六个实战示例--自动控制理论--Simulink仿真
SIMULINK仿真
后面的每一列对应每一个输入端口，矩阵的第一行表示某 一时刻各输入端口的输入状态。另外，也可以把矩阵分开 来表示，即MATLAB默认的表示方法[t，u]，其中t是一维 时间列向量，表示仿真时间，u是和t长度相等的n维列向 量（n表示输入端口的数量），表示状态值。例如，在命 令窗口中定义t和u：
条件执行子系统分为
1．使能子系统
使能子系统表示子系统在由控制信号控制时，控制信号由 负变正时子系统开始执行，直到控制信号再次变为负时结 束。控制信号可以是标量也可以是向量。
建立使能子系统的方法是：打开Simulink模块库中的Ports & Subsystems模块库，将Enable模块复制到子系统模型 中，则系统的图标发生了变化。
阵、结构和包含时间的结构3种选择。“Limit data points to last”用来限定保存到工作空间中 的数据的最大长度。 输出选项（Output options）有： ① Refine output（细化输出） ② Produce additional output（产生附加输出） ③ Produce specified output only（仅在指定 的时刻产生输出）
4.1 初识Simulink—— 一个简单的仿 真实例
在MATLAB的命令窗口输入Simulink，或单击MATLAB主 窗口工具栏上的“Simulink”命令按钮即可启动Simulink。 Simulink启动后会显示如图4.1所示的Simulink模块库浏览 器（Simulink Library Browser）窗口。
U (s)
Kp
Ki s
Kd s
《自动控制原理》控制系统的simulink仿真实验一
《自动控制原理》控制系统的simulink仿真实验一、实验目的1.初步了解Matlab中Simulink的使用方法，熟悉simulink模块的操作和信号线的连接。
2.通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，熟悉各种典型环节的响应曲线。
3.定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验仪器Matlab7.0 , 计算机三、实验原理Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具。
Simulink是一个模块图环境，用于多域仿真以及基于模型的设计。
它支持系统设计、仿真、自动代码生成以及嵌入式系统的连续测试和验证。
四、实验内容及步骤1、建立仿真模型系统1.1 运行Matlab，在命令窗口“Command Window”下键入“Simulink”后回车，则打开相应的系统模型库；或者点击工具栏上的“Simulink”图标，进入系统仿真模型库，然后点击左上角“新文件”图标，打开模型编辑窗口。
1.2 调出模块在系统仿真模型库中，把要求的模块都放置在模型编辑窗口里面。
从信号源模块包(Sources)中拖出1个阶跃信号(step)和1个白噪声信号发生器(band-limited white noise)；从数学运算模块包(Math Operations)中拖出1个比例环节(gain)和1个加法器(sum)；从连续系统典型环节模块包(Continuous) 中拖出1个微分环(Derivative)和3个传函环节(transfer Fcn)；从信号与系统模块包(Signals Routing) 拖出1个汇流排(mux)；从输出模块包(Sinks)中拖出1个示波器(scope)；所有模块都放置在模型编辑窗口里面。
1.3 模块参数设置（鼠标左键双击各典型环节，则可进行参数设置）双击打开白噪声信号发生器，设定功率(Noise power)为0.0001，采样时间(Sample time)为0.05。
打开比例环节，设定比例增益为2；打开3个传函环节(transfer Fcn)，通过参数设定，分别构成积分、惯性和二阶环节。
Matlab系列之Simulink仿真教程
交互式仿真
Simulink支持交互式 仿真，用户可以在仿 真运行过程中进行实 时的分析和调试。
可扩展性
Simulink具有开放式 架构，可以与其他 MATLAB工具箱无缝 集成，从而扩展其功 能。
Simulink的应用领域
指数运算模块
用于实现信号的指数运算。
减法器
用于实现两个信号的减法 运算。
除法器
用于实现两个信号的除法 运算。
对数运算模块
用于实现信号的对数运算。
输出模块
模拟输出模块
用于将模拟信号输出 到外部设备或传感器。
数字输出模块
用于将数字信号输出 到外部设备或传感器。
频谱分析仪
用于分析信号的频谱 特性。
波形显示器
控制工程
Simulink在控制工程领域 中应用广泛，可用于设计 和分析各种控制系统。
信号处理
Simulink中的信号处理模 块可用于实现各种信号处 理算法，如滤波器设计、 频谱分析等。
通信系统
Simulink可以用于设计和 仿真通信系统，如调制解 调、信道编码等。
图像处理
Simulink中的图像处理模 块可用于实现各种图像处 理算法，如图像滤波、边 缘检测等。
用于将时域信号转换为频域信号，如傅里叶变换、 拉普拉斯变换等。
03 时域变换模块
用于将频域信号转换为时域信号，如逆傅里叶变 换、逆拉普拉斯变换等。
04
仿真过程设置
仿真时间的设置
仿真起始时间
设置仿真的起始时间，通 常为0秒。
步长模式
选择固定步长或变步长模 式，以满足不同的仿真需 求。
simulink实例(有好多实例)
Simulink仿真实例
运动方程式为
M x k x b x 0
构建的模型为
--精品--/SIMULINK的系统建模与仿真
Simulink仿真实例
因有阻尼器存在，故箱子最终会停止运 动。
--精品--/SIMULINK的系统建模与仿真
Simulink仿真实例
Simulink仿真实例
一旦x和它的导数已经搭好，就可以使用 一个增益模块表示空气阻力比例系数，使用 Function模块表示空气阻力中的非线性部分。
--精品--/SIMULINK的系统建模与仿真
Simulink仿真实例
b(x)是通过门槛为0的x条件式确定的， 可以使用一个Switch模块来实现判断条件。
Simulink仿真实例
其运动方程式为
f bxMx
拉力作用时间为2s，建构的模型为
--精品--/SIMULINK的系统建模与仿真
Simulink仿真实例
因有摩擦力存在，箱子最终将会停止前 进。
--精品--/SIMULINK的系统建模与仿真
Simulink仿真实例
例题3，力-弹簧-阻尼系统，假设箱子与地面无 摩擦存在，箱子质量为M(1kg)，箱子与墙壁间有线 性弹簧(k=1N/m)与阻尼器(b=0.3N/ms-1)。阻尼器主 要用来吸收系统的能量，吸收系统的能量转变成热 能而消耗掉。现将箱子拉离静止状态2cm后放开，试 求箱子的运动轨迹。
--精品--/SIMULINK的系统建模与仿真
Simulink仿真实例
最终系统Simulink模型方块图为
--精品--/SIMULINK的系统建模与仿真
Simulink仿真实例
仿真过程中，设绳索长度-30m，起始速度 为0；物体质量为90kg，g为9.8m/s2,弹性系 数k为20，a1和a2均为1.
MATLAB自动控制系统仿真simulink
目录1 绪论 (1)1.1 题目背景、研究意义 (1)1.2 国内外相关研究情况 (1)2 自动控制概述 (3)2.1 自动控制概念 (3)2.2 自动控制系统的分类 (4)2.3 对控制系统的性能要求 (5)2.4 典型环节 (6)3 MATLAB仿真软件的应用 (10)3.1 MATLAB的基本介绍 (10)3.2 MATLAB的仿真 (10)3.3 控制系统的动态仿真 (11)4 自动控制系统仿真 (14)4.1 直线一级倒立摆系统的建模及仿真 (14)4.1.1 系统组成 (14)4.1.2 模型的建立 (14)4.1.3 PID控制器的设计 (20)4.1.4 PID控制器MATLAB仿真 (22)4.2 三容水箱的建模及仿真 (24)4.2.1 建立三容水箱的数学模型 (24)4.2.2 系统校正 (25)总结 (28)致谢 (29)参考文献 (30)1 绪论1.1 题目背景、研究意义MATLAB语言是当今国际控制界最为流行的控制系统计算机辅助设计语言，它的出现为控制系统的计算机辅助分析和设计带来了全新的手段。
其中图形交互式的模型输入计算机仿真环境SIMULINK，为MATLAB应用的进一步推广起到了积极的推动作用。
现在，MATLAB语言已经风靡全世界，成为控制系统CAD领域最普及、也是最受欢迎的软件环境。
随着计算机技术的发展和应用，自动控制理论和技术在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。
不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，成为现代社会生活中不可缺少的一部分。
随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探知未来，认识和改造自然，建设高度文明和发达社会的活动中，自动控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。
作为一个工程技术人员，了解和掌握自动控制的有关知识是十分必要的。
自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化，极大地提高了劳动生产率，而且减轻了人的劳动强度。
simulink入门及仿真实例
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结果如下：上图为v(t), 下图为h(t).
18
r1 r2 1, n1 n2 100, s1 0.5, s2 2, x0 y0 10.
对x(t), y(t)进行模拟, 研究其发展趋势.
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例3 弹跳的皮球(help/demos/simulink中的一个例子):
v(t) 15 tgdt, g 9.81, 0 t 数学模型：h(t) 10 0 v(t)dt, when h 0, v 0.8v.
4
子库 Continuous和 Discrete分别存放连续 和离散的函数, 如连续函数有Derivative(求导 数), Integrator(积分器), State-Space(状态空间), Transfer Fcn( 传 递 函 数 ) 等 等 , 离 散 的 有 Discrete Transfer Fcn(离散传递函数), Discrete Filter(离散滤波器), Discrete State-Space(离散 状态空间)等等. 在Simulink Library Browser窗口中, 建立 一个新模型(new model), 即打开一个新的空 白模型窗口, 用鼠标左键点取所需要的模块 拖到模型窗口中, 用鼠标左键在模块间建立 连接线(若在已有连接线上分叉则用右键)即 可.
Simulink入门
什么是Simulink？ Simulink是MATLAB提供的实现动态 系统建模和仿真的一个软件包. 它让用户 把精力从编程转向模型的构造. Simulink一个很大的优点是为用户省 去了许多重复的代码编写工作,
1
Simulink的启动
首先须确定MATLAB已安装了Simulink工 具箱. 在工具栏点击Simulink图标:
simulink仿真简单实例
simulink仿真简单实例
一、模拟环境
1、MATLAB/Simulink 设计环境：
在MATLAB中开发Simulink模型，仿真模拟系统，开发系统塑造都可以在这个环境下进行。
2、LabVIEW 设计环境：
LabVIEW允许你以基于可视化技术的开发环境（VI）来创建测试，模拟，监控系统，以及自动化系统的可视化界面。
二、仿真实例
1、基于MATLAB/Simulink的仿真实例：
（1）传统的PID控制器
这是一个利用PID控制器控制速度的例子。
首先，建立一个简单的Simulink模型，包括PID控制器、电机和反馈器件。
之后，你可以调整PID参数，以提高系统的控制能力。
（2）智能控制
这是一个基于智能控制算法的实例。
通过使用神经网络，试图根据输入自动调整PID参数，使系统具有更强的控制能力。
2、基于LabVIEW的仿真实例：
（1）叉车仿真
这是一个使用LabVIEW来模拟电动叉车运行过程的实例。
你可以模拟叉车的启动过程，叉车行驶过程，并开发出任意的叉车控制算法。
（2）汽车仿真
这是一个使用LabVIEW进行汽车模拟的实例。
你可以模拟汽车的动力性能，并开发出任意类型的汽车控制算法，如路径规划算法，自动驾驶算法等。
基于simulink的系统仿真实验报告(含电路、自控、数电实例)
《系统仿真实验》实验报告目录一《电路》仿真实例 (3)2.1 简单电路问题 (3)2.1.1 Simulink中仿真 (3)2.1.2 Multisim中仿真 (4)2.2 三相电路相关问题 (5)二《自动控制原理》仿真实例 (7)1.1 Matlab绘图 (7)三《数字电路》仿真实例 (8)3.1 555定时器验证 (8)3.2 设计乘法器 (9)四实验总结 (11)一《电路》仿真实例2.1 简单电路问题课后题【2-11】如图所示电路，R0=R1=R3=4Ω，R2=2Ω,R4=R5=10Ω,直流电压源电压分别为10V、4V、6V，直流电流源电流大小为1A，求R5所在的支路的电流I。
（Page49）解：simulink和multisim都是功能很强大的仿真软件，下面就以这个简单的习题为例用这个两个软件分别仿真，进一步说明前者和后者的区别。
2.1.1 Simulink中仿真注意事项：由于simulink中并没有直接提供DC current source，只有AC current source，开始的时候我只是简单的把频率调到了0以为这就是直流电流源了，但是并没有得到正确的仿真结果。
后来问杨老师，在老师的帮助下发现AC current source的窗口Help中明确的说明了交流变直流的方法：A zero frequency and a 90 degree phase specify a DC current source.然后我把相角改成90度后终于得到了正确的仿真结果，Display显示I=0.125A，与课本上答案一致。
2.1.2 Multisim中仿真结果：I=125mA=0.125A(因为电流表探针电压电流比是1V/mA)。
2.2 三相电路相关问题【例】三相电路实际连接图如下所示，是通过功率表和电流的读数，验证课本上的相关结论。
解：Multisim中电路图连接如下所示：解：观察各支路的功率和功率因素，验证了以下几点结论：（1）只有纯阻性支路的功率因素为1；（2）纯感性或纯容性支路的功率因素为0，有功功率也为0；（3）混合支路的（容阻、感阻、容感阻）功率因素在0到1之间。
控制系统Simulink仿真PPT课件(MATLAB学习资料)
积分环节的幅值与 成反比，相角恒为-
时，幅相特性从虚轴
处出发，
沿负虚轴逐渐趋于坐标原点，程序如下：
g=tf([0,1],[1,0]); nichols(g); grid on
运行程序输出如图6-14曲线②所示。
。当
在Simulink中积分环节的使用如如图6-15所示。 运行仿真输出图形如图6-10所示。
• 频域法是基于频率特性或频率响应对系统进行分析和设计的一种图解 方法，故又称为频率响应法，频率法的优点较多，具体如下：
• 首先，只要求出系统的开环频率特性，就可以判断闭环系统是否稳定。 • 其次，由系统的频率特性所确定的频域指标与系统的时域指标之间存
在着一定的对应关系，而系统的频率特性又很容易和它的结构、参数 联系起来。因而可以根据频率特性曲线的形状去选择系统的结构和参 数，使之满足时域指标的要求。 • 此外，频率特性不但可由微分方程或传递函数求得，而且还可以用实 验方法求得。这对于某些难以用机理分析方法建立微分方程或传递函 数的元件(或系统)来说，具有重要的意义。因此，频率法得到了广泛 的应用，它也是经典控制理论中的重点内容。
• 2）由于对数可将乘除运算变成加减运算。当绘制由多个环节串联而成的系统的对数坐标图 时，只要将各环节对数坐标图的纵坐标相加、减即可，从而简化了画图的过程。
• 3）在对数坐标图上，所有典型环节的对数幅频特性乃至系统的对数幅频特性均可用分段直 线近似表示。这种近似具有相当的精确度。若对分段直线进行修正，即可得到精确的特性曲 线。
其频率特性为：
一阶复合微分环节幅相特性的实部为常数1，虚部与 成正比，如图5-26曲线①所示。 不稳定一阶复合微分环节的传递函数为：
其频率特性为：
一阶复合微分环节的奈奎斯特曲线图编 程如下： clc,clear,close all g=tf([1,1],[0 1]);
自动控制原理的MATLAB仿真与实践第9章 基于simulink的系统建模与仿真分析
（1）提高开环增益可以提高系统的稳定精度和快速性，
能够减小静态误差，但是却不能从根本上消除静差。
（2）若比例系数过大，也会使系统产生较大的超调，
使振荡次数增多，调节时间加长，甚至可能造成系统
的不稳定；
（20131.0）5 若比例系数过小，系统会动作迟缓。
36
9.4.2 比例积分（PI）控制
比例积分控制的传递函数：
果将显示在模型中的输出模块中。
注意： （1）对于循环运行的模型，若在仿真过程中需要终止 时，可选择Simulation下拉菜单中的Stop。 （2）如果输出模块为示波器scope，则在运行结束后 双击scope模块，即可显示运行结果。
2011.05
9
9.2 Simulink模块库及其分类
9.2.1 输入模块 9.2.2 输出模块 9.2.3 功能运算模块
（2）命令方式 在命令窗口中键入“simulink”后回车。
2011.05
4
2.模块库的打开
（1）用鼠标左键单击类模块库列表。Simulink浏 览器右边窗口会显示该模块库中的全部子模块。
（2）用鼠标选择右侧的类模块图，标双击左键会 直接显示其所有子模块；或者，单击鼠标右键并单 击确认，则会弹出一个子模块窗口。
2011.05
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9.2.3 功能运算模块
1.连续型模块Continuous：显示指定模块的输出 数值。常用模块有：
（1）
微分环节。其输出为其输入信号的微分。
（2）
积分环节。其输出为其输入信号的积分。
（3）
分子分母为多项式形式的传递函数。
（4）
零极点增益形式的传递函数。
2011.05
15
2.数学运算模块Math，该库中模块的功能就是将输 入信号按照模块所描述的数学运算函数计算，并把运算 结果作为输出信号输出。
六个实战示例--自动控制理论--Simulink仿真
自动控制理论仿真实验指导书目录实验一典型环节的MATLAB仿真 (3)一、实验目的 (3)二、SIMULINK的使用 (3)三、实验原理 (5)四、实验内容 (8)五、实验报告 (8)六、预习要求 (8)实验二线性系统时域响应分析 (8)一、实验目的 (8)二、基础知识及MATLAB函数 (9)三、实验内容 (18)四、实验报告 (19)五、预习要求 (19)实验三线性系统的根轨迹 (20)页脚内容1一、实验目的 (20)二、基础知识及MATLAB函数 (20)三、实验内容 (26)四、实验报告 (27)五、预习要求 (27)实验四线性系统的频域分析 (28)一、实验目的 (28)二、基础知识及MATLAB函数 (28)三、实验内容 (33)四、实验报告 (34)五、预习要求 (34)实验五线性系统串联校正 (35)一、实验目的 (35)二、基础知识 (35)三、实验内容 (45)四、实验报告要求 (45)五、预习要求 (46)页脚内容2实验六数字PＩＤ控制 (46)一、实验目的 (46)二、实验原理 (46)三、实验内容 (49)四、实验报告 (50)五、预习要求 (50)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。
matlab的simulink仿真建模举例
matlab的simulink仿真建模举例Matlab的Simulink仿真建模举例Simulink是Matlab的一个工具包，用于建模、仿真和分析动态系统。
它提供了一个可视化的环境，允许用户通过拖放模块来构建系统模型，并通过连接和配置这些模块来定义模型的行为。
Simulink是一种功能强大的仿真平台，可以用于解决各种不同类型的问题，从控制系统设计到数字信号处理，甚至是嵌入式系统开发。
在本文中，我们将通过一个简单的例子来介绍Simulink的基本概念和工作流程。
我们将使用Simulink来建立一个简单的电机速度控制系统，并进行仿真和分析。
第一步：打开Simulink首先，我们需要打开Matlab并进入Simulink工作环境。
在Matlab命令窗口中输入"simulink"，将会打开Simulink的拓扑编辑器界面。
第二步：创建模型在拓扑编辑器界面的左侧，你可以看到各种不同类型的模块。
我们将使用这些模块来构建我们的电机速度控制系统。
首先，我们添加一个连续模块，代表电机本身。
在模块库中选择Continuous中的Transfer Fcn，拖动到编辑器界面中。
接下来，我们添加一个用于控制电机速度的控制器模块。
在模块库中选择Discrete中的Transfer Fcn，拖动到编辑器界面中。
然后，我们需要添加一个用于输入参考速度的信号源模块。
在模块库中选择Sources中的Step，拖动到编辑器界面中。
最后，我们添加一个用于显示模拟结果的作用模块。
在模块库中选择Sinks 中的To Workspace，拖动到编辑器界面中。
第三步：连接模块现在，我们需要将这些模块连接起来以定义模型的行为。
首先，将Step模块的输出端口与Transfer Fcn模块的输入端口相连。
然后，将Transfer Fcn模块的输出端口与Transfer Fcn模块的输入端口相连。
接下来，将Transfer Fcn模块的输出端口与To Workspace模块的输入端口相连。
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。
simulink电路仿真
4. 模型图的优化 ①模块的翻转：在format命令中选flip block项，对 选中的模块翻转，选rotate block项对选中的模块旋 转90度。 ②信号线分叉：按住键，用鼠标左键点击需要分叉的 连线接点，拖动鼠标，连接到目的端点。 ③模型图的标注：模块的标注，双击模块原有的标注， 直接修改。连线的标注，双击需要标注的连线，在文 本框内进行标注。模型图的标注，在需要标注的任意 位置，双击鼠标左键，在出现的文本框内进行标注。 标注的位置和内容可以调整、隐藏（format|hide name format|show name）和翻转(format|flip name)。
simulink电路仿真
（3）示波器的参数设置 单击 图标将弹出“示波器参数设置
（‘Sope’Parameters）”对话框
simulink电路仿真
simulink电路仿真
“General”选项卡中各个选项的含义如下： ①“Number of axes ”文本框：用于设置轴的个数， 可以用于实现对多个输入信号的显示。 ②“Time range ”文本框：用于设置X 轴（即时间轴） 的显示范围。 ③“Sampling ”下拉列表：当在该下拉列表选择 “Decimation”选项时可设置显示频度，如其设为n， 则每隔n-1 个数据点都给予显示。如果选“Sample time”可设置显示点采样时间，如果为0表示显示连续 信号，-1表示显示方式取决于输入信号，任何大于零 的数据表示显示离散信号的时间间隔。 ④ “Floating scope”复选框：若选中该复选框，则 表示示波器以游离方式工作。
simulink电路仿真
3. 仿真控制设置 Solver页 simulation—configuration…--solver
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12s 2s s 3s (s)23++++=G )12()1()76()2(5)(3322++++++=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 G4. 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 。
Simulink在自动控制原理中的应用
Simulink在自动控制原理中的应用1980 年，美国New Mexico 大学的 Cleve Moler 博士等人推出交互式MATLAB ( MATix LABoratory)语言，最初的版本是用 Fortran 编写，现在的版本用c 语言编写。
1984 年， Math Works 推出了第一个商业版本。
MATLAB 3.5 版本中增加了 Simulink (图形化的系统仿真环境)。
基于种群生态学的理论，以 Matlab／Simulink 工具，根据种群发展的 Logistic 模型，建立了学科群发展的竞争和互补模型，并进行了摹拟仿真。
Matlab 语言是集数值计算、符号运算和图形处理等强大功能于一体的科学计算语言,合用于工程应用领域的分析、设计和复杂计算,而且易学易用,不要求使用者具备高深的数学知识和编程技巧《自动控制原理》这门课程涉及到控制系统的模型建立、系统分析、系统设计的基本理论和相关技术。
其特点是概念抽象,数学含量大,计算繁杂,以致我们难于理解,而实验课时我们通过 Simulink能更好的理解《自动控制原理》理论课的，Simulink是更好地匡助我们实现理论和实际有机结合的桥梁。
搞好实验教学，不仅可以使我们对所学理论知识有更深刻的理解和把握，同时可以提高我们的动手能力和设计水平，更好地满足社会对人材的要求。
传统的自动控制实验普通采用自控实验箱，在实验箱面板上连接相应的典型环节，通过对应的计算机软件观察系统的响应曲线及各项指标。
虽然这种方式可以一定程度地提高我们的动手能力，加深对课堂所学内容的理解，但观察效果不理想，我们仅根据实验摹拟电路图接线，缺少主动性和积极性。
如果实验开始阶段先让我们利用Matlab 软件进行仿真，得到彻底理论分析的响应，从而对实验箱操作起到正确的指导作用。
我们一旦掌握这门语言，就可以很容易地利用软件的相关命令函数做出所需的各种图形，对自动控制理论课程学习有极大的促进作用。
论控制系统设计的SIMULINK仿真实验.pptx
实验四 控制系统设计的SIMULINK仿真实验
一. 实验目的：
1.学习控制系统工具箱Simulink; 2.建立SIMULINK动态结构图对控制系统进行串联超前校正实验； 3.建立SIMULINK动态结构图对控制系统进行串联滞后校正实验。
2
二.实验原理
串联校正装置
R(s)
C(s)
Gc (s)
。2020年11月13日星期五上午10时5分58秒10:05:5820.11.13
• 15、会当凌绝顶，一览众山小。2020年11月上午10时5分20.11.1310:05November 13, 2020
• 16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2020年11月13日星期五10时5分58秒10:05:5813 November 2020
10
(4)打开Simulinks的Sinks模块库添加Scope模块, 并按如图连线，双击Scope模块，仿真曲线如图。
观察响应曲线，读取性能指标参数。
11
1. 串联超前校正实验
R(s)
10
C(s)
1.设控制系统如图所示：
- s(0.8s 1)
加串联超前校正装置为
Gc
(s)
(0.4s) (0.1s 1)
•
T H E E N D 17、一个人如果不到最高峰，他就没有片刻的安宁，他也就不会感到生命的恬静和光荣。上午10时5分58秒上午10时5分10:05:5820.11.13
谢谢观看
G1=zpk(z2,p2,k2);
bode(G1);
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2. 串联滞后校正实验
① 设控制系统如图所示：
R(s)
20
C(s)
自动控制原理simulink实验指导
自动控制原理上机实验指导书王芳、杨志超编写南京工程学院电力工程学院二〇〇七年二月目录Simulink仿真集成环境简介 (2)实验一典型环节的性能分析 (11)实验二二阶系统的性能分析 (14)实验三自动控制系统的稳定性和稳态误差分析 (17)实验四自动控制系统根轨迹的分析 (22)实验五自动控制系统的频域分析 (27)实验六控制系统的校正及设计 (32)实验七非线性系统的稳定性分析 (39)Simulink仿真集成环境简介Simulink是可视化动态系统仿真环境。
1990年正式由Mathworks公司引入到MATLAB中，它是Slmutation 和Link的结合。
这里主要介绍它的使用方法和它在控制系统仿真分析和设计操作的有关内容。
1、进入Simulink操作环境双击桌面上的MATLAB图标，启动MATLAB，进入开发环境，如图0-1所示：图0-1 MATLAB开发环境从MATLAB的桌面操作环境画面进入Simulink操作环境有多种方法，介绍如下：①点击工具栏的Simulink图标，弹出如图0-2的图形库浏览器画面。
②在命令窗口键入“simulink”命令，可自动弹出图形库浏览器。
上述两种方法需从该画面“File”下拉式菜单中选择“New/Model”，或点击图标，得到图0-3的图形仿真操作画面。
③从“File”下拉式菜单中选择“New/Model”，弹出图0-3所示的未命名的图形仿真操作画面。
从工具栏中点击图形库浏览器图标，调出图0-2的图形库浏览器画面。
图0-3用于仿真操作，图0-2的图形库用于提取仿真所需的功能模块。
图0-2 Simulink图形库浏览器画面图0-3 simulink仿真操作环境画面2、提取所需的仿真模块在提取所需仿真模块前，应绘制仿真系统框图，并确定仿真所用的参数。
图0-2中的仿真用图形库，提供了所需的基本功能模块，能满足系统仿真的需要。
该图形库有多种图形子库，用于配合有关的工具箱。
自动控制理论实验课程6.3.1 极点配置仿真实验
极点配置（一）实验原理给定一个连续时间系统的状态空间模型：Bu Ax x += (1)其中：x 是系统的n 维状态向量，u 是m 维控制输入，A 和B 分别是适当维数的已知常数矩阵。
在状态反馈Kx -=u (2)作用下，闭环系统的状态方程是x BK A x )(-= (3)由线性时不变系统的稳定性分析可知，闭环系统（3）的稳定性由闭环系统矩阵A-BK 的特征值决定，即闭环系统（3）渐近稳定的充分必要条件是矩阵A-BK 的所有特征值都具有负实部。
而由经典控制理论知道，矩阵A-BK 的特征值也将影响诸如衰减速度、振荡、超调等过渡过程特性。
因此，若能找到一个适当的矩阵K ，使得矩阵A-BK 的特征值位于复平面上预先给定的特定位置，则以矩阵K 为增益矩阵的状态反馈控制器（2）就能保证闭环系统（3）是渐近稳定的，且具有所期望的动态响应特性。
这种通过寻找适当的状态反馈增益矩阵K ，使得闭环系统极点（即矩阵A-BK 的特征值）位于预先给定位置的状态反馈控制器设计问题称为是状态反馈极点配置问题，简称为极点配置问题。
对给定的线性定常系统（1）和一组给定的期望闭环极点},,{n 2,1λλλ =Ω，按以下步骤可以设计出使得闭环系统（3）具有给定极点},,{n 2,1λλλ =Ω的状态反馈控制器（2）。
第1步：检验系统的能控性。
如果系统是能控的，则继续第2步。
第2步：利用系统矩A 阵的特征多项式0111)det(a a a A I n n n +++=---λλλλ （4）确定的110,,,-n a a a 值。
第3步：确定将系统状态方程变换为能控标准形的变换矩阵T 。
若给定的状态方程已是能控标准形，那么T=I 。
非奇异线性变换矩阵T 可按如下方式确定：可控性矩阵：],b ,[1b A A b U n -= （5）计算1-U ，并记最后一行为h给出变换阵：112],,,h [--=n hA hA hA T （6）第4步：利用给定的期望闭环极点，可得期望的闭环特征多项式为011121)())((b b b n n n n +++=-----λλλλλλλλλ （7）并确定110,,,b -n b b 的值第5步：确定极点配置状态反馈增益矩阵K ：T a b a b a b a b K n n n n ],,,[11221100--------= （8）也可以通过待定系数的方法来确定极点配置状态反馈增益矩阵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。
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自动控制理论仿真实验指导书目录实验一典型环节的MATLAB仿真 (3)一、实验目的 (3)二、SIMULINK的使用 (3)三、实验原理 (5)四、实验内容 (8)五、实验报告 (8)六、预习要求 (8)实验二线性系统时域响应分析 (8)一、实验目的 (8)二、基础知识及MATLAB函数 (9)三、实验内容 (18)四、实验报告 (19)五、预习要求 (19)实验三线性系统的根轨迹 (20)页脚内容1一、实验目的 (20)二、基础知识及MATLAB函数 (20)三、实验内容 (26)四、实验报告 (27)五、预习要求 (27)实验四线性系统的频域分析 (28)一、实验目的 (28)二、基础知识及MATLAB函数 (28)三、实验内容 (33)四、实验报告 (34)五、预习要求 (34)实验五线性系统串联校正 (35)一、实验目的 (35)二、基础知识 (35)三、实验内容 (45)四、实验报告要求 (45)五、预习要求 (46)页脚内容2实验六数字PＩＤ控制 (46)一、实验目的 (46)二、实验原理 (46)三、实验内容 (49)四、实验报告 (50)五、预习要求 (50)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。
页脚内容33．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。
页脚内容4页脚内容56）选择反馈形式。
为了形成闭环反馈系统，需选择“Math ” 模块库右边窗口“Sum ”图标，并用鼠标双击，将其设置为需要的反馈形式（改变正负号）。
7）连接各元件，用鼠标划线，构成闭环传递函数。
8）运行并观察响应曲线。
用鼠标单击工具栏中的“”按钮，便能自动运行仿真环境下的系统框图模型。
运行完之后用鼠标双击“Scope ”元件，即可看到响应曲线。
三、实验原理1．比例环节的传递函数为 K R K R R R Z ZsG 200,1002)(211212==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。
2．惯性环节的传递函数为uf C K R K R s C R R R Z Z s G 1,200,10012.021)(121121212===+-=+-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-4所示。
页脚内容63．积分环节(I)的传递函数为uf C K R ss CRZZ s G 1,1001.011)(111112==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-5所示。
4．微分环节(D)的传递函数为uf C K R s s C R Z Z s G 10,100)(111112==-=-=-= uf C C 01.012=<<其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-6所示。
5．比例+微分环节（PD）的传递函数为)11.0()1()(111212+-=+-=-=ssCRRRZZsG ufCCufCKRR01.010,10012121=<<===其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-7所示。
6．比例+积分环节（PI）的传递函数为)11(1)(11212sRsCRZZsG+-=+-=-=ufCKRR10,100121===其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-8所示。
页脚内容7页脚内容8四、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1)(1=s G 和2)(1=s G ；② 惯性环节11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1=④ 微分环节s s G =)(1⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+=五、实验报告1．画出各典型环节的SIMULINK 仿真模型。
2. 记录各环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。
3. 写出实验的心得与体会。
六、预习要求1．熟悉各种控制器的原理和结构，画好将创建的SIMULINK 图形。
2．预习MATLAB 中SIMULINK 的基本使用方法。
实验二 线性系统时域响应分析一、实验目的1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。
2．通过响应曲线观测特征参量ζ和ω对二阶系统性能的影响。
n3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。
二、基础知识及MATLAB函数（一）基础知识时域分析法直接在时间域中对系统进行分析，可以提供系统时间响应的全部信息，具有直观、准确的特点。
为了研究控制系统的时域特性，经常采用瞬态响应（如阶跃响应、脉冲响应和斜坡响应）。
本次实验从分析系统的性能指标出发，给出了在MATLAB环境下获取系统时域响应和分析系统的动态性能和稳态性能的方法。
用MATLAB求系统的瞬态响应时，将传递函数的分子、分母多项式的系数分别以s的降幂排列写为两个数组num、den。
由于控制系统分子的阶次m一般小于其分母的阶次n，所以num中的数组元素与分子多项式系数之间自右向左逐次对齐，不足部分用零补齐，缺项系数也用零补上。
1．用MATLAB求控制系统的瞬态响应1）阶跃响应求系统阶跃响应的指令有：step(num,den) 时间向量t的范围由软件自动设定，阶跃响应曲线随即绘出step(num,den,t) 时间向量t的范围可以由人工给定（例如t=0:0.1:10）[y，x]=step(num,den) 返回变量y为输出向量，x为状态向量在MATLAB程序中，先定义num,den数组，并调用上述指令，即可生成单位阶跃输入信号下的阶跃响应曲线图。
考虑下列系统：页脚内容925425)()(2++=sssRsC该系统可以表示为两个数组，每一个数组由相应的多项式系数组成，并且以s的降幂排列。
则MATLAB 的调用语句：num=[0 0 25]; %定义分子多项式den=[1 4 25]; %定义分母多项式step(num,den) %调用阶跃响应函数求取单位阶跃响应曲线grid %画网格标度线xlabel(‘t/s’),ylabel(‘c(t)’) %给坐标轴加上说明title(‘Unit-step Respinse of G(s)=25/(s^2+4s+25)’) %给图形加上标题名则该单位阶跃响应曲线如图2-1所示：为了在图形屏幕上书写文本，可以用text命令在图上的任何位置加标注。
例如：text(3.4,-0.06,’Y1’) 和text(3.4,1.4,’Y2’)第一个语句告诉计算机，在坐标点x=3.4,y=-0.06上书写出’Y1’。
类似地，第二个语句告诉计算机，页脚内容10页脚内容11在坐标点x=3.4,y=1.4上书写出’Y2’。
若要绘制系统t 在指定时间（0-10s ）内的响应曲线，则用以下语句：num=[0 0 25];den=[1 4 25];t=0:0.1:10;step(num,den,t)即可得到系统的单位阶跃响应曲线在0-10s 间的部分，如图2-2所示。
2） 脉冲响应① 求系统脉冲响应的指令有：impulse (num,den) 时间向量t 的范围由软件自动设定，阶跃响应曲线随即绘出impulse (num,den,t) 时间向量t 的范围可以由人工给定（例如t=0:0.1:10）[y,x]=impulse(num,den) 返回变量y 为输出向量，x 为状态向量[y,x,t]=impulse(num,den,t) 向量t 表示脉冲响应进行计算的时间例：试求下列系统的单位脉冲响应：12.01)()()(2++==s s s G s R s C 在MATLAB 中可表示为num=[0 0 1];den=[1 0.2 1];impulse(num,den)页脚内容12gridt itle(‘Unit -impulse Response of G(s)=1/(s^2+0.2s+1)’)由此得到的单位脉冲响应曲线如图2-3所示：② 求脉冲响应的另一种方法应当指出，当初始条件为零时，G (s)的单位脉冲响应与sG(s)的单位阶跃响应相同。
考虑在上例题中求系统的单位脉冲响应，因为对于单位脉冲输入量，R(s)=1所以 ss s s s s s G s C s R s C 112.012.01)()()()(22⨯++=++=== 因此，可以将G(s)的单位脉冲响应变换成sG(s)的单位阶跃响应。
向MATLAB 输入下列num 和den ，给出阶跃响应命令，可以得到系统的单位脉冲响应曲线如图2-4所示。