是相同的，并考虑了电机及负载转动中产生的粘滞阻尼力矩，所以其电压方程、力矩方程变为如下形式⎪⎩⎪⎨⎧+=+--=+=-ss J J D D M s I k s k s E s s I T s I Ra s E s Ua m l m L m l m m e l )()()()()()())()(()()(θθ(2.1)由方程组（2.1）可以得到相应的结构框图如图1所示。
图1直流电动机-负载数学模型结构框图5实验要求：（1）建立从a u 到m θ的传递函数模型，求其频率特性，并与项目1中的电机频率特性进行对比。
（2）分别取（Dm+D L ）1=0.1（Dm+D L ）和（Dm+D L ）2=0.01（Dm+D L ），编制MATLAB 或simulink 程序，比较阻尼系数不同时电机-负载模型的频率特性。
建模与仿真及其医学应用
建模与仿真及其医学应用》实验讲义天津医科大学生物医学工程系2004 年实验一 系统建模的MATLAB 实现一、 实验目的：1 学习MATLA 基本知识。
2. 掌握数学模型的MATLA 实现：时域模型、状态空间模型和零极点 模型。
3. 学习用MATLA 实现系统外部模型到内部模型的转换。
4. 学习用MATLA 实现系统模型的连接：串联、并联、反馈连接。
5. 了解模型降阶的MATLA 实现。
二、 实验内容1. 系统的实现、外部模型到内部模型的转换2 (1)给定连续系统的传递函数G(s) (s 8)(s 22S 5),利用 (2 s 3)(3s 4s 13) MATLA 建立传递函数模型，微分方程，并转换为状态空间模型(2)已知某系统的状态方程的系数矩阵为:利用MATLA 建立状态空间模型，并将其转换为传递函数模型和零极 点模型MATLA 转换为传递函数模型和状态空间模型。
2. 系统的离散、连接、降阶2(1)给定连续系统的传递函数G(s) (s 8)(s 22s 5)，将该连 (2s 3)(3s 2 4s 13) 续系统的传递函数用零阶重构器和一阶重构器转换为离散型传递函 数，抽样时间T=1秒。
⑶已知系统的零极点传递函数为G(s)(s 2豐31)(s 4)，利用(2)该系统与系统H(s) 丁」分别①串联②并联③负反馈连s26s 5接，求出组成的新系统的传递函数模型。
(3)将串联组成的新系统进行降阶处理，求出降阶后系统的模型，并用plot图形比较降阶前后系统的阶跃响应。
要求：将以上过程用MATLABS程(M文件)实现，运行输出结果。
三、实验说明一关于系统建模的主要MATLA函数1 •建立传递函数模型：tf函数：格式：sys=tf(num,den)num=[b m,b m-i, ...... ,b]分子多项式系数den=[ai,a n-1, ......... ,a o]分母多项式系数2 •建立状态空间模型：ss函数：格式：sys=ss(a,b,c,d) %a,b,c,d为状态方程系数矩阵sys=ss(a,b,c,d,T)沪生离散时间状态空间模型3•建立零极点模型的函数：zpk格式：sys=zpk(z,p,k)4 •模型转换函数：tf2ss tf2zp ss2tf ss2zp zp2tf zp2ss%2为to的意思格式：[a,b,c,d]=tf2ss(num,den)[z,p,k]=tf2zp( nu m,de n)[n um,de n]=ss2tf(a,b,c,d,iu) %iu 指定是哪个输入[z,p,k]=ss2zp(a,b,c,d,iu)][num,den]=zp2tf(z,p,k)[a,b,c,d]=zp2ss(z,p,k)5．模型的连接串联：sys=series(sys1,sys2)并联：sys=parallel(sys1,sys2)反馈连接：sys=feedback(sys1,sys2,sign)%负反馈时sign可忽略；正反馈时为1 。
动态系统建模实验——四旋翼仿真7页word文档
动态系统建模（四旋翼飞行器仿真）实验报告院（系）名称大飞机班学号ZY11DF120学生姓名叶心宇任课教师马耀飞2019年12月四旋翼飞行器的建模与仿真一、实验原理I．四旋翼飞行器简介四旋翼飞行器通过四个螺旋桨产生的升力实现飞行，原理与直升机类似。
四个旋翼位于一个几何对称的十字支架前、后、左、右四端，如图1-1所示。
旋翼由电机控制；整个飞行器依靠改变每个电机的转速来实现飞行姿态控制。
在图1-1中，前端旋翼1 和后端旋翼3 逆时针旋转，而左端旋翼2 和右端的旋翼4 顺时针旋转，以平衡旋翼旋转所产生的反扭转矩。
由此可知，悬停时，四只旋翼的转速应该相等，以相互抵消反扭力矩；同时等量地增大或减小四只旋翼的转速，会引起上升或下降运动；增大某一只旋翼的转速，同时等量地减小同组另一只旋翼的转速，则产生俯仰、横滚运动；增大某一组旋翼的转速，同时等量减小另一组旋翼的转速，将产生偏航运动。
图1-1 四旋翼飞行器旋翼旋转方向示意图从动力学角度分析，四旋翼飞行器系统本身是不稳定的，因此，使系统稳定的控制算法的设计显得尤为关键。
由于四旋翼飞行器为六自由度的系统（三个角位移量，三个线位移量），而其控制量只有四个（4 个旋翼的转速），这就意味着被控量之间存在耦合关系。
因此，控制算法应能够对这种欠驱动（under-actuated）系统足够有效，用四个控制量对三个角位移量和三个线位移量进行稳态控制。
本实验针对四旋翼飞行器的悬浮飞行状态进行建模。
II．飞行器受力分析及运动模型（1）整体分析如图1-2所示，四旋翼飞行器所受外力和力矩为：重力mg，机体受到重力沿-Z w方向四个旋翼旋转所产生的升力F i(i=1,2,3,4)，旋翼升力沿Z B方向旋翼旋转会产生扭转力矩M i (i=1,2,3,4)，M i垂直于叶片的旋翼平面，与旋转矢量相反。
图1-2 四旋翼飞行器受力分析（2）电机模型力模型2i F i F k ω= （1.1）旋翼通过螺旋桨产生升力。
自动控制理论实验
实验一Matlab仿真软件的应用一、目的与任务Matlab是电子信息工程专业课程体系中基础的实验课程。
主要目标是训练学生最基本的实验技能，通过实验，加强学生的感性认识，从而巩固和加深课堂教学内容，提高学生实际工作技能，培养科学作风，学习MATLAB下的SIMULINK仿真软件，培养学生对动态系统进行建模的分析、解决问题的能力。
二、本课程实验内容及具体要求1、系统设计过程1.根据对系统提出的技术要求,确定控制系统的总体方案,即确定系统的构成并选用和计算系统各组成部件的主要特性(如执行机构、测量部件等) 。
2.在系统方案及各组成部件已知的条件下,通过理论分析或实验方法,建立系统不变部分的数学模型,并依条件进行必要简化.3. 进行系统的静态设计,主要是确定系统的静态放大系数并进行合理分配.4.在静态设计的基础上,进行动态设计,一般应从检查系统的稳定性开始,进而选择系统的校正方案及参数.5. 进行数学仿真研究,并进一步修改和调整校正网络参数或形式,在数学仿真研究时,除了研究线性模型时的系统特性外,还应考虑系统中可能有的非线性特性,研究它们对系统性能的影响. 数学仿真可利用MATLAB软件实现。
6. 确定校正网络的工程实现方法.超前校正装置具有相位超前和幅值扩张的特性,能提供微分控制功能,主要改善系统的动态性能,滞后校正装置具有相位滞后和幅值压缩的特性, 能提供积分控制功能, 主要改善系统的稳态性能,也可用于改善系统的平稳性,但响应的速度受到影响. 滞后--超前校正兼具有滞后校正和超前校正的特性,可全面改善系统的性能.对于校正元件:由于运算放大器性能高(高输入阻抗,输出阻抗低, 高增益等),参数调整方便,价格便宜,故串联校正几乎全部采用有源校正装置.2、MATLAB简介MATLAB 语言是当今国际上科学界(尤其是自动控制领域) 最具影响力、也是最有活力的软件。
它起源于矩阵运算，并已经发展成一种高度集成的计算机语言。
MATLAB实验一典型环节的MATLAB仿真
单位阶跃响应波形
（2）形
结果分析：
由以上单位阶跃响应波形图知，惯性环节使得输出波形在开始时以指数曲线上升，上升速度与时间常数（惯性环节中s的系数）有关。
3.积分环节 实验结果：
SIMULINK仿真模型
单位阶跃响应波形
结果分析：
SIMULINK仿真模型
单位阶跃响应波形
（2）比例环节 实验结果：
SIMULINK仿真模型
单位阶跃响应波形
结果分析：
由以上阶跃响应波形图知，比例环节使得输出量与输入量成正比，既无失真也无延迟，响应速度快，能对输入立即作出响应，因此系统易受外界干扰信号的影响，从而导致系统不稳定。
2.惯性环节 实验结果：
要求：正文用小四宋体，1.5倍行距，图表题用五号宋体，图题位于图下方，表题位于表上方。
积分环节的输出量反映了输入量随时间的积累，积分作用随着时间而逐渐增强，其反映速度较比例环节迟缓。
4.微分环节 的实验结果：
SIMULINK仿真模型
单位阶跃响应波形
结果分析：
由上图的单位阶跃响应波形图知，微分环节的输出反映了输入信号的变化速度，即微分环节能预示输入信号的变化趋势，但是若输入为一定值，则输出为零。，
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
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、实验结果分析
1．（1）比例环节 实验结果：
实验报告
单边带调幅系统的建模仿真实验报告一．MATLAB简介MATLAB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。
MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。
是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
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。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。
在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。
二．实验原理本次实验采用希尔伯特变换，希尔伯特变换就是将信号中所以频率成分的信号分量移相- /2而得到的新信号。
实信号x(t)的解析信号y(t)是一个复信号，其实部为信号本身，虚部为x(t)的希尔伯特变换。
单边带调幅与解调的原理：双边带调幅所产生的上下两个边带包含的信息相同，所以只需要传输其中任意一个边带就可以了。
状态图实验报告
篇一：uml实验——状态图实验报告南京信息工程大学实验(实习)报告实验名称状态图实验(实习)日期 2014.04.26 得分指导老师系专业班级一、实验目的1．熟悉活动图的基本功能和使用方法。
2．掌握如何使用建模工具绘制活动图方法。
二、实验器材1．计算机一台。
2．rational rose 工具软件。
三、实验内容通过前面内容的学习，完成了对图书馆的图书馆管理系统的需求的初步分析，得出系统的用例图和相应的活动态。
通过这两类图我们可以初步了解系统的业务处理过程，但对业务处理过程的处理状态间转换了解仍不够，这不利于设计人员对系统业务的进一步理解，而状态图能从对象的动态行为的角度去描述系统的业务活动。
因此，指派你运用本节所学的状态图，完成如下任务：1. 完成图书业务模块中还书用例的状态图。
四、实验步骤1．业务分析：由前面章节对图书馆管理系统中的还书主要业务的描述和分析可知，还书业务的动态行为是由：空闲（idle）、图书查找（finding）、还书（reversion）、失败（failure）、归还成功（success）5种状态及激活相互转换的事件。
2．绘制状态图：请您根据分析运用uml绘制还书用例的状态图。
分析：还书的状态图，还书的主要业务都是由管理员来完成，首先管理员必须先登录系统，并通过验证后，便可以进行下一步的操作，查找该书的相关信息，如存在，则进行还书操作，如不存在该信息，则给出提示信息；绘图步骤：（1）在用例图中的还书（revesion）用例，单击右键，如图3.1所示，新建一个状态图，命名为revesion状态图。
（2）双击“receivesion”状态图，展开后，在左边的工具栏上选取一个实心圆点，此结点为开始结点；当还书的时候，操作者先要询问系统的状态，如果系统忙，操作者则必需等待，因此，得到系统的两种状态。
（3）操作者在询问系统和状态后，得到两种状态，如果系统忙，操作者必需要等待、结束，重返步骤（1）。
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。
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动态系统建模仿真实验报告实验二，实验四姓名学号实验二直流电动机-负载建模及仿真实验1实验内容在运动控制系统中电机带动负载转动，电机-负载成为系统的被控对象。
本实验项目要求根据电机工作原理及动力学方程，建立模型并仿真。
2实验目的掌握直流电动机-负载的模型的建立方法；3实验器材（1）硬件：PC机。
（2）工具软件：操作系统：Windows系列；软件工具：MATLAB及simulink。
4实验原理在很多应用场合中，直流电动机的输出轴直接与负载轴相连，转动部件固定在负载轴上，即为常见的电机直接驱动负载形式。
如果不考虑传动轴在转动过程中的弹性形变，即把传动轴的刚度看作无穷大，就可以在系统设计过程中，将执行电机和负载视为一个整体对象，这样被控对象的模型就可以用如图2.1所示的框图来表示。
其中U表示控制电压；a U，a L，a R分别表示电机的电枢电压，电r枢电感和电枢电阻；J为电机的转动惯量，L J为负载的转动惯量，包括由电机m驱动的转动体、轴承内圈、转动轴、轴套、速度测量元件、角度测量元件以及被测试件折合到电机轴上的转动惯量等；D、L D分别表示电机和负载的粘性阻尼m系数；k为电机的电磁力矩系数；e k为电机的反电势系数；mθ为电机-负载的转m角，θ 为电机-负载的角速度。
m在这一实验中，认为电机与负载的转角是相同的，并考虑了电机及负载转动中产生的粘滞阻尼力矩，所以其电压方程、力矩方程变为如下形式⎪⎩⎪⎨⎧+=+--=+=-ss J J D D M s I k s k s E s s I T s I Ra s E s Ua m l m L m l m m e l )()()()()()())()(()()(θθ(2.1)由方程组（2.1）可以得到相应的结构框图如图1所示。
图1直流电动机-负载数学模型结构框图5实验要求：（1）建立从a u 到m θ的传递函数模型，求其频率特性，并与项目1中的电机频率特性进行对比。
（2）分别取（Dm+D L ）1=0.1（Dm+D L ）和（Dm+D L ）2=0.01（Dm+D L ），编制MATLAB 或simulink 程序，比较阻尼系数不同时电机-负载模型的频率特性。
（3）分别取J L1=0.1J L 和J L ２=10J L ，编制MATLAB 或simulink 程序，比较电机-负载模型的频率特性。
实验所需具体参数如下表。
6实验步骤与结果（1） 建立从a u 到m θ的传递函数模型，由电机-负载系统框图，可以得到以下关系式：2()[()()]()mmaa m L a m L a m L a m L m ek u L J J s R J J L D D s R D D k k θ=++++++++代入数据有246.320.5355128.13857mau s s θ=++。
首先用simulink 建立电机-负载模型，如图2图2 电机负载仿真框图实验一中电机A 的系统的传递函数为：246.320.0105 2.42561mau s s θ=++根据这两个传递函数将其闭环频率特性曲线绘制出来，如下图：图3 电机A 与电机负载频率特性曲线由波特图中可以看到，此系统的频率特性由其主导极点-35.3433所决定，近似于以-35.3433为极点的一阶惯性环节的频率特性，系统的带宽也大致在35rad/s 左右。
而对于电机A ，无负载的情况下频率特性曲线为标准的二阶振荡环节的频率特性。
由此可见，加入负载后的频率特性加入负载后闭环幅频曲线的谐振峰值减小，相应的时域里面超调量减小；带宽变小，调整时间变长，快速性降低。
取（Dm+D L ）1=0.1（Dm+D L ），设为sys2，传递函数为：246.320.53551232691mau s s θ=++取（Dm+D L ）2=0.01（Dm+D L ），设为sys3，传递函数为：246.320.5355122.52574mau s s θ=++分别画出波特图，为方便比较，将sys2与sys3放在一起，我们可以看到，随着阻尼系数的减小，系统的带宽有所降低，使系统的快速性降低。
但是sys2和sys3的曲线几乎重合，说明了只改变电机和负载的粘性阻尼系数并不能对系统有较大的影响。
由于Dm+D L =270Nm/(rad/s)，乘以很小的系数以后，此项在参数中的比例很小，甚至可以忽略其影响。
图4阻尼系数不同时电机-负载模型的频率特性图取J L1=0.1J L ，设为sys4，传递函数为：246.320.06320.073857mau s s θ=++取J L1=0.1J L ，设为sys5，传递函数为：246.325.26112083857mau s s θ=++画出sys4和sys5的频率特性曲线图5负载转动惯量不同时电机-负载模型的频率特性图由此可以看出：当负载减小到一定程度时，系统会变为二阶振荡环节，从绘制的频率特性曲线上可以看出系统的带宽大大提高，系统快速性相应提高。
随着负载转动惯量的增大，主导极点将快速右移，从绘制的频率特性曲线上可以看出系统的带宽降低，系统调整时间变长，时间常数增大，系统快速性相应降低，动态性能变差。
实验四位置伺服系统建模及仿真实验1实验内容本项目在建立电机-负载这一被控对象模型后，加入系统的控制器，组成一个闭环控制系统，通过仿真检验系统性能。
2实验目的了解位置伺服系统的组成及工作原理； 了解不同控制策略对系统性能的影响。
3实验器材（1）硬件：PC 机。
（2）工具软件：操作系统：Windows 系列；软件工具：MATLAB 及simulink 。
4实验原理图1是一个以直流电机为驱动元件的位置伺服系统的方块图，Gc （s ）为控制器，u f 为与作用于转动轴上的摩擦力矩相对应的电压值。
对于位置伺服控制系统，控制器的输出并不是直接驱动电机，而是经过D/A 转换及功率放大后驱动电机带动负载运动。
控制的目标，是使由位置传感器及测量装置给出位置反馈信号跟踪指令信号。
实际的控制对象中包含D/A 、功率放大器、电机、负载、位置传感器及测量装置等环节，在本实验项目中，将各环节的模型适当简化，得到广义被控对象为如下形式：BsJsG P +=21(4.10)其中J 为等效转动惯量，B 为等效阻尼系数。
图1位置伺服系统方块图5实验要求：（1）采用PID控制器对系统进行仿真，求出负载转角的响应曲线。
要求考虑摩擦力矩、控制器输出饱和等非线性因素的影响。
（2）采用PID+干扰观测器（DOB）控制器对系统进行仿真，求出负载转角的响应曲线，并与PID控制的响应曲线进行比较。
仿真时要求考虑摩擦力矩、控制器输出饱和等非线性因素的影响。
6实验步骤与结果（1）系统仿真框图如图3.6所示，图中的theta为负载转角，u为控制器输出，Kp、Kv分别为比例和微分系数。
该仿真软件包含四个程序，具体见下表。
仿真实验的操作顺序为：第一步，设置输入指令。
系统的位置指令为正弦信号，在仿真之前应设置其幅值和频率。
应当注意，matlab 中正弦信号的幅值是以rad 为单位的，而频率是以rad/s 为单位的。
第二步，双击图2中的按钮“double click here for load parameters”加载对象模型及控制器参数。
第三步，利用simulink 的simulation\parameter 菜单设置仿真参数，令仿真步长为变步长，选则ode45算法。
第四步，点击simulink第五步，双击图2中的按钮“double click here for plot”绘制曲线。
也可以将变量输出至工作空间（matlab workspace ）自编程序画图。
在simulink 中搭建的以PD 控制器控制电机-负载模型的系统框图如下：图2 PD 控制的simulink 仿真框图其中ts=0.001s ，Kp=500，Kv=10，，输入电压u 幅值限制：-10V —+10V ，死区电压：-0.5V —+0.5V 。
输入为幅值为5弧度，频率为1rad/s 的正弦信号时，电机-负载模型的输出转角跟踪正弦参考输入的效果如下图所示图3PD 控制转角的跟踪效果由上图可知，PD 控制器对此正弦输入信号的跟踪效果一般，无论是幅值还是相位都存在一定的偏差。
（2）干扰观测器的仿真框图如图4所示：图4 干扰器simulink 仿真框图其主要作用是抑制摩擦力矩的影响，消除低速时的死区。
取干扰器的离散域传递函数为：32320.25930.33330.11110.18520.33330.03(704)z z z Q z z z z +--+-=-323222.7690067.459006 6.626006 1.9370060.33330.0304)7(e z e z e z e z z G z z -+-+-=-2468101214161820t(s)转角的跟踪效果(度)图5 PD+干扰器控制的simulink仿真结构图系统仿真框图如上图所示，图中的theta为负载转角，u为控制器输出，Kp、Kv分别为比例和微分系数，Q（z）和G2（z）组成干扰观测器。
该仿真软件包含四个程序，具体见下表。
仿真实验的操作顺序为：第一步，给定的仿真框图中没有加入控制器输出饱和环节，要求学生参照PID控制的仿真框图加入饱和环节，范围为-10V ~ +10V。
第二步，设置输入指令。
系统的位置指令为正弦信号，在仿真之前应设置其幅值和频率。
第三步，双击图5中的按钮“double click here for load parameters”加载对象模型及控制器参数。
第四步，利用simulink 的simulation\parameter 菜单设置仿真参数，令仿真步长为变步长，选则ode45算法。
第五步，点击simulink第六步，双击图5中的按钮“double click here for plot”绘制曲线。
也可以将变量输出至工作空间（matlab workspace ）自编程序画图。
当系统的参考输入为幅值大小为5度，频率为1rad/s 的正弦信号时，电机-负载模型的输出转角跟踪正弦参考输入的效果如下图6所示：图6 PD+干扰器控制转角的跟踪效果从曲线中可以看到，PD 控制器+干扰观测器的控制效果在跟踪输入的效果上，要优于仅使用PD 控制器。
其跟踪相位滞后更小，幅值误差也很小。
本实验中通过对普通PD 控制器和PD 控制器+干扰观测器的控制效果的对比，说明了干扰观测器可以有效地实现对摩擦、死区等干扰因素的抑制，提高控制精度。
2468101214161820t(s)转角的跟踪效果(度)。