自控仿真作业.

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自动控制仿真大作业

1.给出整定步骤和控制器参数整定结果采用衰减曲线法。

利用PID仿真模型，大致试出Kp0.75在1到10之间，然后利用matlab进行试算，不断提高Kp0.75精度，直到得出较高精度的Kp0.75，具体过程见PID.m文件。

得出Kp0.75 =5.2560，T0.75 =22则有：Ti=0.3* T0.75Td=0.25*TiKp= Kp0.75/0.8=6.5700Ki= Kp0.75/Ti=0.9955Kd= Kp0.75*Td=10.84052.分别绘制设定值和控制量单位阶跃的响应曲线设定值单位阶跃响应曲线控制量单位阶跃响应曲线3.求出设定值阶跃扰动下的静态偏差、最大动态偏差和调节时间由仿真模型，静态偏差=r(∞)-y(∞)=0，动态偏差=r-y max = -1.5684,取Δ=2%，得ts=43s。

PID.m程序代码如下：%第一问，采用衰减曲线法Ki = 0;Kd = 0;for Kp = 1:0.1:10;%粗选Kpsim('PID1.mdl');index=find(diff(sign(diff(y)))==-2)+1;%网上百度到的，用来寻找数据中极大值的位置，index 记录数据位置if length(index)>=3 %输出是震荡的前提M1=y(index(1))-y(length(y));%y(index(1))为第一个极大值，默认最后一个y即y(length(y))为稳定值M3=y(index(2))-y(length(y));%y(index(2))为第二个极大值a=(M1-M3)/M1;%a为衰减率if abs(a-0.75)<0.01temp=Kp;%存储粗选出的Kpbreak;endendendfor Kp = temp-0.1:0.01:temp+0.1;%进一步缩小Kp范围sim('PID1.mdl');index=find(diff(sign(diff(y)))==-2)+1;if length(index)>=3M1=y(index(1))-y(length(y));M3=y(index(2))-y(length(y));a=(M1-M3)/M1;if abs(a-0.75)<0.001%增大精度temp=Kp;break;endendendfor Kp = temp-0.01:0.001:temp+0.01;%精选出Kpsim('PID1.mdl');index=find(diff(sign(diff(y)))==-2)+1;if length(index)>=3M1=y(index(1))-y(length(y));M3=y(index(2))-y(length(y));a=(M1-M3)/M1;if abs(a-0.75)<0.0001kp=Kp;disp('Kp(0.75)=')%输出显示Kp(0.75)disp(kp)T=t(index(2))-t(index(1));%计算震荡周期disp('T(0.75)=')%输出显示T(0.75)disp(T)break;endendendti=0.3*T;%求出Kp，Ki，Kdtd=0.25*ti;Kp=kp/0.8Ki=Kp/tiKd=Kp*td%第二问直接修改仿真模型的设定值和控制量，然后仿真即可%第三问sim('PID1.mdl');index=find(diff(sign(diff(y)))==-2)+1;e=1-y(length(y))%静态偏差eM=1-y(index(1))%动态偏差for index=1:1:length(y)if abs(y(index)-y(length(y)))<=0.02*y(length(y))%找出调整时间对应的y的位置，取Δ=2% ts=t(index)%调整时间break;endend搭建的simulink模型如下：。

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。

宿迁学院自控原理仿真实验

实验三系统的稳态误差分析一.实验目的:1.了解系统开环增益和系统型别对稳态误差的影响。

2.了解输入信号的形式和幅值对系统稳态误差的影响。

3.分析扰动作用下对系统稳态误差的影响。

4.研究减小或消除稳态误差的措施。

二.实验内容:1．分别观测输入信号为阶跃信号、斜坡信号、加速度信号时，不同系统型别稳态误差的变化情况。

2．对有差系统，增大或减小系统的开环增益，观察系统稳态误差的变化。

3．改变输入信号的幅值，观察系统稳态误差的变化。

4．观测有扰动作用时，系统稳态误差的变化。

5．采取一种措施消除阶跃扰动对系统的影响。

三.实验原理:阶跃输入信号作用于0型系统，如图（3-1）所示：图（3-1）斜坡输入信号作用于Ⅰ型系统，如图（3-2）所示：图（3-2）加速度输入信号作用于Ⅱ型系统，如图（3-3）所示：图（3-3）扰动信号作用下的系统，如图（3-4）所示：图（3-4）四.实验步骤:利用MATLAB中的Simulink仿真软件。

1.参照实验一的步骤，建立如图(3-1)所示的实验方块图进行仿真；2.单击工具栏中的图标，开始仿真，观测在阶跃输入信号作用下，0型系统的输出曲线和误差曲线，记录此时的稳态误差值，并与理论计算值相比较；3.有误差时，调整“Gain”模块的增益，观察稳态误差的变化，分析系统开环增益对稳态性能的影响；4.有误差时，调整输入信号的幅值，观察稳态误差的变化，分析输入信号的大小对稳态误差的影响；5.将对象分别更换为Ⅰ型和Ⅱ型系统，观察在阶跃输入信号作用下，Ⅰ型和Ⅱ型系统的输出曲线和误差曲线，记录此时的稳态误差值。

6.更换输入信号的形式为斜坡信号，参考图(3-2)所示的实验方块图，重复步骤2~4，分别观测0型、Ⅰ型和Ⅱ型系统的稳态误差。

7.再将输入信号的形式更换为加速度信号，参考图(3-3)所示的实验方块图，重复步骤2~4，分别观测0型、Ⅰ型和Ⅱ型系统的稳态误差。

8.在扰动信号作用下，仿真实验方块图如图(3-4)所示，输入阶跃扰动信号，观测系统的输出曲线和误差曲线，记录此时的稳态误差值，并与计算的理论值相比较；9.调整“Gain”模块的增益，观察稳态误差有无变化；，10.再调整“Gain1”模块的增益，观察稳态误差有无变化；11.在扰动作用点之前增加积分环节消除阶跃扰动对系统输出的影响。

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。

《自动控制原理》仿真实验报告

中国地质大学江城学院《自动控制原理》仿真实验报告姓名吴丽芳班级数控（2）班学号2520110228指导教师祁锋2013年12月9 日目录实验一 MATLAB软件的安装与认知实验二使用软件进行数值运算和绘图实验三采用SIMULINK仿真模块进行系统性能分析实验一 MATLAB软件的认识一、实验目的MATLAB软件是具有数值分析、矩阵运算、复杂的信息处理和完美的图形显示等多种功能的软件包，它具有许多专门用途的工具箱，进一步扩展了MATLAB 的应用领域，使其在自动控制系统的分析和设计方面获得广泛的应用。

1、熟悉启动和退出MATLAB软件的方法；2、熟悉MATLAB软件的运行环境；3、熟悉MATLAB软件的基本操作；4、掌握建立矩阵的方法；5、掌握熟悉MATLAB软件各种表达式的书写规则以及常用函数的使用；6、能够进行基本的数组、矩阵运算。

二、实验内容熟悉MATLAB软件的各个工具箱、指令及常用工具，掌握数值的表示方法、运算符的使用规则及运算表达式的写法。

三、分析讨论题1、MATLAB软件有哪些常用指令？有哪些专用工具箱？help elfun %列出所有基本函数。

lookfor image 查找有关图像的函数和命令。

几个常用的通用命令。

quit 关闭MATLABexit 关闭MATLABclc 清除MATLAB命令窗口中的所有显示内容clear 清除工作空间中保存的所有变量Matlab Main Toolbox——matlab主工具箱Control System Toolbox——控制系统工具箱Communication Toolbox——通讯工具箱Financial Toolbox——财政金融工具箱System Identification Toolbox——系统辨识工具箱Fuzzy Logic Toolbox——模糊逻辑工具箱Neural Network Toolbox——神经网络工具箱Optimization Toolbox——优化工具箱Partial Differential Toolbox——偏微分方程工具箱Robust Control Toolbox——鲁棒控制工具箱Signal Processing Toolbox——信号处理工具箱Spline Toolbox——样条工具箱Statistics Toolbox——统计工具箱Symbolic Math Toolbox——符号数学工具箱Simulink Toolbox——动态仿真工具箱Wavele Toolbox——小波工具箱2、用举例的方法说明数值的表示方法是怎样的？MATLAB的数值采用十进制，可以带小数点或负号。

自控仿真作业汇总.

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：班级：姓名：学号：时间：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P136.3-5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P136.3-9系统的动态性能及稳态性能通过的仿真进行分析，说明不同控制器的作用；∙ 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，试采用微分反馈使系统的性能满足给定的设计指标。

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P181.4-5-(3）；∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-10或4-18，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。

5）第七章线性离散系统的分析与校正∙ 利用MATLAB 完成教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证。

∙ 利用MATLAB 完成教材P385.7-25的控制器的设计及验证。

二．仿真实验时间安排及相关事宜1．依据课程教学大纲要求，仿真实验共6学时，教师可随课程进度安排上机时间，学生须在实验之前做好相应的准备，以确保在有限的机时内完成仿真实验要求的内容； 2．实验完成后按规定完成相关的仿真实验报告； 3．仿真实验报告请参照有关样本制作并打印装订；4．仿真实验报告必须在本学期第15学周结束之前上交授课教师。

自动控制原理MATLAB仿真实验报告

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、实验内容① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ；Simulink 图形实现：示波器显示结果：② 惯性环节11)(1+=s s G 和15.01)(2+=s s GSimulink 图形实现：示波器显示结果：③ 积分环节s s G 1)(1Simulink 图形实现：示波器显示结果：④ 微分环节s s G )(1Simulink 图形实现：波器显示结果：⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G1）、G1（s ）=s+2Simulink 图形实现：示波器显示结果：2）、G2（s）=s+1 Simulink图形实现：示波器显示结果：⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+=1）、G1（1）=1+1/sSimulink 图形实现：示波器显示结果：2）G2（s）=1+1/2s Simulink图形实现：示波器显示结果：三、心得体会通过这次实验我学到了很多，对课本内容加深了理解，熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法，加深对各典型环节响应曲线的理解，这为对课程的学习打下了一定基础。

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nω对二阶系统性能的影响。

3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。

二、实验内容1．观察函数step( )的调用格式，假设系统的传递函数模型为243237()4641s s G s s s s s ++=++++绘制出系统的阶跃响应曲线？2．对典型二阶系统222()2n n n G s s s ωζωω=++1）分别绘出2(/)n rad s ω=，ζ分别取0,0.25,0.5,1.0和2.0时的单位阶跃响应曲线，分析参数ζ对系统的影响，并计算ζ=0.25时的时域性能指标,,,,p r p s ss t t t e σ。

智能控制--仿真作业

题目1: Fuzzy 控制器与PID 控制器的性能对比若)(s G 为时变对象，传递函数分别为：)14)(12(20)(1++=s s s G ，)14)(12(20)(5.02++=-s s s G e S，)12.2)(14)(12(20)(5.03+++=-s s s s G e S分别设计PID 控制器和Fuzzy 控制器，并作性能对比。

若⎩⎨⎧==2.0)()()(d b a t 确定性扰动自噪声δ，采用周期为0.1。

解：1 PID 控制器的设计利用simulink 设计PID 控制器参数。

然后将所需模块拖放至模型窗口，并按顺序进行连接。

通过仿真图形，不断调节控制器参数，已达到所需图形，结构如图1所示：图1 PID 控制仿真结构2 模糊控制系统设计模糊控制系统原理图如图2所示：图2 二维模糊控制系统原理图其设计的原理图如图3所示：图3 模糊控制器原理图由题目知：这是一个两输入单输出的模糊控制器，设输入变量为偏差E 和偏差变化率EC ，输出变量为U 。

① 输入量E: 基本论域为：[-6,+6]；量化论域为：{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}；模糊子集为：{负大,负中,负小,负零,正零,正小,正中,正大} ={NB,NM,NS,NZ,ZO,PS,PM,PB}； ② 输入量EC:基本论域为：[-6，+6]；量化论域为：{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}；模糊子集为：{负大,负中,负小,零,正小,正中,正大} ={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}； ③ 输出量U ：基本论域为：[-6，+6]；量化论域为：{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6} 模糊子集为：{负大,负中,负小,零,正小,正中,正大} ={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}；（1）生成的模糊规则库如表1所示：表1 模糊控制规则（2）隶属度函数的建立（如图4(a),(b),(c)所示）：图4(a) E的隶属度函数图4（b）EC的隶属度函数图4（c）U的隶属度函数（3）规则编辑器（如图5所示）图5 规则编辑器3 仿真分析（1）仿真原理图图6 PID控制和模糊控制仿真图（2）仿真结果（1）)14)(12(20)(1++=s s s G ，PID 控制和模糊控制的仿真图图7 无干扰PID 和模糊控制（Kp=1,Ti=0.05,Td=0.6,K1=0.7,K2=0.5,K3=0.025）图8 常值干扰PID 和模糊控制（Kp=1,Ti=0.05,Td=0.6,K1=0.7,K2=0.5,K3=0.02）图9 白噪声PID 和模糊控制（Kp=1,Ti=0.05,Td=0.6,K1=0.7,K2=0.5,K3=0.027）（2）)14)(12(20)(5.02++=-s s s G e S，PID 控制和模糊控制的仿真图图10 无干扰PID 和模糊控制（Kp=0.15,Ti=0.02,Td=0.2,K1=0.7,K2=0.9,K3=0.025）图11 常值干扰PID 和模糊控制（Kp=0.15,Ti=0.02,Td=0.2,K1=0.7,K2=0.9,K3=0.02）图12 白噪声PID 和模糊控制（Kp=0.15,Ti=0.02,Td=0.2,K1=0.7,K2=0.9,K3=0.027）（3）)12.2)(14)(12(20)(5.03+++=-s s s s G eS，PID 控制和模糊控制的仿真图图13无干扰PID和模糊控制（Kp=0.2,Ti=0.02,Td=0.4,K1=1.3,K2=4,K3=0.025）图14 常值干扰PID和模糊控制（Kp=0.2,Ti=0.02,Td=0.4,K1=1.3,K2=4,K3=0.02）图15 白噪声PID和模糊控制（Kp=0.2,Ti=0.02,Td=0.4,K1=1.3,K2=4,K3=0.027）4 仿真结果分析（1）对于本次作业，调节Kp,Td,Ti,K1,K2,K3是关键，6个参数的取值不同，可能会导致仿真结果与真实结果相反。

自控仿真作业

《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告院系：电信学院班级：自动化3班姓名： zh学号： ********时间：2015 年 12 月 31 日电气工程与信息工程学院第三章线性系统的时域分析法3-5设单位反馈系统的开环传递函数为)6.0(14.0)(++=s s s s G 。

试求：1）系统在单位阶跃输入下的动态性能。

2）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。

解：画SIMULINK 图：没有忽略闭环零点和忽略闭环零点的对比系统接线图曲线和表格：没有忽略闭环零点忽略闭环零点由图像可以算出：Ts δ % Tp 没有忽略闭环零点7.74s18%3.63s忽略闭环零点8.08s 16.3% 3.16s分析与结论：从系统曲线图中可以看见当没有忽略闭环零点时，调节速度快但是超调量大。

从系统曲线图中可以看见忽略闭环零点时，调节速度慢但是超调量小。

我们可以用程序做的图中可以直接读出数据（如：调节时间、超调量）。

但是，SIMULINK做的图中是不可以直接读出，只能看到它的大致走向。

3-9设控制系统如图所示，要求：取τ1=0，τ2=0.1，计算测速反馈校正系统的超调量、调节时间和速度误差；取τ1=0.1，τ2=0，计算比例-微分校正系统的超调量、调节时间和速度误差。

解：画SIMULINK图：τ1=0，τ2=0.1τ1=0.1，τ2=0不加比例微分和微分反馈和以上环节进行比较曲线和表格：1234567891000.20.40.60.811.21.41.6t1=0,t2=0t1=0.1,t2=0t1=0,t2=0.1系统 TsTp 峰值 δ %原函数 7.32 1.01 1.6 60.5 测速反馈3.541.051.3535.1比例微分 3.44 0.94 1.37 37.1分析与结论：总结：测速反馈控制与比例-微分控制都可以改善二阶系统的动态特性，但是他们也有各自的特点。

比例-微分控制对系统的开环增益和自然频率均无影响，测速反馈控制虽然不影响自然频率，但是会降低开环增益。

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。

电气自动化专升本自动控制仿真试题4[1]

密封线共 8 页第 1 页题号一二三四五六七总分分数 16 12 24 16 12 9 11 成绩一、（共16分，每空2分）填空题。

1、根据有无反馈，控制系统可分为两类：（）。

2、传递函数的定义是（）。

3、233)(2+++=s s s s F 的拉氏反变换为（）。

4、非最小相位系统是指（）。

5、某闭环传递函数为121)()(+=s s R s C 的控制系统的截止频率bω为（）s rad /。

6、线性采样系统稳定的充要条件是其特征根均位于z 平面（）。

7、已知某控制系统开环传递函数为12+s ，则该系统的剪切频率cω为（）s rad /，相角储备γ为（）度。

二、（共12分）系统的方块图如下，试求：1、通过方块图化简求闭环传递函数()()sR s C （用梅逊公式也可）。

（8分） 2、误差传递函数)()(s R s E 。

（4分）G 1R (s )C (s )－＋－G7＋G 5G 2G 3G 6E (s )G 4＋－三、（共24分）某单位负反馈控制系统如图，阻尼比5.0=ζ，试求：R (s )C (s )－＋)1(+s s K1、系统类型、阶次。

（2分）2、 K 、无阻尼振荡角频率nω、有阻尼振荡角频率dω的值。

（6分） 3、系统的开环传递函数)(s G K。

（2分）4、静态误差系数K p ，K v 和K a 。

（3分）5、系统对单位阶跃、单位斜坡、单位加速度输入的稳态误差ssp e ，ssv e ，ssae 。

（3分）6、峰值时间pt ，最大超调量%pσ。

（4分） 7、输入信号为2)(=t r 时，系统的稳态输出)(∞c 、输出最大值m axc 。

（4分）四、（共16分）传递函数题。

1、（从图(a )，(b )中选作一题）求系统输入为i x ，输出为o x 时的传递函数)()(s X s X io 。

（6分）mfk 2k1ixoxxixoR1R2C注：图(a )中，ix ,ox 是位移量；图(b )中，ix ,ox 是电压量。

自动控制原理Matlab仿真实验实验

源程序： numg=[1];deng=[500,0,0]; numc=[1,1];denc=[1,2]; [num1,den1]=series(numg,deng,numc,denc); [num,den]=cloop(num,den,-1); printsys(num,den) 运行结果： num/den = s + 1 ---------------------------500 s^3 + 1000 s^2 + 4 s + 4 3、传递函数零、极点的求取在命令窗口依次运行下面命令，并记录各命令运行后结果
示波器显示仿真结果：
(2)G2(s)= 1+1/2s Simulink 图形:
示波器显示仿真结果：
实验三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、实验内容 (一) 稳定性 1、系统传函为 G(s) =
4
源程序： roots([1 7 3 5 2]) 运行结果： ans = - 6.6553 0.0327 + 0.8555i 0.0327 - 0.8555i - 0.4100 结论：特征方程根具有正实部，因而系统是不稳定的（二）阶跃响应 1. 二阶系统 G (s ) =
10 s + 2 s + 10
示波器显示仿真结果如下：
②惯性环节 G1(s)=1/s+1 和 G2(s)=1/0.5s+1。 Simulink 图形：
示波器显示仿真结果如下：
③积分环节 G1(s)=1/s。
Simulink 图形：
示波器显示仿真结果如下：
④微分环节 G1(s)= s。 Simulink 图形:

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。

东南大学自控实验报告仿真实验

Matlab 在自动控制原理中的应用目录一、实验目的 (3)二、预习要求 (3)三、实验内容 (3)四、实验总结 (14)一、实验目的：1．学习系统数学模型的多种表达方法，并会用函数相互转换。

2．学习模型串并联及反馈连接后的系统传递函数。

3．掌握系统BODE图，根轨迹图及奈奎斯特曲线的绘制方法。

并利用其对系统进行分析。

4．掌握系统时域仿真的方法，并利用其对系统进行分析。

二、预习要求：借阅相关Matlab/Simulink参考书，熟悉能解决题目问题的相关Matlab函数。

三、实验内容：1．已知H（s）=0.051(0.21)(0.11)ss s+++，求H（s）的零极点表达式和状态空间表达式。

答：（1）零极点表达式：>> num=[0.05 1];den=conv([0.2 1],[0.1 1]); sys1=tf(num,den)sys2=zpk(sys1)sys1 =0.05 s + 1--------------------0.02 s^2 + 0.3 s + 1Continuous-time transfer function.sys2 =2.5 (s+20)------------ % 零极点表达式(s+10) (s+5)Continuous-time zero/pole/gain model.状态空间表达式：>> num=[0.05 1];den=conv([0.2 1],[0.1 1]);sys1=tf(num,den);sys3=ss(sys1)sys3 =a =x1 x2x1 -15 -6.25x2 8 0b =u1x1 4x2 0c =x1 x2y1 0.625 1.562d =u1y1 0Continuous-time state-space model.2．已知15()(1)(2)s H s s s s +=++，21()1H s s =+。

（1）求两模型串联后的系统传递函数。

电力拖动自动控制系统仿真作业

转速。

电流反馈控制直流调速系统的仿真1.电流环仿真设计
1）根据工程设计的方法将电流环校成典型Ⅰ系统，典型Ⅰ系统的跟随性较好，超调量较小。

T=Toi=Ts=0.037s 。

K I=1/ T=135.1；
T=0.03s ；
Ki=1.013T=0.03
根据上述的设计参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为σ=4.3%<5%，符合设计要求动态框架图：
（1）以KT=0.5.T=0.03电流波形
（2）利用仿真模型观察PI参数对跟随性能指标的影响趋势以KT=0.25的关系式按典型I型系统的设计方法得到了PI调节器的传递函数为
0.5067+16.89/s，得到电流环的阶跃响应仿真结果,无超调，但上升时间长。

电流环输出波形
（3）调整以K=1.0的关系式得到PI调节器的传递函数为
2.027+67.567/s，得到电流环阶跃响应仿真图，超调大，但上升时间
短。

总结：从以上各电流环的图形得出KT越大时上升时间越快，但同时超调量也比较大，当KT=0.5时，各项动态参数较合理。

2速度环的系统仿真
速度环的仿真模型
1）转速环空载高速启动波形图取KT=0.5，h=5
2)转速环满载高速启动波形图，启动时间延长，退饱和和超调量减少
3）转速环的抗扰波形图，空载稳定运行时突然加额定负载的转速与电流的响应曲线。

自控仿真作业

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：班级：姓名：学号：时间：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P136.3-5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P136.3-9系统的动态性能及稳态性能通过的仿真进行分析，说明不同控制器的作用；∙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=K时，试采a用微分反馈使系统的性能满足给定的设计指标。

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P181.4-5-(3）；∙在MATLAB环境下选择完成教材第四章习题4-10或4-18，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。

5）第七章线性离散系统的分析与校正∙利用MATLAB完成教材P383.7-20的最小拍系统设计及验证。

∙利用MATLAB完成教材P385.7-25的控制器的设计及验证。

二．仿真实验时间安排及相关事宜1．依据课程教学大纲要求，仿真实验共6学时，教师可随课程进度安排上机时间，学生须在实验之前做好相应的准备，以确保在有限的机时内完成仿真实验要求的内容；2．实验完成后按规定完成相关的仿真实验报告；3．仿真实验报告请参照有关样本制作并打印装订；4．仿真实验报告必须在本学期第15学周结束之前上交授课教师。