自动控制Matlab实验
(最新版)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、；其中可以为连续系统，也可为离散系统。
2、；表示时间范围0---Tn。
3、；表示时间范围向量T指定。
4、；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：其拉氏变换为：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；②③（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 =-1.7680 + 1.2673i -1.7680 - 1.2673i 0.4176 + 1.1130i 0.4176 - 1.1130i -0.2991P 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。
自动控制原理 matlab实验报告
自动控制原理实验（二）一、实验名称：基于MATLAB的控制系统频域及根轨迹分析二、实验目的：（1）、了解频率特性的测试原理及方法；（2）、理解如何用MATLAB对根轨迹和频率特性进行仿真和分析；（3）、掌握控制系统的根轨迹和频率特性两大分析和设计方法。
三、实验要求：（1）、观察给定传递函数的根轨迹图和频率特性曲线；（2）、分析同一传递函数形式，当K值不同时，系统闭环极点和单位阶跃响应的变化情况；（3）、K值的大小对系统的稳定性和稳态误差的影响；（4）、分析增加系统开环零点或极点对系统的根轨迹和性能的影响。
四、实验内容及步骤（1）、实验指导书：实验四（1）、“rlocus”命令来计算及绘制根轨迹。
会出根轨迹后，可以交互地使用“rlocfind”命令来确定点击鼠标所选择的根轨迹上任意点所对应的K值，K值所对应的所有闭环极点值也可以使用形如“[K, PCL] = rlocfind(G1)”命令来显示。
（2）、波特图：bode(G1, omga)另外，bode图还可以通过下列指令得出相位和裕角：[mag,phase,w] = bode(sys)（3）、奈奎斯特图：nuquist(G, omega)（2）课本：例4-1、4-2、4-7五实验报告要求（1）、实验指导书：实验四思考题请绘制下述传递函数的bode图和nyquist图。
1. 根据实验所测数据分别作出相应的幅频和相频特性曲线；2. 将思考题的解题过程(含源程序)写在实验报告中。
幅频特性曲线相频特性曲线Gs = zpk([10], [-5; -16; 9], 200)subplot(1, 2, 1)bode(Gs)gridsubplot(1, 2, 2)nyquist(Gs)grid（2）课本：例4-1、4-2、4-7图像结果：程序：Gs = zpk([-1], [0; -2; -3],1) rlocus(Gs)图像结果：程序：Gs = zpk([-2], [-1-j; -1+j],1) rlocus(Gs)程序：K=[0.5 1 2]for i=1:1:3num=[1,1,0,0]; den=[1,1,K(i)]; sys=tf(num,den); rlocus(sys); hold ongrid onend图像结果：目标：改变增益K和转折频率依次调节源程序：k1=[4.44,10,20];num=[1,2];den=conv([1,1],[1,2,4]);%一阶转折频率 1/T（wn1=2,wn2=1）二阶转折频率 wn3=wn'=2，伊布西塔=1/2 num1=[1,1];den1=conv([1,2],[1,2,4]);%一阶转折频率 1/T（wn1=1,wn2=2）二阶转折频率 wn3=wn'=2，伊布西塔=1/2 t=[0:0.1:7]; %for i=1:3g0=tf(k1(i)*num,den);g=feedback(g0,1);[y,x]=step(g,t);c(:,i)=y;g1=tf(k1(i)*num1,den1);g(1)=feedback(g1,1);[y1,x]=step(g(1),t);c1(:,i)=y1;endplot(t,c(:,1),'-',t,c(:,2),'-',t,c(:,3),'-',t,c1(:,1),'-',t,c1(:,2), '-',t,c1(:,3),'-');gridxlabel('Time/sec'),ylabel('out')结果分析：在本题中（1）改变k值：k值越大，超调量越大，调节时间越长，峰值时间越短，稳态误差越小（2）改变转折频率：超调量，调节时间，峰值时间，稳态误差同样有相应的变化。
自动控制原理MATLAB实验报告
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、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2所示。
图1 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形3．积分环节(I)的传递函数为uf C K R s s CR Z Z s G 1,1001.011)(111112==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图3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4所示。
5．比例+微分环节（PD ）的传递函数为)11.0()1()(111212+-=+-=-=s s C R R R Z Z s G uf C C uf C K R R 01.010,10012121=<<===其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图5所示。
图3 积分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形图4 微分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形6．比例+积分环节（PI ）的传递函数为 )11(1)(11212sR s C R Z Z s G +-=+-=-= uf C K R R 10,100121=== 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图6所示。
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。
自动控制实验Matlab的应用
实验一基于MATLAB实验平台的系统被控对象的建立与转换1．自确定2个传递函数，实现传递函数的录入和求取串联、并联、反馈连接时等效的整体传递函数。
要求分别采用有理多项式模型和零极点增益模型两种传递函数形式。
>> n1=[1,2];d1=[1,2,1];n2=[2,3];d2=[1,4,4];>> [z,p,k]=tf2zp(n1,d1)z =-2p =-1-1k =1>> G1=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:(s+2)-------(s+1)^2>> [z,p,k]=tf2zp(n2,d2)z =-1.5000p =-2-2k =2>> G2=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:2 (s+1.5)---------(s+2)^2>> Gs=G1*G2Zero/pole/gain:2 (s+2) (s+1.5)---------------(s+1)^2 (s+2)^2>> Gs=series(G1,G2)Zero/pole/gain:2 (s+1.5) (s+2)---------------(s+2)^2 (s+1)^2>> Gp=G1+G2Zero/pole/gain:3 (s+1.594) (s^2 + 2.739s + 2.3) ---------------------------------(s+1)^2 (s+2)^2>> Gp=parallel(G1,G2)Zero/pole/gain:3 (s+1.594) (s^2 + 2.739s + 2.3) ---------------------------------(s+1)^2 (s+2)^2>> Gf=feedback(G1,G2,-1)Zero/pole/gain:(s+2)^3-------------------------------------(s+2) (s+1.57) (s^2 + 2.43s + 3.185)>> n1=[1,2];d1=[1,2,1];n2=[2,3];d2=[1,4,4];>> G1=tf(n1,d1),G2=tf(n2,d2)Transfer function:s + 2-------------s^2 + 2 s + 1Transfer function:2 s + 3-------------s^2 + 4 s + 4>> Gs=series(G1,G2),Gp=parallel(G1,G2),Gf=feedback(G1,G2,-1)Transfer function:2 s^2 + 7 s + 6-------------------------------s^4 + 6 s^3 + 13 s^2 + 12 s + 4Transfer function:3 s^3 + 13 s^2 + 20 s + 11-------------------------------s^4 + 6 s^3 + 13 s^2 + 12 s + 4Transfer function:s^3 + 6 s^2 + 12 s + 8--------------------------------s^4 + 6 s^3 + 15 s^2 + 19 s + 102．进行2例有理多项式模型和零极点增益模型间的转换。
自动控制原理实验
实验三三实验内容：1 利用MA TLAB描述系统数学模型例3-1：MA TLAB程序：num=4;den=[1,3,2,5];printsys(num,den)num/den =4---------------------s^3 + 3 s^2 + 2 s + 5例3-2：MA TLAB程序num=4*[1,6,6]；den=conv([1,0],conv([1,1],[1,3,2,5]))；printsys(num,den) num/den =4 s^2 + 24 s + 24---------------------------------s^5 + 4 s^4 + 5 s^3 + 7 s^2 + 5 s2 利用MA TLAB分析系统稳定性例3-3 MATLAB程序num=[3,2,1,4,2];den=[3,5,1,2,2,1];r=roots(den)r =-1.60670.4103 + 0.6801i0.4103 - 0.6801i-0.4403 + 0.3673i-0.4403 - 0.3673ipzmap(num,den)3 利用MA TLAB计算系统稳态误差例3-4 MATLAB程序nume1=[1 2 1];dene1=[1 2 2];essa=dcgain(nume1,dene1) essa =0.5000nume2=[1 2 1];dene2=[1 2 2 0];essb=dcgain(nume2,dene2) essb =Inf实验四：例4-1 MATLAB程序num=1;den=conv([1,0],conv([1,1],[1,2]));rlocus(num,den)>> rlocus(num,den);[k,poles]=rlocfind(num,den)Select a point in the graphics windowselected_point =0 - 1.4286ik =6.1227poles =-3.01110.0055 + 1.4260i0.0055 - 1.4260i例4-2MATLAB实验程序：num=1;den=conv([1,0],conv([1,1],[1,2]));rlocus(-num,den);[k,poles]=rlocfind(-num,den,-2.3+2.02j) k =15.0166poles =-2.3011 + 2.0195i-2.3011 - 2.0195i1.6021例4-3MATLAB实验程序：wn=3;zeta=0.3;w=logspace(-1,2);>> num=wn.^2;den=[1 2*zeta*wn wn.^2];>> bode(num,den,w);grid;习题3-1（1）：已知单位反馈系统的开环传递函数，试确定系统稳定时K的取值范围：（1）G(S)*H(S)=K/[s*(s+1)*(0.2s+1)]MATLAB实验程序：num=1;den=conv([1,0],conv([1,1],[0.2,1]));>> rlocus(num,den);[k,poles]=rlocfind(num,den)Select a point in the graphics windowselected_point =0.0545 + 2.3292ik =6.6304poles =-6.07520.0376 + 2.3357i0.0376 - 2.3357i例3-16（1）已知单位反馈系统的开环传递函数,试求该系统在单位阶跃和单位速度信号作用下的稳态误差。
《自动控制原理》Matlab求解控制系统频域分析实验
《自动控制原理》Matlab求解控制系统频域分析实验
一、实验目的
1、加深了解系统频率特性的概念。
2、学习使用Matlab软件绘制Nyquist图、Bode图的基本方法。
3、掌握典型环节的频率特性。
二、实验仪器
Matlab2014b版
三、实验原理
1.奈奎斯特图（幅相频率特性图）
MATLAB为用户提供了专门用于绘制奈奎斯特图的函数nyquist
axis([-2,0.4,-1.5,1.5]);
k=500;
num=[1,10];
den=conv([1,0],conv([1,1],conv([1,20],[h,50])))；
w=logspace(-1,3,200)
bode(k*num,den,w);
grid;
五、实验原始数据记录与数据处理
六、实验结果与分析讨论
范围是自动确定的。当需要指定幅值范围和相角范围时，则需用下面的功能指令：
[mag,phase,w]=bode(num,den,w)
四、实验内容及步骤
z=[]:
p=[0,-1,-2]:
k=5;
g=zpk(z,p,k):
nyquist(g);
w=0.5：0.1:10:
figure(2):
nyquist(g:w);
自动控制原理MATLAB分析与设计-仿真实验报告
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：电气工程与信息工程学院班级：电气工程及其自动化四班姓名：学号：时间：年月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（2014） 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∙ 对教材第三章习题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；∙ 对教材第三章习题3-9系统的动态性能及稳态性能通过仿真进行分析，说明不同控制器的作用；∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第三章习题3-30，并对结果进行分析； ∙ 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=a K 时，试采用微分反馈控制方法，并通过控制器参数的优化，使系统性能满足%5%,σ<3250,510s ss t ms d -≤<⨯等指标。
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 绘制教材第四章习题4-5；∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-10及4-17，并对结果进行分析；∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-23，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；∙ 利用MATLAB 完成教材第六章习题6-22控制器的设计及验证；∙ 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，试采用PD控制并优化控制器参数，使系统性能满足给定的设计指标ms t s 150%,5%<<σ。
《自动控制原理》Matlab求解控制系统时域响应实验一
《自动控制原理》Matlab求解控制系统时域响应实验一、实验目的(1)学习控制系统在阶跃信号、脉冲信号、速度函数、加速度函数等不同输入信号下的响应(2)通过计算机的仿真图形观测二阶控制系统的时域响应曲线。
(3)改变ξ和ωn，观测参数变化时对典型环节时域响应的影响。
二、实验仪器Matlab7.0，计算机三、实验原理1、求解连续系统时域响应的MATLAB函数Impulse函数计算/绘制连续系统的单位脉冲响应句法：step函数lsim函数计算/绘制连续系统在0～t时间内的对任意输入u的响应。
上述函数句法中带输出变量引用时，得到系统的时域响应数据而不直接显示响应曲线，此时需通过绘图命令plot查看响应曲线。
四、实验内容及步骤（分析：无阻尼固有频率一定，阻尼比越小，系统超调量越大，振荡越厉害）五、实验原始数据记录与数据处理当ζ=0.7,ωn取2、4、6、8、10、12时的单位阶跃响应曲线。
六、实验结果与分析讨论无阻尼固有频率一定，阻尼比越小，系统超调量越大，振荡越厉害。
阻尼比一定，无阻尼固有频率越大，系统能更快达到稳定值，响应的快速性越好七、结论控制系统在阶跃信号、脉冲信号、速度函数、加速度函数等不同输入信号下的响应不同，无阻尼固有频率一定，阻尼比越小，系统超调量越大，振荡越厉害。
阻尼比一定，无阻尼固有频率越大，系统能更快达到稳定值，响应的快速性越好。
八、实验心得体会（可略）通过这次实验我学到了很多，首先是对单位脉冲响应，单位加速度响应，单位速度响应，单位阶跃响应有了一定的认知，对matlab软件有了更深的认识，会使用的功能越来越多了，希望在今后的学习生涯中能学到更多的知识。
自动控制理论实验报告
实验五线性系统的时域分析一、实验目的1、学会使用MATLAB绘制控制系统的单位阶跃响应曲线；2、研究二阶控制系统中、对系统阶跃响应的影响3、掌握系统动态性能指标的获得方法及参数对系统动态性能的影响。
二、实验设备Pc机一台，MATLAB软件。
三、实验举例已知二阶控制系统：C（s)/R(s）=10/[s2+2s+10]求：系统的特征根 、wn 系统的单位阶跃响应曲线解：1、求该系统的特征根若已知系统的特征多项式D()，利用roots()函数可以求其特征根。
若已知系统的传递函数，可以利用eig()函数直接求出系统的特征根。
在MATLAB命令窗口提示符下键入：（符号表示回车）num=[10] 分子多项式系数den=[1 2 10] 分母多项式系数sys=tf（num，den）；建立控制系统的传递函数模型eig（sys）求出系统的特征根屏幕显示得到系统的特征根为：ans = -1.0000 + 3.0000i ； -1.0000 - 3.0000i2、求系统的闭环根、和函数damp()可以直接计算出闭环根、和den=[1 2 10]damp(den) 计算出闭环根屏幕显示得到系统的闭环根、和Eigenvalue Damping Freq. (rad/s)-1.00e+000 + 3.00e+000i 3.16e-001 3.16e+000-1.00e+000 - 3.00e+000i 3.16e-001 3.16e+000 既系统闭环跟为一对共轭复根 -1+j3与-1-j3，阻尼比，无阻尼振荡频率 rad/s.3、求系统的单位阶跃响应曲线函数step()可以直接计算连续系统单位阶跃响应，其调用格式为：step(sys)：对象sys可以是tf（），zpk（）函数中任何一个建立的系统模型。
step(sys，t)：t可以指定一个仿真终止时间。
在MATLAB命令窗口提示符下键入：（符号表示回车）num=[10] den=[1 2 10]step ( num , den ) 计算连续系统单位阶跃响应 grid 绘制坐标的网络屏幕显示系统的单位阶跃响应曲线： 从图中获得动态性能指标的值为：上升时间: 0.42 （s ） 峰值时间: 1.05 （s ） 超调量: 35% 调整时间: 3.54 （s ）Step ResponseTim e (sec)A m p l i t u d e01234560.20.40.60.811.21.4System : sysSettling Tim e (sec): 3.54System : sysP eak am plitude: 1.35Overshoot (%): 35.1At tim e (sec): 1.05System : sysRise Tim e (sec): 0.427动态性能指标的获取方法：方法一：用鼠标点击响应曲线上相应的点，读出该点的坐标值，然后根据二阶系统动态性能指标的含义计算出动态性能指标的值。
自动控制原理实验
自动控制原理实验实验一 控制系统的数学模型一、 实验目的1. 熟悉Matlab 的实验环境，掌握Matlab 建立系统数学模型的方法。
2. 学习构成典型环节的模拟电路并掌握典型环节的软件仿真方法。
3. 学习由阶跃响应计算典型环节的传递函数。
二、 实验内容1. 已知图1.1中()G s 和()H s 两方框相对应的微分方程分别是：()610()20()()205()10()dc t c t e t dtdb t b t c t dt+=+=且满足零初始条件，用Matlab 求传递函数()()C s R s 和()()E s R s 。
图1.1 系统结构图2. 构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例-积分环节、比例-微分环节和比例-积分-微分环节的模拟电路并用Matlab 仿真；3. 求以上各个环节的单位阶跃响应。
三、 实验原理1. 构成比例环节的模拟电路如图1.2所示，该电路的传递函数为：21().R G s R =-图1.2 比例环节的模拟电路原理图2. 构成惯性环节的模拟电路如图1.3所示，该电路的传递函数为：221(),,.1R KG s K T R C Ts R =-==+图1.2 惯性环节的模拟电路原理图3. 构成积分环节的模拟电路如图1.3所示，该电路的传递函数为：1(),.G s T RC Ts==图1.3 积分环节的模拟电路原理图4. 构成比例-积分环节的模拟电路如图1.4所示，该电路的传递函数为：2211()1,,.R G s K K T R C Ts R ⎛⎫=-+== ⎪⎝⎭图1.4 比例-积分环节的模拟电路原理图5. 构成比例-微分环节的模拟电路如图1.5所示，该电路的传递函数为：221()(1),,.R G s K Ts K T R C R =-+==图1.5 比例-微分环节的模拟电路原理图6. 构成比例-积分-微分环节的模拟电路如图1.6所示，该电路的传递函数为：121211212121121()1(1)()()()()()p d i f p i i ff i f f f f f d f f G s K T s T s R R R R C K R R C T R CT R R C R R C R R R R R R CC T R R C R R C⎛⎫=++ ⎪⎝⎭++=+==+++++=+++图1.6 比例-积分-微分环节的模拟电路原理图四、实验要求1.画出各环节的模拟电路图。
北京理工大学自动控制matlab实验报告
MATLAB软件工具在控制系统分析和综合中的应用实验班级：01811001学号：1120100209姓名：戚煜华一、试验目的：1．了解MATLAB 这种强大的数学软件的基本特点和语言特点。
2．掌握控制系统在MATLAB 中的描述。
3．学会用MATLAB 的Control 工具箱中提供的仿真函数，例如连续时间系统在阶跃输入激励下的仿真函数step （），脉冲激励下的仿真函数impulse （）等。
4掌握典型一阶、二阶系统中参数的变化对阶跃响应曲线的影响；5掌握使用MATLAB 绘制控制系统的根轨迹图，并了解附加开环零、极点对闭环根轨迹的影响。
6．学会使用MATLAB 绘制系统频率特性曲线—乃氏图和伯德图，并利用MATLAB 求出系统的稳定裕度。
7．掌握系统串联校正后，开环指标及时域响应指标的变化规律。
二、试验设备：一台装有MATLAB 软件的电脑三、试验内容：2．以传函11)(+=Ts s G 为例，令T=0.1，1，10，绘制其单位阶跃响应曲线，并总结给出惯性时间常数对阶跃响应影响的结论。
T=0.1时的单位阶跃响应曲线T=1时的单位阶跃响应曲线T=10时的单位阶跃响应曲线结论：惯性时间常数T越大，上升时间、调节时间和延迟时间越长。
3．以传函2222)(nn n s s s G ωξωω++=为对象，令n ω=1，ξ=0，0.2，0.5，1，1.5分别绘制阶跃响应曲线。
令ξ=0.7，n ω=0.1，1，10分别绘制阶跃响应曲线，进行ξ、n ω对二阶阶跃响应的影响分析。
n ω=1，ξ=0：分析：n ω=1时，ξ=0，零阻尼，响应为无阻尼等幅振荡；ξ=0.2和0.5，欠阻尼，随着ξ的增大，振荡幅值减小，响应速度变慢，超调量减小；ξ=1，临界阻尼，响应变慢，超调和振荡消失；ξ=1.5，过阻尼，系统没有超调，且过渡时间较长。
综上所述，ξ越大，振荡幅值越小，过渡时间越长；ξ>=1以后，系统没有了超调和振荡。
自动控制原理实验1-6
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。
自动控制MATLAB实验报告
实验一 Matlab 使用方法和程序设计 热动102班 2010031294 唐旭一、实验目的1、理解 Matlab 软件使用的基本方法；2、理解 Matlab 的数据表示、基本运算和程序控制语句3、熟悉 Matlab 绘图命令及基本绘图控制4、学习使用 SIMULINK 进行系统仿真的方法二、实验内容：1、基本绘图命令（1）绘制余弦曲线 y=cos(t)，t ∈[0，2π] >> x=0:pi/15:2*pi;y=[cos(x)];plot(y)5101520253035-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81（2）在同一坐标系中绘制余弦曲线 y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)，t ∈[0，2π]>> x=0:pi/15:2*pi;y=[sin(x-0.5);cos(x-0.25)];plot(x,y)1234567-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.812、基本绘图控制绘制[0，4π]区间上的 y1=10sint 曲线，并要求：（1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号；（2）坐标轴控制：x 轴和y 轴的显示范围（X 轴0：4Pi ；Y 轴：-10：10）、单位刻度大小相等、有网格线（3）标注控制：坐标轴名称（X 轴t ；Y 轴：y1）、标题（Sin 函数）指定位置创建说明性文本；>> x=linspace(0,4*pi,30);y1=10*sin(x); axis([0,4*pi,-10,10]); plot(x,y1,'r-.+') axis equal gridxlabel('t') ; ylabel('y1') ; title('Sin 函数');text(3,4,'热动102:唐旭') ; axis([0,4*pi,-10,10]);ty 1Sin 函数3、系统仿真PID 控制系统的结构如图所示，系统输入为斜坡输入，分别采用P 、PD 、PI 、PID 控制进行仿真，并分析P 、I 、D 对系统性能的影响。
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实验分析完整报告【优秀版】
利用MATLAB 进行自动控制原理的一些分析来自：我是痕痕的弟弟1、已知三阶系统开环传递函数为G （S ）=)232(2723+++s s s ，利用MATLAB 程序，画出系统的奈圭斯特图，求出相应的幅值裕量和相位裕量。
解： 程序如下：G=tf(3.5,[1,2,3,2]); %得到系统的传递函数 subplot(1,2,1);nyquist(G); %绘制奈圭斯特曲线gridxlabel('Real Axis')ylabel('Image Axis')[Gm,Pm,Weg,Wep]=margin(G) %求幅值和相角余度及对应的频率G_ c=feedback(G,1); %构造单位反馈系统subplot(1,2,2); %绘制单位阶跃响应曲线step(G_ c)gridxlabel('Time(secs)')ylabel('Amplitude')显示结果：Gm=1.1433 Pm=7.1688 Wcg=1.7323 Wcp=1.6541系统的奈圭斯特图如下（从MATLAB截图显示）：2、绘制二阶环节的伯特图。
解：MATLAB程序如下：figure('pos',[30 100 260 400],'color','w');axes('pos',[0.15 0.2 0.7 0.7]);wn=1w=[0,logspace(-2,2,200)]; %得到对数频率数组for zeta=[0.1 0.5 1 2] %分别绘制阻尼系数为0.1、0.5、1、2的二阶环节bode 图G=tf(1,[wn^-2 2*zeta/wn 1]); bode(G ,w); hold on end;grid程序运行后得到如下图（MATLAB 截图显示）：从图中可以看出，频率w 接近Wn 时产生谐振，阻尼比的大小确定谐振峰值的大小，阻尼比越小，谐振峰值越大。
自动控制原理实验报告_2
实验一matlab基本指令练习例1:num=[1,5];>> den=[1,2,3,4,5];>> G=tf(num,den)Transfer function:s + 5-----------------------------s^4 + 2 s^3 + 3 s^2 + 4 s + 5例2:num=6*[1,5];den=conv(conv([,3,1],[1,3,1]),[1,6]);>> tf(num,den)Transfer function:6 s + 30----------------------------------3 s^4 + 28 s^3 + 66 s^2 + 37 s + 6例3:Z=[-1.9294;-0.0353+0.9287j;-0.0353-0.9287j];P=[-0.9567+1.2272j;-0.9567-1.2272j;0.0433+0.6412j;0.0433-0.6412j]; G=zpk(Z,P,KGain)Zero/pole/gain:6 (s+1.929) (s^2 + 0.0706s + 0.8637)----------------------------------------------(s^2 - 0.0866s + 0.413) (s^2 + 1.913s + 2.421)例4:G1=tf(1,[1,2,1]);>> G2=tf(1,[1,1]);>> G=feedback(G1,G2)Transfer function:s + 1---------------------s^3 + 3 s^2 + 3 s + 2G1=tf(1,[1,2,1]);G2=tf(1,[1,1]);G=feedback(G1,G2,1)Transfer function:s + 1-----------------s^3 + 3 s^2 + 3 s例5G1=tf([1,7,24,24],[1,10,35,50,24]);G2=tf([10,5],[1,0]);H=tf([1],[0.01,1]);G_a=feedback(G1*G2,H)Transfer function:0.1 s^5 + 10.75 s^4 + 77.75 s^3 + 278.6 s^2 + 361.2 s + 120-------------------------------------------------------------------- 0.01 s^6 + 1.1 s^5 + 20.35 s^4 + 110.5 s^3 + 325.2 s^2 + 384 s + 120 例6:num=[6.8,61.2,95.2];>> den=[1,7.5,22,19.5,0];>> G=tf(num,den);>> G1=zpk(G)Zero/pole/gain:6.8 (s+7) (s+2)-------------------------s (s+1.5) (s^2 + 6s + 13)例7:Z=[-2,-7];>> P=[0,-3-2j,-3+2j,-1.5];>> K=6.8;>> G=zpk(Z,P,K);>> G1=tf(G)Transfer function:6.8 s^2 + 61.2 s + 95.2-------------------------------s^4 + 7.5 s^3 + 22 s^2 + 19.5 s例8:实验二应用MATLAB进行控制系统的根轨迹分析1.To get started, select MATLAB Help or Demos from the Help menu.>> b=[1 1];>> a1=[1 0];>> a2=[1 -1];>> a3=[1 4 16];>> a=conv(a1,a2);>> a=conv(a,a3);>> rlocus(b,a)>> p=1.5i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =22.5031poles =-1.5229 + 2.7454i-1.5229 - 2.7454i0.0229 + 1.5108i0.0229 - 1.5108i>> p=1.5108i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =22.6464poles =-1.5189 + 2.7382i -1.5189 - 2.7382i0.0189 + 1.5197i0.0189 - 1.5197i>> p=1.5197i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =22.7642poles =-1.5156 + 2.7323i-1.5156 - 2.7323i0.0156 + 1.5269i0.0156 - 1.5269i>> p=1.5269i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p)k =22.8593poles =-1.5129 + 2.7275i-1.5129 - 2.7275i0.0129 + 1.5329i0.0129 - 1.5329i>> p=1.5329i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k = 22.9385poles =-1.5107 + 2.7235i-1.5107 - 2.7235i0.0107 + 1.5378i0.0107 - 1.5378i>> p=1.5378i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =23.0031poles =-1.5088 + 2.7202i-1.5088 - 2.7202i0.0088 + 1.5418i0.0088 - 1.5418i>> p=1.5418i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =23.0558poles =-1.5073 + 2.7175i-1.5073 - 2.7175i0.0073 + 1.5451i0.0073 - 1.5451i>> p=1.5451i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =23.0992poles =-1.5061 + 2.7152i-1.5061 - 2.7152i0.0061 + 1.5479i0.0061 - 1.5479i>> p=1.5479i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =23.1361poles =-1.5051 + 2.7133i-1.5051 - 2.7133i0.0051 + 1.5502i0.0051 - 1.5502i >> p=1.5502i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k = 23.1663poles =-1.5042 + 2.7118i-1.5042 - 2.7118i0.0042 + 1.5521i0.0042 - 1.5521i>> p=1.5521i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =23.1913poles =-1.5035 + 2.7105i-1.5035 - 2.7105i0.0035 + 1.5537i0.0035 - 1.5537i>> p=1.5537i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =23.2123poles =-1.5029 + 2.7094i-1.5029 - 2.7094i0.0029 + 1.5550i0.0029 - 1.5550i>> p=1.5550i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =23.2293poles =-1.5024 + 2.7085i-1.5024 - 2.7085i0.0024 + 1.5561i0.0024 - 1.5561i>> p=1.5561i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =23.2438poles =-1.5020 + 2.7077i-1.5020 - 2.7077i0.0020 + 1.5570i0.0020 - 1.5570i>> p=1.5570i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =23.2556poles =-1.5017 + 2.7071i-1.5017 - 2.7071i0.0017 + 1.5578i0.0017 - 1.5578i>> p=1.5578i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =23.2661poles =-1.5014 + 2.7066i-1.5014 - 2.7066i0.0014 + 1.5584i0.0014 - 1.5584i>> p=1.5584i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =23.2740 poles =-1.5012 + 2.7062i-1.5012 - 2.7062i0.0012 + 1.5589i0.0012 - 1.5589i>> p=1.5589i;>> [k,poles]=rlocfind(b,a,p) k =23.2805poles =-1.5010 + 2.7058i-1.5010 - 2.7058i0.0010 + 1.5593i0.0010 - 1.5593i>>实验三根轨迹（课本）例4-16:num=1;den=conv([1,0],conv([1,4],[1,4,20]));rlocus(num,den)例4-17:num=1;den=conv([1,1],[1,2,9]);sys=tf(num,den);rlocus(sys)[r,k]=rlocus(sys)r =1.0e+002 *Columns 1 through 6-0.0100 + 0.0283i -0.0095 + 0.0283i -0.0090 + 0.0283i -0.0082 +0.0285i -0.0067 + 0.0289i -0.0043 + 0.0300i-0.0100 - 0.0283i -0.0095 - 0.0283i -0.0090 - 0.0283i -0.0082 -0.0285i -0.0067 - 0.0289i -0.0043 - 0.0300i-0.0100 -0.0110 -0.0119 -0.0136 -0.0166 -0.0215Columns 7 through 12-0.0024 + 0.0312i -0.0009 + 0.0323i 0.0031 + 0.0363i 0.0079 +0.0420i 0.0136 + 0.0497i 0.0204 + 0.0598i-0.0024 - 0.0312i -0.0009 - 0.0323i 0.0031 - 0.0363i 0.0079 -0.0420i 0.0136 - 0.0497i 0.0204 - 0.0598i-0.0251 -0.0281 -0.0363 -0.0459 -0.0572 -0.0708Columns 13 through 150.0231 + 0.0640i 0.7526 + 1.3212i Inf0.0231 - 0.0640i 0.7526 - 1.3212i Inf-0.0763 -1.5352 Infk =1.0e+006 *Columns 1 through 110 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.00000.0000 0.0000 0.0000 0.0001 0.0001Columns 12 through 150.0003 0.0003 3.5494 Inf>> kg=spine(real(r(2,(9:12))),k(9:12),0)kg =24.0000例4-18:num=[1];>> den=conv([1,0],conv([1,1],conv([1,3.5],[1,6,13]))); >> rlocus(num,den);>> axis equal>> [kg,p]=rlocfind(num,den)Select a point in the graphics windowselected_point =-11.5789 +10.9846ikg =6.4164e+005p =-16.6028-6.5912 +13.7908i-6.5912 -13.7908i9.6426 + 8.5111i9.6426 - 8.5111i例4-19:n=[1,4];d=[1,1,0];>> sys=tf(n,d);>> rlocus(sys)>> axis equal>> [r,k]=rlocus(sys);>> ri=r(2,10:18)ri =Columns 1 through 6-0.9648 + 1.6697i -1.1358 + 1.9484i -1.5056 + 2.4038i -1.8755 + 2.7361i -2.2756 + 3.0044i -2.6756 + 3.2009iColumns 7 through 9-3.0757 + 3.3385i -3.4758 + 3.4242i -3.9086 + 3.4629i>> t=10:18;>> ma=min(angle(ri));>> ti=spline(angle(ri),t,mati =10>> hold on>> plot([0,2*real(r(2,10))],[0,2*imag(r(2,10))]);>> [wn,z]=damp(r(2,10))wn =1.9284z =0.5003>> mpmax=exp(-z*pi/sqrt(1-z*z))mpmax =0.1628实验四典型环节及阶跃响应测试一．比例环节二．积分环节三. 微分环节四. 惯性环节五.震荡环节。
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。
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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二阶系统的matlab 性能分析
一、实验目的
1、研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ξ和自然振荡频率n ω对系统动态性能的影响；
2、比较比例微分控制的二阶系统和典型二阶系统的性能；
3、比较输出量速度反馈控制的二阶系统和典型二阶系统的性能。
二、实验任务
1、典型二阶系统
二阶系统的传递函数为()s Φ=222
2n
n n
s s ωξωω++。
（1）令n ω=10不变，ξ取不同值：1ξ=0，2ξ、3ξ（01ξ<<），4ξ=1，5ξ>1，观察其单位阶跃响应曲线变化情况；
（2）令ξ=0不变，n ω取不同值，观察其单位阶跃响应曲线变化情况；
（3）令ξ=0.2不变，n ω取不同值，观察其单位阶跃响应曲线变化情况，并计算超调量%Mp 和s t ；
（4）令n ω=10不变，ξ取不同值（01ξ<<），观察其单位阶跃响应曲线变化情况，并计算超调量%Mp 和s t 。
2、比例微分控制的二阶系统
比例微分控制的二阶系统的结构图如图2-1。
图2-1 比例微分控制的二阶系统的结构图
系统中加入比例微分控制，使系统阻尼比增加，并增加一个闭环零点，可以通过仿
真比较典型二阶系统和比例微分控制的二阶系统的单位阶跃响应的性能指标。
上图所示的控制系统，令
225
(2)(2)
n
n
s s s s
ω
ξω
=
++
，0.1
d
T=，其中5,0.2
n
ωξ
==，从
Simulink图形库浏览器中拖曳Step（阶跃输入）、Sum（求和模块）、Pole-Zero（零极点）模块、Scope（示波器）模块到仿真操作画面，连接成仿真框图如图2-2所示。
图中Pole-Zero（零极点）模块建立()
G s。
图2-2 典型二阶系统和比例微分控制的二阶系统比较仿真框图
3、输出量速度反馈的二阶系统
输出量速度反馈的二阶系统的结构图如图2-3。
图2-3 输出量速度反馈的二阶系统的结构图
系统中加入输出量的速度反馈控制，使系统阻尼比增加，可以通过仿真比较典型二阶系统和输出量速度反馈控制的二阶系统的单位阶跃响应的性能指标。
图2-3所示的控制系统，令
225
(2)(2)
n
n
s s s s
ω
ξω
=
++
，0.1
f
K=，其中5,0.2
n
ωξ
==，
建立仿真框图如图2-4所示。
图中
0.11
0.11 0.0011
s
s
s
+
≈+
+。
图2-4 典型二阶系统和输出量速度反馈控制的二阶系统比较仿真框图
三、实验要求
1、完成实验任务所有的仿真分析；
2、撰写实验报告。
实验报告内容包括： （1） 实验题目和目的； （2） 实验原理；
（3） 实验任务中要求的所有仿真框图和阶跃响应曲线； （4） 讨论下列问题：
a) 试讨论欠阻尼时参数n ω对二阶系统阶跃响应曲线及性能指标%Mp 和s t 的
影响；
b) 试讨论欠阻尼时参数ξ对二阶系统阶跃响应曲线及性能指标%Mp 和s t 的影
响；
c) 试讨论二阶系统加入比例微分控制后性能指标的变化；
d) 试讨论二阶系统加入带输出量速度反馈控制后性能指标的变化。
（5）实验体会。
自动控制系统的稳定性和稳态误差分析
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)
s
G s
s 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。
在MATLAB命令窗口写入程序代码如下：
z=-2.5
p=[0,-0.5,-0.7,-3]
k=0.2
Go=zpk(z,p,k)
Gc=feedback(Go,1)
Gctf=tf(Gc)
dc=Gctf.den
dens=ploy2str(dc{1},'s')
运行结果如下：
dens=
s^4 + 4.2 s^3 + 3.95 s^2 + 1.25 s + 0.5
dens是系统的特征多项式，接着输入如下MATLAB程序代码：den=[1,4.2,3.95,1.25,0.5]
p=roots(den)
运行结果如下：
p =
-3.0058
-1.0000
-0.0971 + 0.3961i
-0.0971 - 0.3961i
p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=-2.5
p=[0,-0.5,-0.7,-3]
k=0.2
Go=zpk(z,p,k)
Gc=feedback(Go,1)
Gctf=tf(Gc)
[z,p,k]=zpkdata(Gctf,'v')
pzmap(Gctf)
grid
运行结果如下：
z =
-2.5000
p =
-3.0058
-1.0000
-0.0971 + 0.3961i
-0.0971 - 0.3961i
k =
0.2000
输出零极点分布图如图3-1所示。
图3-1 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 s G s s 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。
只要将（1）代码中的k 值变为1，10，100，即可得到系统的闭环极点，从而判断系统的稳定性，并讨论系统增益k 变化对系统稳定性的影响。
2、稳态误差分析
（1）已知如图3-2所示的控制系统。
其中25
()(10)
s G s s s +=
+，试计算当输入为单位
阶跃信号、单位斜坡信号和单位加速度信号时的稳态误差。
图3-2 系统结构图
从Simulink图形库浏览器中拖曳Sum（求和模块）、Pole-Zero（零极点）模块、Scope （示波器）模块到仿真操作画面，连接成仿真框图如图3-3所示。
图中，Pole-Zero（零极点）模块建立()
G s，信号源选择Step（阶跃信号）、Ramp（斜坡信号）和基本模块构成的加速度信号。
为更好观察波形，将仿真器参数中的仿真时间和示波器的显示时间范围设置为300。
图3-3 系统稳态误差分析仿真框图
信号源选定Step（阶跃信号），连好模型进行仿真，仿真结束后，双击示波器，输出图形如图3-4所示。
图3-4 单位阶跃输入时的系统误差
信号源选定Ramp（斜坡信号），连好模型进行仿真，仿真结束后，双击示波器，输出图形如图3-5所示。
图3-5 斜坡输入时的系统误差
信号源选定加速度信号，连好模型进行仿真，仿真结束后，双击示波器，输出图形如图3-6所示。
图3-6 加速度输入时的系统误差
从图3-4、3-5、3-6可以看出不同输入作用下的系统的稳态误差，系统是II型系统，因此在阶跃输入和斜坡输入下，系统稳态误差为零，在加速度信号输入下，存在稳态误差。
（2）若将系统变为I型系统，
5
()
(10)
G s
s s
=
+
，在阶跃输入、斜坡输入和加速度信
号输入作用下，通过仿真来分析系统的稳态误差。
三、实验要求
1、完成实验任务中的所有内容；
2、撰写实验报告。
实验报告内容包括：
（1）实验题目和目的；
（2）实验原理；
（3）实验任务中要求完成实验的程序代码、仿真框图、波形和数据结果；
（4）讨论下列问题：
a)讨论系统增益k变化对系统稳定性的影响；
b)讨论系统型数以及系统输入对系统稳态误差的影响。
（5）实验体会。