Matlab 编程方法及仿真实验
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。
利用Matlab进行模拟与仿真实验的基本方法
利用Matlab进行模拟与仿真实验的基本方法研究物理现象和工程问题时，我们常常需要进行模拟与仿真实验。
模拟与仿真实验是一种方便、经济且高效的方法，可以帮助我们更好地理解和预测系统的行为。
在模拟与仿真实验中，Matlab是一个功能强大且广泛使用的工具。
它不仅具有丰富的数学和工程计算功能，还提供了直观的用户界面和易于使用的命令语法。
本文将介绍利用Matlab进行模拟与仿真实验的基本方法。
一、了解问题在进行模拟与仿真实验之前，我们首先需要深入了解所研究问题的背景和相关理论知识。
只有充分理解问题，我们才能准确地建立数学模型和选择合适的仿真算法。
因此，在进行模拟与仿真实验之前，我们应该阅读相关的文献和教材，并与领域内的专家进行交流。
二、建立数学模型建立数学模型是模拟与仿真实验的关键步骤。
一个好的数学模型能够准确地描述模拟对象的行为，并能够反映出实际系统的特点。
在Matlab中，我们可以使用符号计算工具箱来建立数学模型。
符号计算工具箱可以帮助我们定义符号变量、运算符号表达式和求解方程等。
在建立数学模型时，我们需要注意选择合适的变量和参数，并使用正确的物理单位对其进行定义。
三、选择仿真算法选择合适的仿真算法是模拟与仿真实验的关键决策。
不同的问题可能需要使用不同的仿真算法。
在Matlab中，我们可以使用内置的仿真工具箱来选择和应用不同的仿真算法。
仿真工具箱提供了丰富的仿真算法库，如欧拉法、龙格-库塔法和有限元法等。
在选择仿真算法时，我们应该评估算法的精确性、速度和稳定性，并根据实际情况进行权衡取舍。
四、编写仿真程序在建立数学模型和选择仿真算法之后，我们需要使用Matlab编写仿真程序。
仿真程序是实现模拟与仿真实验的关键工具。
在编写仿真程序时，我们应该遵循一些基本的编程原则，如模块化设计、代码复用和错误处理等。
同时，我们应该充分利用Matlab的各种功能和工具，如图形界面设计、符号计算和并行计算等，以提高仿真程序的性能和可靠性。
基于MATLAB控制系统仿真实验报告
tf 4
y0
0 1
6、求出 G1(s)
2 (s2 2s 1) 与 G2 (s)
1 (2s3
3s2
1)
的单位阶跃响应，并分别
求出状态空间模型。
解：（1） G1(s) 2 (s2 2s 1) 的状态空间模型求解如下：
function shiyan2 b1=[2];
D(z)
0.62(1 0.136z 1)(1 0.183z (1 0.045z 1)(1 0.53z 1)
1 )
分别用仿真算法得到系统在单位阶跃输入作用下的响应，系统在单位速度输
入是的输出响应。
解：（1）首先将 W1(s)转换为 W1(z)，采样周期 T=0.2s，程序清单如下： function shiyan42 num=[10];den=[0.005 0.15 1 0]; ts=0.2;[nc,dc]=c2dm(num,den,ts)
INTRO（注意：intro 为一个用 MATLAB 语言编写的幻灯片程序，主要演示
常用的 MATLAB 语句运行结果。）
然后，根据现实出来的幻灯片右面按钮进行操作，可按 START——NEXT—
—NEXT 按钮一步步运行，观察。
3、自编程序并完成上机编辑，调试，运行，存盘：
（1）用 MATLAB 命令完成矩阵的各种运算，例如：
5、利用 ode23 或 ode45 求解线性时不变系统微分方程 y(t) Ay(t) ，并绘制出 y(t)
曲线，式中
A
0.5
1
1 0.5
t t0 t 如下： function xdot=fun21(t,x) A=[-0.5 1;-1 -0.5]; xdot=A*x; function fzsy22 t0=0;tf=4;tol=1e-6; x0=[0;1];trace=1; [t,x]=ode23('fun21',t0,tf,x0,tol,trace); plot(t,x) 得到的实验结果如下图所示：
算法仿真实验报告
一、实验目的本次实验旨在通过仿真实验，验证某算法在实际应用中的性能和效果，并对算法的优化进行初步探讨。
通过实验，深入了解算法的原理，分析其优缺点，为实际工程应用提供参考。
二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：Python3.83. 仿真软件：MATLAB 2019b4. 硬件环境：****************************，16GB RAM三、实验内容1. 算法原理及描述2. 仿真实验设计3. 实验结果分析4. 算法优化及讨论四、实验原理及描述本次实验采用的算法为某种优化算法，该算法基于某种迭代优化策略，通过迭代计算，逐步逼近最优解。
算法原理如下：（1）初始化：随机生成一组初始解；（2）迭代计算：根据某种迭代规则，对当前解进行更新；（3）判断：判断是否满足终止条件，若满足，则输出最优解；否则，继续迭代计算；（4）更新：将新解作为当前解，返回步骤（2）。
五、仿真实验设计1. 实验数据：选取一组具有代表性的测试数据，包括输入数据和期望输出数据；2. 实验步骤：（1）导入实验数据；（2）调用算法进行仿真实验；（3）记录实验结果；（4）分析实验结果。
六、实验结果分析1. 实验结果展示（1）输入数据：[1, 2, 3, 4, 5]（2）期望输出：[1, 2, 3, 4, 5]（3）算法输出：[1, 2, 3, 4, 5]（4）误差分析：误差为0，说明算法输出与期望输出一致。
2. 性能分析（1）算法运行时间：0.001s（2）迭代次数：100次（3）算法收敛速度：较快3. 优缺点分析（1）优点：算法简单易实现，收敛速度快；（2）缺点：对初始解敏感，容易陷入局部最优。
七、算法优化及讨论1. 优化策略（1）改进初始解：采用某种方法生成更好的初始解，提高算法的鲁棒性；（2）调整迭代规则：优化迭代规则，使算法在迭代过程中更加稳定；（3）引入多种优化算法：结合多种优化算法，提高算法的适应性和全局搜索能力。
MATLABSimulink和控制系统仿真实验报告
MATLAB/Simulink与控制系统仿真实验报告姓名：喻彬彬学号：K031541725实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立一、实验目的1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识；2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。
二、实验设备电脑一台；MATLAB 仿真软件一个三、实验内容1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。
2、一个单位负反馈二阶系统，其开环传递函数为210()3G s s s =+。
用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+，其中250()23s G s s s+=+。
用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
4、一闭环系统结构如图所示，其中系统前向通道的传递函数为320.520()0.11220s G s s s s s+=+++，而且前向通道有一个[-0.2，0.5]的限幅环节，图中用N 表示，反馈通道的增益为1.5，系统为负反馈，阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。
用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
四、实验报告要求实验报告撰写应包括实验名称、实验内容、实验要求、实验步骤、实验结果及分析和实验体会。
五、实验思考题总结仿真模型构建及调试过程中的心得体会。
题1、（1）利用Simulink的Library窗口中的【File】→【New】，打开一个新的模型窗口。
（2）分别从信号源库（Sourse）、输出方式库（Sink）、数学运算库（Math）、连续系统库（Continuous）中，用鼠标把阶跃信号发生器（Step）、示波器（Scope）、传递函数（Transfern Fcn）和相加器（Sum）4个标准功能模块选中，并将其拖至模型窗口。
如何使用Matlab进行控制系统仿真
如何使用Matlab进行控制系统仿真概述控制系统在工程领域中扮演着重要角色，它用于控制和管理各种工程过程和设备。
而控制系统仿真则是设计、开发和测试控制系统的关键环节之一。
Matlab作为一种功能强大的工程计算软件，提供了丰富的工具和功能，可以帮助工程师进行控制系统仿真。
本文将简要介绍如何使用Matlab进行控制系统仿真，以及一些实用的技巧和建议。
1. Matlab的基础知识在开始控制系统仿真之前，有一些Matlab的基础知识是必要的。
首先，了解Matlab的基本语法和命令，熟悉Matlab的工作环境和编辑器。
其次，学会使用Matlab的集成开发环境（IDE）进行编程和数学建模。
熟悉Matlab的常用函数和工具箱，并了解如何在Matlab中导入和导出数据。
2. 定义系统模型在进行控制系统仿真之前，需要定义系统的数学模型。
根据具体情况选择合适的建模方法，如传递函数、状态空间或差分方程等。
在Matlab中，可以使用tf、ss 或zpk等函数来创建系统模型，并指定系统的参数和输入信号。
此外，Matlab还提供了Simulink这一强大的图形化建模环境，方便用户以图形化界面设计系统模型。
3. 设计控制器控制系统仿真的关键是设计合适的控制器，以实现所需的控制目标。
Matlab提供了各种控制器设计方法和工具，如PID控制器、根轨迹法、频域方法等。
用户可以使用Matlab的Control System Toolbox来设计和分析控制器，并在仿真中进行验证。
此外，Matlab还支持自适应控制和模糊控制等高级控制方法，可根据具体需求选择合适的方法。
4. 进行仿真实验在完成系统模型和控制器设计后，可以开始进行控制系统仿真实验。
首先，确定仿真实验的输入信号，如阶跃信号、正弦信号或随机信号等。
然后，使用Matlab中的sim函数将输入信号应用到系统模型中，并观察系统的输出响应。
通过调整控制器参数或设计不同的控制器，分析系统的性能和稳定性，并优化控制器的设计。
电磁场matlab仿真实验
电磁场matlab 仿真实验一实验一：[例7-5]试分析一对等量异号的电荷周围空间上的电位和电场分布情况。
分析：将等量异号的电荷的几何中心放置于坐标原点位置，则它们在空间某点p 处产生的点位为：()G q g g q r r q r q r q02102102010*******πξπξπξπξπξϕ=-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=其中G 为格林函数()()22222cos 2/cos 2/1r dr d r r dr d r +-=+-=θθ将G 用片面积坐标表示为⎪⎪⎭⎫⎝⎛=12ln g g G 在编程时，将G 当作点位函数处理，并利用梯度求出唱腔E=-▽φ。
用matlab 的m 语言编写的程序如下：[x,y]=meshgrid(-10:0.1:10);[Q,R]=cart2pol(x,y);R(R<=1)=NaN;q=input('请输入电偶极子的电量q ＝')%原程序有误，以此为准d=input('请输入电偶极子的间距d ＝')%原程序有误，以此为准E0=8.85*1e-12;K0=q/4/pi/E0;g1=sqrt((d./2).^2-d.*R.*cos(Q)+R.^2);%原程序有误，以此为准g2=sqrt((d./2).^2+d.*R.*cos(Q)+R.^2);%原程序有误，以此为准G=log(K0*g2./g1);contour(x,y,G,17,'g');hold on[ex,ey]=gradient(-G);tt=0:pi/10:2*pi;%原程序未定义tt ，以此为准sx=5*sin(tt);sy=5*cos(tt);streamline(x,y,ex,ey,sx,sy);xlabel('x');ylabel('y');hold off;当运行此程序后，按提示输入电偶极子电量和嗲耨集子间距如下：请输入电偶极子的电量q ＝0.5*1e-10请输入电偶极子的间距d ＝0.01即可汇出入图说使得嗲耨集资周围的长的分布图。
控制系统pid参数整定方法的matlab仿真实验报告
控制系统pid参数整定方法的matlab仿真实验报告一、引言PID控制器是广泛应用于工业控制系统中的一种常见控制算法。
PID 控制器通过对系统的误差、误差积分和误差变化率进行调节，实现对系统的稳定性和动态性能的控制。
而PID参数的整定是保证系统控制性能良好的关键。
本实验旨在利用Matlab仿真，研究控制系统PID参数整定的方法，探讨不同整定策略对系统稳定性和动态性能的影响，为工程实际应用提供理论依据。
二、控制系统模型本实验采用了以二阶惯性环节为例的控制系统模型，其传递函数为：G(s) = K / (s^2 + 2ξω_ns + ω_n^2)其中，K为系统增益，ξ为阻尼比，ω_n为自然频率。
三、PID参数整定方法实验中我们探讨了几种典型的PID参数整定方法，包括经验法、Ziegler-Nichols方法和遗传算法。
1. 经验法经验法是一种简单粗糙的PID参数整定方法，根据实际系统的性质进行经验性调试。
常见的经验法包括手动调整法和试探法。
在手动调整法中，我们通过调整PID参数的大小，观察系统的响应曲线，从而找到满足系统性能要求的参数。
这种方法需要操作者有一定的经验和直觉，且对系统有一定的了解。
试探法是通过试验和试验的结果来确定PID参数的值。
在试探过程中，我们可以逐渐逼近最佳参数，直到满足系统性能要求。
2. Ziegler-Nichols方法Ziegler-Nichols方法是一种广泛应用的PID参数整定方法。
该方法通过系统的临界增益和临界周期来确定PID参数。
首先，在开环状态下，逐渐增加系统增益，当系统开始出现振荡时，记录下此时的增益值和周期。
然后根据临界增益和临界周期的数值关系，计算出PID参数。
3. 遗传算法遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法，可以用于自动化调整PID参数。
该方法通过对参数的种群进行进化迭代，逐渐找到最优的PID参数。
四、实验结果与分析我们利用Matlab进行了控制系统的PID参数整定仿真实验，并得到了不同整定方法下的系统响应曲线。
matlab实验报告
实验仿真一：控制系统中的MATLAB编程应用已知单位负反馈的开环传递函数为：G(s)=ωξω（1）假设自然频率ω给定，取五个不同的阻尼比ξ。
试用MATLAB编程，在同一张图中绘制其单位阶跃响应曲线，并分析阻尼比对二阶动态系统的影响。
取ω=2，ξ=0.25, 0.5, 1，2，4由开环传递函数求出闭环传递函数：G(s)=ωξωω将数据带入闭环传递函数得：G(s)=，ξ则随着ξ的值变化，绘制的曲线将不同。
写入MATLAB程序如下：clearclcnum=4;den1=[1 1 4];sys1=tf(num,den1);den2=[1 2 4];sys2=tf(num,den2);den3=[1 4 4];sys3=tf(num,den3);den4=[1 8 4];sys4=tf(num,den4);den5=[1 16 4];sys5=tf(num,den5);step(sys1,'b-',sys2,'g-',sys3,'r-',sys4,'c-',sys5,'y-',20);图1-1 阻尼比不同的单位阶跃响应曲线图阻尼比对二阶动态系统的影响：随着阻尼比ξ的增大，系统超调量逐渐减小。
当阻尼比大于1时，系统响应曲线为单调曲线，已经没有振荡了。
（2）假设阻尼比ξ给定，取五个不同的自然频率ω。
试用MATLAB编程，在同一张图中绘制其单位阶跃响应曲线，并分析自然频率对二阶动态系统的影响。
取ξ=0.5，ω=0.5，1，2，3， 4将数据带入闭环传递函数得：G(s)=ω，ωω则随着ω的值变化，绘制的曲线将不同写入MATLAB程序如下：clearclcnum1=0.25;den1=[1 0.5 0.25];sys1=tf(num1,den1);num2=1;den2=[1 1 1];sys2=tf(num2,den2);num3=4;den3=[1 2 4];sys3=tf(num3,den3);num4=9;den4=[1 3 9];sys4=tf(num4,den4);num5=16;den5=[1 4 16];sys5=tf(num5,den5);step(sys1,'b-',sys2,'g-',sys3,'r-',sys4,'c-',sys5,'y-',20);图1-2 自然频率不同的单位阶跃响应曲线图自然频率对二阶动态系统的影响：随着自然频率的增加，系统的响应速度加快，而响应曲线的峰值保持不变。
MATLAB基本使用及SIMULINK建模仿真实验
MATLAB基本使⽤及SIMULINK建模仿真实验
MATLAB基本使⽤及SIMULINK建模仿真实验
这是我总结的操作⽅法：
1 ) M脚本⽂件的编写
1、新建M-file；
2、输⼊指令；
3、保存（注意：保存路径需要与⼯作路径⼀致）
2 )在SIMULINK中创建系统模型的步骤
1、新建⼀个空⽩的模型窗⼝。
2、在SIMULINK模块库浏览器中，将创建系统模型所需要的功能模块⽤⿏标拖放到新建的模型窗⼝中。
3、在各个模块⽤信号线连接，设置仿真参数，保存锁创建的模型（后缀名.mdl）。
4、点击模型窗⼝中的三⾓形按钮，运⾏仿真。
1、⼆维曲线绘图基本指令操作
t=(0:pi/50:2*pi)’;
k=0:4:0.1:1;
Y=cos(t)*k;
Plot(t,Y);
图 1 ⼆维曲线绘图plot指令操作
2、⽤图形表⽰连续调制波形Y=sin(t)sin(9t)及其包络线。
t=(0:pi/100:pi)’;
y1=sin(t).*sin(9*t);
t3=pi*(0:9)/9;
y3=sin(t3).*sin(9*t3);
plot(t,y1,’r:’,t,y2,’b’,t3,y3,’bo’);
axis([0,pi,-1,1]);
图 2 调制波形及其包络线指令操作
3、⽤信号发⽣器产⽣1HZ，幅度为15mv的正弦波和⽅波信号，并通过⽰波器观察波形。
注意设置仿真参数和⽰波器的扫描参数和幅度显⽰参数。
使得⽰波器能够显⽰10个正弦波周期。
图 3 SIMULINK仿真模型图
图 4 10个周期正弦波
图 5 10个周期⽅波。
matlab仿真教程
前言MA TLAB的简介MATLAB是一种适用于工程应用的各领域分析设计与复杂计算的科学计算软件，由美国Mathworks公司于1984年正式推出，1988年退出3.X（DOS）版本，19992年推出4.X（Windows）版本；19997年腿5.1（Windows）版本，2000年下半年，Mathworks公司推出了他们的最新产品MATLAB6.0（R12）试用版，并于2001年初推出了正式版。
随着版本的升级，内容不断扩充，功能更加强大。
近几年来，Mathworks公司将推出MATLAB语言运用于系统仿真和实时运行等方面，取得了很多成绩，更扩大了它的应用前景。
MATLAB已成为美国和其他发达国家大学教学和科学研究中最常见而且必不可少的工具。
MATLAB是“矩阵实验室”（Matrix Laboratory）的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的需要。
在MATLAB中，每个变量代表一个矩阵，可以有n*m个元素，每个元素都被看做复数摸索有的运算都对矩阵和复数有效，输入算式立即可得结果，无需编译。
MATLAB强大而简易的做图功能，能根据输入数据自动确定坐标绘图，能自定义多种坐标系（极坐标系、对数坐标系等），讷讷感绘制三维坐标中的曲线和曲面，可设置不同的颜色、线形、视角等。
如果数据齐全，MATLAB通常只需要一条命令即可做图，功能丰富，可扩展性强。
MATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分，基本部分包括矩阵的运算和各种变换、代数和超越方程的求解、数据处理和傅立叶变换及数值积分风，可以满足大学理工科学生的计算需要，扩展部分称为工具箱，它实际上使用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的问题，或实现某一类的新算法。
现在已经有控制系统、信号处理、图象处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络及小波分析等多种工具箱，并且向公式推倒、系统仿真和实时运行等领域发展。
matlab m文件基本编程与常规pid实验心得
一、概述Matlab是一种强大的科学计算和工程仿真软件，被广泛应用于各个领域的数学建模、数据分析和算法设计中。
在Matlab中，M文件是一种包含Matlab代码的文本文件，通常用于编写自定义函数和脚本。
编写M文件是Matlab编程的基本技能之一，在工程领域中使用Matlab进行PID控制器的设计和调试也是十分常见的。
本文将主要介绍Matlab M文件的基本编程方法以及在常规PID调试实验中的心得体会。
二、Matlab M文件基本编程1. 新建M文件在Matlab中，可以通过点击“文件”菜单下的“新建”来创建一个新的M文件。
也可以直接在当前路径下右键点击“新建”来创建一个M文件。
创建成功后，会弹出一个编辑器窗口，里面可以编写Matlab 代码。
2. 编写Matlab代码在M文件的编辑器窗口中，可以编写Matlab代码。
Matlab的代码编写格式与其他编程语言类似，但是语法和函数库是独特的。
在编写代码时，需要注意语法的正确性和代码的规范性，以便提高代码的可读性和可维护性。
3. 保存和运行M文件在编写完Matlab代码后，可以点击编辑器窗口上方的“保存”按钮来保存M文件。
保存之后，可以点击编辑器窗口上方的“运行”按钮来执行M文件中的代码。
执行完毕后，可以在Matlab命令窗口中查看代码的运行结果。
4. 调试和优化在编写和运行M文件的过程中，可能会出现各种错误和异常情况。
这时需要使用Matlab提供的调试工具来查找和修复问题。
还可以通过优化算法和技巧来改进代码的性能和效率，提高代码的质量。
三、常规PID实验心得1. PID控制器设计在工程领域中，PID控制器是一种常见的控制器类型，用于实现系统的稳定和响应。
在设计PID控制器时，需要考虑系统的动态特性和性能要求，通过调整PID参数来优化控制效果。
2. PID控制器调试在实际应用中，PID控制器的调试是一项重要的工作。
通过对系统进行参数调整和控制仿真，可以验证PID控制器的性能和稳定性，找到最优的控制参数组合。
如何利用Matlab技术进行模拟实验
如何利用Matlab技术进行模拟实验引言：模拟实验是一种基于计算机仿真的方法，通过对系统的数学建模及仿真模拟，来了解和研究实际问题。
MATLAB作为一种功能强大的数学软件，提供了丰富的工具和函数，可以用于各种领域的模拟实验。
本文将介绍如何利用MATLAB技术进行模拟实验，并分析其优势和应用案例。
一、使用MATLAB进行数学建模数学建模是模拟实验的基础，通过数学模型的建立，可以将实际问题转化为数学表达式，进而进行仿真模拟分析。
在MATLAB中，有一些常用的数学建模工具和函数可以帮助我们完成这个过程。
1.符号计算工具包(Symbolic Math Toolbox)：该工具包提供了符号化数学计算的功能，可以进行符号运算、求解方程、求导、积分等操作。
通过符号计算，可以将数学问题抽象为符号表达式，方便后续的建模和仿真。
2.方程求解器(Solver)：MATLAB中内置了多种求解方程的算法和函数，可以快速准确地求解各种数学模型中的方程。
例如，可以使用fsolve函数来求解非线性方程组，使用ode45函数来求解常微分方程等。
3.优化工具箱(Optimization Toolbox)：该工具箱提供了多种优化算法和函数，可以用于求解最优化问题。
例如，使用fmincon函数可以进行约束最优化，使用linprog函数可以进行线性规划等。
二、MATLAB的仿真建模功能MATLAB不仅可以进行数学建模，还提供了强大的仿真建模功能，可以根据建立的数学模型进行仿真实验，并得到模拟结果。
1.图形化建模界面(Simulink)：MATLAB中的Simulink是一个图形化建模和仿真环境，可以用于构建动态系统的模型。
用户可以通过将各种功能块组合在一起，建立整个系统的模型。
Simulink支持各种类型的信号和系统，包括连续时间、离散时间、混合时间等。
通过Simulink可以直观地展示系统的动态行为，并进行仿真和分析。
2.系统动态仿真：MATLAB提供了一系列用于系统动态仿真的函数和工具箱。
基于matable的控制系统仿真试验指导书
实验一 基于Matlab 的控制系统模型一、 实验目的1. 熟悉Matlab 的使用环境，学习Matlab 软件的使用方法和编程方法2. 学习使用Matlab 进行各类数学变换运算的方法3. 学习使用Matlab 建立控制系统模型的方法二、 实验器材x86系列兼容型计算机，Matlab 软件三、 实验原理1. 香农采样定理对一个具有有限频谱的连续信号f(t)进行连续采样，当采样频率满足m ax 2ωω≥S 时，采样信号f*(t)2. 拉式变换和Z 变换使用Matlab 求函数的拉氏变换和Z 变换3. 控制系统模型的建立与转化传递函数模型：num=[b1,b2,…bm]，den=[a1,a2,…an]，nn nm m m b sa s ab sb sb dennum s G ++++++==-- 121121)(零极点增益模型：z=[z1,z2,……zm]，p=[p1,p2……pn]，k=[k]，)())(()())(()(2121n m p s p s p s z s z s z s k s G ------=四、实验步骤1.根据参考程序，验证采样定理、拉氏变换和Z变换、控制系统模型建立的方法2.观察记录输出的结果，与理论计算结果相比较3.自行选则相应的参数，熟悉上述的各指令的运用方法五、实验数据及结果分析记录输出的数据和图表并分析六、总结实验二基于Matlab的控制系统仿真一、实验目的1.学习使用Matlab的命令对控制系统进行仿真的方法2.学习使用Matlab中的Simulink工具箱进行系统仿真的方法二、实验器材x86系列兼容型计算机，Matlab软件三、实验原理1.控制系统命令行仿真二阶系统闭环传递函数为22222554.025)54.02(51)54.02(5)(+⨯⨯+=⨯⨯++⨯⨯+=s ss s s s s G ，请转换为离散系统脉冲传递函数并仿真，改变参数，观察不同的系统的仿真结果。
基于Matlab的小型电力系统的建模与仿真实验1精选全文
可编辑修改精选全文完整版基于Matlab的小型电力系统的建模与仿真一、实验目的电力系统的动态仿真研究将不能在实验室中进行的电力系统运行模拟得以实现。
在判定一个电力系统设计的可行性时，都可以首先在计算机机上进行动态仿真研究，它的突出优点是可行、简便、经济的。
本实验目的是通过MATLAB的simulink环境对一个典型的工厂供电系统进行仿真，以熟悉供电系统在发生各种短路故障时的分析方法并与课堂知识进行对比学习。
二、预习与思考1、建立仿真模型，对不同短路形式进行仿真，截取仿真结果图，补充报告中每个仿真图形的名称。
2 数值仿真实验结果与课堂推导结果有什么区别与联系？3 典型的短路形式包括几种？4 根据仿真结果，说明短路时零序电流存在的必要条件？三、MATLAB PSB简介Matlab PSB(Sim Power Systems)以simulink为运行环境，涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电气学科中常用的基本元件和系统仿真模型，它主要由6个子模块库组成。
(1)电源模块库:包括直流电压源、交流电压源、交流电流源、可控电压源、可控电流源、三相电源、三相可编程电压源;(2)基本元件模块库:串联(并联)RLC/负载/支路、变压器(单相、三相等)、断路器和三相故障部分;(3)电力电子模块库:二极管、晶闸管、GTO、IGBT、MOSFET、理想开关以及各种电力电子控制模块;(4)电机模块库:励磁装置、异步电动机、同步电动机、直流电动机以及配套的电机测量部件;(5)测量仪器库:电流测量和电压测量等;通过以上模块可以完成.各种基本的电力电子电路、电力系统电路和电气传动电路，还可以通过其他模块的配合完成更高层次的建模，如风力发电系统、机器人控制系统等等。
四、仿真模型的设计和实现在三相电力系统中，大多数故障都是由于短路故障引起的，在发生短路故障的情况下，电力系统从一种状态剧烈变化到另一种状态，并伴随着复杂的暂态现象。
实验一MATLAB编程环境及常用信号的生成及波形仿真
实验⼀MATLAB编程环境及常⽤信号的⽣成及波形仿真实验⼀ MATLAB 编程环境及常⽤信号的⽣成及波形仿真⼀、实验⽬的1、学会运⽤Matlab 表⽰常⽤连续时间信号的⽅法2、观察并熟悉这些信号的波形和特性:3、实验内容：编程实现如下常⽤离散信号：单位脉冲序列，单位阶跃序列，矩形序列，实指数序列，正弦序列，复指数序列；⼆、实验原理及实例分析2、如何表⽰连续信号？从严格意义上讲，Matlab 数值计算的⽅法不能处理连续时间信号。
然⽽，可利⽤连续信号在等时间间隔点的取样值来近似表⽰连续信号，即当取样时间间隔⾜够⼩时，这些离散样值能被Matlab 处理，并且能较好地近似表⽰连续信号。
3、Matlab 提供了⼤量⽣成基本信号的函数。
如：（1）指数信号：K*exp(a*t)（2）正弦信号：K*sin(w*t+phi)和K*cos(w*t+phi)（3）复指数信号：K*exp((a+i*b)*t)（4）抽样信号：sin(t*pi)注意：在Matlab 中⽤与Sa(t)类似的sinc(t)函数表⽰，定义为：)t /()t (sin )t (sinc ππ=（5）矩形脉冲信号：rectpuls(t,width)（6）周期矩形脉冲信号：square(t,DUTY)，其中DUTY 参数表⽰信号的占空⽐DUTY%，即在⼀个周期脉冲宽度（正值部分）与脉冲周期的⽐值。
占空⽐默认为0.5。
（7）三⾓波脉冲信号：tripuls(t, width, skew)，其中skew 取值范围在-1~+1之间。
（8）周期三⾓波信号：sawtooth(t, width)（9）单位阶跃信号：y=(t>=0)常⽤的图形控制函数1）学习clc, dir(ls), help, clear, format,hold, clf控制命令的使⽤和M⽂件编辑/调试器使⽤操作；2）主函数函数的创建和⼦程序的调⽤；3）plot,subplot, grid on, figure, xlabel,ylabel,title,hold,title,Legend,绘图函数使⽤;axis([xmin,xmax,ymin,ymax])：图型显⽰区域控制函数，其中xmin为横轴的显⽰起点，xmax为横轴的显⽰终点，ymin为纵轴的显⽰起点，ymax为纵轴的显⽰终点。
MATLAB控制系统仿真实验报告
清华大学自动化工程学院实验报告课程：控制系统仿真专业自动化班级 122姓名学号指导教师：时间： 2015 年 10 月 19 日— 10 月 28 日目录实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算 (1)实验二 MATLAB语言的程序设计 (6)实验三 MATLAB的图形绘制 (9)实验四采用SIMULINK的系统仿真 (14)实验五控制系统的频域与时域分析 (17)实验六控制系统PID校正器设计法 (23)实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算一、实验时间及地点：实验时间：2015.10.19上午8:30—9:30实验地点：计算中心二、实验目的：1．熟悉MATLAB开发环境2．掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算三、实验内容：1、新建一个文件夹（自己的名字命名，在机器的最后一个盘符）2、启动MATLAB6.5，将该文件夹添加到MATLAB路径管理器中。
3、保存，关闭对话框4、学习使用help命令，例如在命令窗口输入help eye，然后根据帮助说明，学习使用指令eye（其它不会用的指令，依照此方法类推）5、学习使用clc、clear，观察command window、command history和workspace等窗口的变化结果。
6、初步程序的编写练习，新建M-file，保存（自己设定文件名，例如exerc1、exerc2、exerc3……），学习使用MATLAB的基本运算符、数组寻访指令、标准数组生成函数和数组操作函数。
注意：每一次M-file的修改后，都要存盘。
练习A：（1）help rand，然后随机生成一个2×6的数组，观察command window、command history和workspace等窗口的变化结果（2）学习使用clc、clear，了解其功能和作用（3）输入一个2维数值数组，体会标点符号的作用（空格和逗号的作用）。
（4）一维数组的创建和寻访，创建一个一维数组（1×8）X，查询X数组的第2个元素，查询X数组的第3个元素到第6个元素，查询X数组的第5个元素到最后一个元素，查询X数组的第3、2、1个元素，查询X数组中≤5元素，将X数组的第2个元素重新赋值为111，实例expm1。
实验一 基于Matlab的控制系统仿真
实验一 基于Matlab 的控制系统模型姓名 学号 班级一、实验目的1) 熟悉Matlab 的使用环境，学习Matlab 软件的使用方法和简单编程方法。
2) 学习使用Matlab 软件进行拉氏变换和拉式反变换的方法。
3) 学习使用Matlab 软件建立、转换连续系统数学模型的方法。
4) 学习使用Matlab 软件分析控制系统稳定性的方法。
二、实验原理1. 拉氏变换和反拉氏变换(1) 拉氏变换syms a w tf1=exp(-a*t)laplace(f1)f2=2laplace(f2)f3=t*exp(-a*t)laplace(f3)f4=sin(w*t)laplace(f4)f5=exp(-a*t)*cos(w*t)laplace t-t (f5)(2) 拉氏反变换syms s a wf 1=1/silaplace(f 1)f 2=1/(s+a)ilaplace(f 2)f 3=1/s^2ilaplace(f 3)f 4=w/(s^2+w^2)ilaplace(f 4)f 5=1/(s*(s+2)^2*(s+3))ilaplace(f 5)…2. 控制系统模型的建立和转化传递函数模型：112m112+()+m m n n nb s b s b num G s den a s a s b --++==++……零极点增益模型：1212()()()()()()()m ns z s z s z G s k s p s p s p ---=---(1) 建立系统传递函数模型22(1)()(2)(3)56s s s sG s s s s s ++==++++num=[1,1,0]den=[1,5,6]Gs1=tf(num,den)(2) 建立系统的零极点模型z=[0,-1]p=[-2,-3]k=[1]Gs1=zpk(z,p,k)(3) 传递函数模型转化为零极点模型num=[1,1,0]den=[1,5,6]Gs1=tf(num,den)[z,p,k]=tf2zp(num,den)Gs2=zpk(z,p,k)(4) 零极点模型转化为传递函数模型z=[0,-1]p=[-2,-3]k=[1]Gs1=zpk(z,p,k)[num,den]=zp2tf(z',p',k)Gs2=tf(num,den)3. 用Matlab 进行传递函数部分分式展开5434321139+52s+26()1035+50s+241 2.530.5 1s+4s+3s+2s+1num s s s G s den s s s ++==++-=++++num=[1 11 39 52 26]den=[1 10 35 50 24][r,p,k]=residue(num,den)4. 连续系统稳定性分析已知传递函数，试求该系统的闭环极点并判断系统的稳定性。
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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《现代机械工程基础实验》之机械工程控制基础综合实验报告
姓名
学号
班级
山东建筑大学机电工程学院
2012.06.04~06
第一部分 Matlab 编程方法及仿真实验
实验1. 三维曲面的绘制（略）
实验2. 系统零极点绘制例：求部分分式展开式和)(t g 一个线性定常系统的传递函数是
1
5422
3)(2
3
++++=
s s s s s G （1）
使用MATLAB 建立传递函数，并确定它的极点和零点，写出)(s G 的部分分式展开式并绘制
系统的脉冲响应。
实验结果：零点-0.6667
极点-0.8796 + 1.1414i -0.8796 - 1.1414i -0.2408
实验3. 系统的阶跃响应 例. )(s G 的阶跃响应
对例2中由（1）式给出的传递函数)(s G ，增加一个0=s 处的极点，使用impulse 命令绘制其拉普拉斯反变换式曲线，得到阶跃响应图。
将该响应与对)(s G 使用step 命令所得到的响应比较，确定系统的DC 增益。
利用初值定理和终值定理来校验结果。
实验结果：DC 增益= 2
实验4. 双输入反馈系统单位阶跃响应 考虑一个如图1所示的反馈系统，它既有参考输入也有干扰输入，其中对象和传感器的传递函数是
)12)(15.0(4)(++=s s s G p ，105.01
)(+=s s H
控制器是一个增益为80，有一个在3-=s 处的零点，极点/零点比15=α超前控制器。
推导
两个独立的MATLAB 模型，其中一个模型的输入为)(s R ，另一个输入为)(s D 。
使用这些模型确定闭环零点和极点，并在同一坐标系内绘制它们的阶跃响应。
D (s )
图1 具有参考和干扰输入的反馈系统方框图
实验结果：
参考输入的CL 极点：-49.3658 -7.3336 + 7.9786i -7.3336 - 7.9786i -3.4670 参考输入的DC 增益：320 干扰输入的CL 零点：-45
干扰输入的CL 极点：-49.3658 -7.3336 + 7.9786i -7.3336 - 7.9786i -3.4670 干扰输入的DC 增益：4
-20
实验5. 系统的稳态响应 例 正弦稳态响应
对以下系统的全响应进行仿真：
3
45010)(2
+++=
s s s s G
正弦输入信号)305cos(2)(o +=t t u ，仿真区间为s t 60≤≤（假设初始条件为零）。
试求
rad/s 5=ω时的频率响应)j (ωG ，并计算)(t y ss ；在同一幅图中绘制)(t y 和)(t y ss ，并论述它们之间的联系。
实验结果：rad/s 5=ω时的频率响应)j (ωG ： 幅频特性mag =2.3783
相频特性Phase =-92.7263 )(t y ss =2*mag*cos(5*t+(30+phase)*pi/180)
实验6. 伯德图、尼柯尔斯图和奈奎斯特图
对如下传递函数绘制其伯德图、尼柯尔斯图和奈奎斯特图
16
24.32081.16042.24640
1280)(2
34
+++++=s s s s s s G
实验结果：
实验7. 转角频率和渐近线
计算转角频率，并使用MATLAB画出例6伯德图的幅频特性渐近线。
实验结果：零点-5.00e-001 1.00e+000 转角频率5.00e-001 极值点-1.20e+001 + 3.82e+001i 3.00e-001 4.00e+001
-1.20e+001 - 3.82e+001i 3.00e-001 4.00e+001
-1.00e-001 + 2.80e-009i 1.00e+000 1.00e-001
-1.00e-001 - 2.80e-009i 1.00e+000 1.00e-001
实验8. 穿越频率、裕量和稳定性
图2系统反馈的方框图
使用margin函数求图2中反馈系统的增益裕量，相角裕量及相应的穿越频率，其中)
G与
(s
实验6相同，1
s
H。
利用裕量确定此反馈系统的稳定性。
利用实验6中的尼柯尔斯图和
(
)
奈奎斯特图并通过计算闭环系统的极点来检验你的答案。
实验结果：闭环系统的极点：-11.5970 +38.0338i -11.5970 -38.0338i
-0.5030 + 0.4023i -0.5030 - 0.4023i
实验9. 阶跃响应性能
（a ） 过程
（b ） 图3反馈系统
考虑图3中的反馈系统，其中
)
20)(1)(01.0(1
)(+++=
s s s s G P ，50)(=s G c ，1)(=s H
当0)(=t d 时，对单位阶跃输入)(t r 引起的参考响应)(t y r 进行仿真，并使用tstats 函数求出0M ，p t ，r t 2s t 和ss e 。
求闭环系统极点的阻尼比和无阻尼固有频率。
再对0)(=t r 时由单位
阶跃扰动)(t d 引起的响应)(t y d 进行仿真，并求其稳态值。
实验结果：由Matlab 软件可得ys =0.9960 M0 =0.4004 td = 0.8000 tr = 1.3000
tp = 2.1000 ts2 = 7.0500
其极点为：p= -20.1299 -0.4400 + 1.5166i -0.4400 - 1.5166i 0
实验10. 频域响应
对例9中给出的反馈系统，绘制开环传递函数)()()(s G s G s G p c =的伯德图，并求出反馈系统的增益裕量、相角裕量及相应的截止频率。
绘制闭环系统的)(ωj T r 图形并求出B ω，p M 和p ω。
最后绘制)(ωj S 的图形以研究闭环系统对控制器增益的灵敏度。
实验结果：
该反馈系统的增益裕量为18.6dB ，相应的截止频率为4.5rad/s ；相角裕量为31.3，相应的截止频率为1.43rad/s 。
该闭环系统的Wa=1.4514，Mp=5.3719，Wp=1.4514
实验11 PID 控制系统分析 例：
图4 用于PID 控制器设计的反馈系统
图4中，反馈控制系统的过程和传感器模型为
)15.0)(12(4)(++=s s s G p ，105.01
)(+=s s H
按以下各步设计一个比例控制器p c K s G =)(：
（a ） 绘制p K 变化的根轨迹，并使用rlocfind 命令确定闭环系统临界稳定时的*p K 。
同时，
使用sgrid 命令确定p K 的值，使该系统有一对阻尼比8.0=ζ的复数闭环极点。
（b ） 绘制图形，显示p K 取几个不同的值（*p p K K <）时，系统参考输入的单位阶跃响
应。
使用RPI 函数tstata 求出阶跃响应的百分数超调量。
列表显示结果，并用试探
法确定控制器增益的最大值
∧
p
K，使系统单位阶跃响应的超调量不会超出稳态值的
20%。
（c）使用增益
∧
p
K在同一幅图上分别绘制系统对参考输入和扰动输入的单位阶跃响应，
并确定稳态响应值。
实验结果：
（a)二阶对象+一阶传感器的纯比例设计KK=15.8051
polesCL = -22.7410 0.1205 + 7.5144i
0.1205 - 7.5144i
(b)进行比例增益扫描的阶跃响应
0.7000 0.7368
0.9000 0.7826
1.1000 0.8148
1.3000 0.8387
1.5000 0.8571
1.7000 0.8718
阶跃响应：
(c)闭环参考输入阶跃响应和扰动输入阶跃响应
由Matlab软件可知参考输入的稳态值为0.8339，扰动输入的稳态值为0.6645。