基于MATLAB的控制系统仿真及应用 (1)
应用MATLAB控制系统仿真
01
根据系统性能要求，设计比例、积分、微分控制器参数，优化
系统性能。
状态反馈控制器设计
02
通过状态反馈控制器设计，实现系统的最优控制。
鲁棒控制器设计
03
针对不确定性系统，设计鲁棒控制器，提高系统对参数变化的
适应性。
04
控制系统仿真的动态行为，通过建立和求解微 分方程来模拟系统的动态响应。
性能等。
05
Matlab控制系统仿真实 例
一阶系统仿真
总结词：简单模拟
详细描述：一阶系统是最简 单的控制系统，其动态行为 可以用一个一阶微分方程描 述。在Matlab中，可以使用 `tf`函数创建一个一阶传递函 数模型，然后使用`step`函 数进行仿真。
总结词：性能分析
详细描述：通过仿真，可以 观察一阶系统的响应曲线， 包括超调和调节时间等性能 指标。使用Matlab的绘图功 能，可以直观地展示系统的 动态行为。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
适用于模拟数字控制系统、采样控制系统等。
实时仿真
01
在实际硬件上实时模拟控制系统的动态行为，通过将
控制算法嵌入到实际控制系统中进行实时仿真。
02
使用Matlab中的`real-time workshop`等工具箱进
行建模和仿真，可以方便地实现实时仿真。
03
适用于模拟实际控制系统、验证控制算法的正确性和
实时仿真
Matlab支持实时仿真，可以在实 际硬件上运行控制算法，进行系 统测试。
02
控制系统数学模型
线性时不变系统
线性时不变系统（LTI）是指系统的输出与输入之间的关系 可以用线性常数来描述的系统。在控制系统中，LTI系统是 最常见的系统类型之一。
实验一指导书MATLAB在控制系统模型建立与仿真中应用
实验一MATLAB 在控制系统模型建立与仿真中地应用一、MATLAB 基本操作与使用1. 实验目地1)熟悉MATLAB工作环境平台及其各个窗口,掌握MATLAB 语言地基本规定,MATLAB图形绘制功能、M 文件程序设计.2) 学习使用MATLAB控制系统工具箱中线性控制系统传递函数模型地相关函数.2. 实验仪器PC计算机一台,MATLAB软件1套3. 实验内容1) MATLAB工作环境平台Command Window图1 在英文Windows 平台上地MATLAB6.5 MATLAB工作平台①命令窗口（Command Window）命令窗口是对 MATLAB 进行操作地主要载体,默认地情况下,启动MATLAB 时就会打开命令窗口,显示形式如图 1 所示.一般来说,MATLAB地所有函数和命令都可以在命令窗口中执行.掌握 MALAB 命令行操作是走入 MATLAB 世界地第一步.命令行操作实现了对程序设计而言简单而又重要地人机交互,通过对命令行操作,避免了编程序地麻烦,体现了MATLAB 所特有地灵活性.p1Ean。
在运行MATLAB后,当命令窗口为活动窗口时,将出现一个光标,光标地左侧还出现提示符“>>”,表示MATLAB正在等待执行命令.注意：每个命令行键入完后,都必须按回车键！DXDiT。
当需要处理相当繁琐地计算时,可能在一行之内无法写完表达式,可以换行表示,此时需要使用续行符“…”否则 MATLAB 将只计算一行地值,而不理会该行是否已输入完毕.使用续行符之后 MATLAB 会自动将前一行保留而不加以计算,并与下一行衔接,等待完整输入后再计算整个输入地结果.在 MATLAB 命令行操作中,有一些键盘按键可以提供特殊而方便地编辑操作.比如：“↑”可用于调出前一个命令行,“↓”可调出后一个命令行,避免了重新输入地麻烦.当然下面即将讲到地历史窗口也具有此功能.jLBHr。
②历史窗口（Command History）历史命令窗口是 MATLAB6 新增添地一个用户界面窗口,默认设置下历史命令窗口会保留自安装时起所有命令地历史记录,并标明使用时间,以方便使用者地查询.而且双击某一行命令,即在命令窗口中执行该命令.xHAQX。
MATLAB实验报告3-控制系统仿真
MATLAB 实验报告3 控制系统仿真1、一个传递函数模型： )6()13()5(6)(22++++=s s s s s G 将该传递函数模型输入到MATLAB 工作空间。
num=6*[1，5];den=conv(conv([1，3，1]，[1，3，1])，[1，6]);tf(num,den)2、 若反馈系统为更复杂的结构如图所示。
其中2450351024247)(234231+++++++=s s s s s s s s G ，s s s G 510)(2+=，101.01)(+=s s H 则闭环系统的传递函数可以由下面的MATLAB 命令得出：>> G1=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)得到结果：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 + 1203、设传递函数为：61166352)(2323++++++=s s s s s s s G 试求该传递函数的部分分式展开num=[2,5,3,6];den=[1,6,11,6];[r,p,k]=residue(num,den)图 复杂反馈系统4、给定单位负反馈系统的开环传递函数为：)7()1(10)(++=s s s s G 试画出伯德图。
利用以下MATLAB 程序，可以直接在屏幕上绘出伯德图如图20。
>> num=10*[1,1];den=[1,7,0];bode(num,den)5、已知三阶系统开环传递函数为：)232(27)(23+++=s s s s G画出系统的奈氏图，求出相应的幅值裕量和相位裕量，并求出闭环单位阶跃响应曲线。
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告一、实验目的本实验旨在通过MATLAB软件进行控制系统的仿真，并通过仿真结果分析控制系统的性能。
二、实验器材1.计算机2.MATLAB软件三、实验内容1.搭建控制系统模型在MATLAB软件中，通过使用控制系统工具箱，我们可以搭建不同类型的控制系统模型。
本实验中我们选择了一个简单的比例控制系统模型。
2.设定输入信号我们需要为控制系统提供输入信号进行仿真。
在MATLAB中，我们可以使用信号工具箱来产生不同类型的信号。
本实验中，我们选择了一个阶跃信号作为输入信号。
3.运行仿真通过设置模型参数、输入信号以及仿真时间等相关参数后，我们可以运行仿真。
MATLAB会根据系统模型和输入信号产生输出信号，并显示在仿真界面上。
4.分析控制系统性能根据仿真结果，我们可以对控制系统的性能进行分析。
常见的性能指标包括系统的稳态误差、超调量、响应时间等。
四、实验步骤1. 打开MATLAB软件，并在命令窗口中输入“controlSystemDesigner”命令，打开控制系统工具箱。
2.在控制系统工具箱中选择比例控制器模型，并设置相应的增益参数。
3.在信号工具箱中选择阶跃信号，并设置相应的幅值和起始时间。
4.在仿真界面中设置仿真时间，并点击运行按钮，开始仿真。
5.根据仿真结果，分析控制系统的性能指标，并记录下相应的数值，并根据数值进行分析和讨论。
五、实验结果与分析根据运行仿真获得的结果，我们可以得到控制系统的输出信号曲线。
通过观察输出信号的稳态值、超调量、响应时间等性能指标，我们可以对控制系统的性能进行分析和评价。
六、实验总结通过本次实验，我们学习了如何使用MATLAB软件进行控制系统仿真，并提取控制系统的性能指标。
通过实验，我们可以更加直观地理解控制系统的工作原理，为控制系统设计和分析提供了重要的工具和思路。
七、实验心得通过本次实验，我深刻理解了控制系统仿真的重要性和必要性。
MATLAB软件提供了强大的仿真工具和功能，能够帮助我们更好地理解和分析控制系统的性能。
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：
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文目录一、内容概括 (2)1. 研究背景和意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 研究目的和内容 (5)二、MATLAB控制系统仿真基础 (7)三、控制系统建模 (8)1. 控制系统模型概述 (10)2. MATLAB建模方法 (11)3. 系统模型的验证与校正 (12)四、控制系统性能分析 (14)1. 稳定性分析 (14)2. 响应性能分析 (16)3. 误差性能分析 (17)五、基于MATLAB控制系统的设计与应用实例分析 (19)1. 控制系统设计要求与方案选择 (20)2. 基于MATLAB的控制系统设计流程 (22)3. 实例一 (23)4. 实例二 (25)六、优化算法在控制系统中的应用及MATLAB实现 (26)1. 优化算法概述及其在控制系统中的应用价值 (28)2. 优化算法介绍及MATLAB实现方法 (29)3. 基于MATLAB的优化算法在控制系统中的实践应用案例及分析对比研究31一、内容概括本论文旨在探讨基于MATLAB控制系统的仿真与应用，通过对控制系统进行深入的理论分析和实际应用研究，提出一种有效的控制系统设计方案，并通过实验验证其正确性和有效性。
本文对控制系统的基本理论进行了详细的阐述，包括控制系统的定义、分类、性能指标以及设计方法。
我们以一个具体的控制系统为例，对其进行分析和设计。
在这个过程中，我们运用MATLAB软件作为主要的仿真工具，对控制系统的稳定性、动态响应、鲁棒性等方面进行了全面的仿真分析。
在完成理论分析和实际设计之后，我们进一步研究了基于MATLAB 的控制系统仿真方法。
通过对仿真模型的建立、仿真参数的选择以及仿真结果的分析，我们提出了一种高效的仿真策略。
我们将所设计的控制系统应用于实际场景中，通过实验数据验证了所提出方案的有效性和可行性。
本论文通过理论与实践相结合的方法，深入探讨了基于MATLAB 控制系统的仿真与应用。
第四章MATLAB在控制系统仿真中的应用
调用格式： z=roots(a)
其中：z — 各个根所构成的向量 a — 多项式系数向量 系统增益k即为原传递函数分子的最高项系数与分母最高项系数 的比值。分别求出分子分母多项式的根，即可得到系统的零， 极点模型。
4.1.3 控制系统状态方程模型
只要将A，B，C，D几个矩阵输入进去即可。
对于离散系统来说，也与上面类似。
1
若系统由状态空间模型来描述，则系统的频率特性为： G(j )=C[j I+A] B+D 计算方法： polyval(num,sqrt(-1)*w)./polyval(den,sqrt(-1)*w) 或 H=freqresp(sys,)
系统频率响应曲线的绘制(一)
Bode图绘制：bode()函数
五、线性系统时间响应分析
工具箱已提供直接求各种输入下系统响应的函数。 一般控制系统的输入有：阶跃，斜坡，加速度及脉冲 输入等。在工具箱中主要提供了如下三种函数： 1．step( )函数---求系统阶跃响应 2．impulse( )函数：求取系统的脉冲响应 3．lsim( )函数：求系统的任意输入下的仿真
调用格式： ①bode(sys): bode(num,den) bode(A,B,C,D,iu) ---可自动地选择一个合适的频率范围。 ②bode(sys，w)---给出频率范围，这里频率范围一般由 logspace(a,b,n)给出。 ③[mag,phase,]=bode(sys)或[m,p]=bode(sys) 这种格式只计算Bode图的幅值向量和相位向量，不画出图 形。要在此基础上画图，可用： subplot(211);semilogx(,20*log10(m) %对数幅频曲线 subplot(212);semilogx(,p) %对数相频曲线 ④bode(,,…,) ⑤bode(,,…,,) 这两种格式可在一个图形窗口同时绘多个系统的bode图
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文目录1. 内容概述 (2)1.1 研究背景与意义 (2)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 研究内容与目标 (5)1.4 论文结构安排 (6)2. 控制系统基本原理 (7)2.1 控制系统概述 (8)2.2 线性控制理论 (10)2.3 线性离散控制系统 (11)2.4 系统仿真方法 (12)3. MATLAB控制系统仿真模块设计 (13)3.1 MATLAB环境介绍 (15)3.2 控制系统基本模块设计 (17)3.3 控制策略实现 (18)3.4 仿真界面设计 (20)4. 控制系统仿真案例分析 (21)4.1 单输入单输出系统仿真 (22)4.2 多输入多输出系统仿真 (23)4.3 非线性控制系统仿真 (25)4.4 实际工程应用案例 (27)5. 控制系统性能分析与优化 (28)5.1 控制系统性能指标 (30)5.2 系统性能仿真分析 (32)5.3 性能优化方法研究 (33)5.4 优化效果验证 (34)6. 系统实现及验证 (36)6.1 系统设计实现 (37)6.2 仿真实验与结果分析 (39)6.3 系统测试与验证 (41)6.4 误差分析及解决方案 (42)1. 内容概述本文介绍了控制系统建模的基本理论和MATLAB建模方法，通过实例演示了如何利用MATLAB进行系统建模与仿真，包括线性系统、非线性系统以及多变量系统的建模与仿真。
论文详细阐述了基于MATLAB的控制器设计方法，包括PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等，通过实例分析了不同控制器的设计过程与应用效果。
本文对控制系统稳定性分析进行了深入研究，包括奈奎斯特准则、Bode图、Nyquist图等分析方法，并通过MATLAB工具箱实现了稳定性分析的自动化。
论文探讨了MATLAB在实时仿真与测试方面的应用，介绍了Simulink仿真平台，并通过实际案例演示了MATLAB在嵌入式系统仿真、硬件在环仿真等场景中的应用。
MATLAB与控制系统仿真
第31页/共52页
传递函数描述
连续系统的传递函数模型
连续系统的传递函数如下：
G(s)
C(s) R(s)
b1s m a1s n
b2 s m1 a2 s n1
... bns ... ans
bm1 an1
（2）“%” 后面所有文字为注释. （3） “...”表示续行.
+ 加法运算，适用于两个数或两个同阶矩阵相加. — 减法运算 * 乘法运算 .* 点乘运算 / 除法运算 ./ 点除运算 ^ 乘幂运算 .^ 点乘幂运算 \ 反斜杠表示左除.
第3页/共52页
3、数学函数
函数 sin(x) cos(x) tan(x) abs(x) min(x) sqrt(x) log(x) sign(x)
end 步长的缺省值是1。步长可以在正实数或负实数范围内任意指定，对 于正数，循环变量的值大于终止值时，循环结束；对于负数，循环变量的 值小于终止值时，循环结束。
第8页/共52页
程序控制语句
while循环的基本格式为： while 表达式 循环体 end
若表达式为真，则执行循环体的内容，执行后再判断表达式是否为真，若 为假则跳出循环体，向下继续执行，否则继续执行循环体。 • break：从循环体中跳出，并使循环结束
• Gzpk=zpk(Gtf) • [zz,pp,kk]=zp kdata(Gzpk ,’v’) • %获得G(s)的零点、极点和增益
• ZPK形式变换为TF形式
• Svv=tf(Sxx) • [nn,dd]=tfdata(Svv,’v’) • %获得分子分母多项式系数
第17页/共52页
基于MATLAB的控制系统仿真及应用 (1)
基于MATLAB的控制系统仿真及应用
Matlab Based Control System Simulation and its Applications
张聚 王万良
编著 主审
1
第一章 MATLAB应用基础
1.1 matlab简介 1.2 matlab基本使用方法
2
1.1 Matlab基本简介
9
【例1.2.3】：用冒号产生增量为1和2的行向量。
解：在命令窗口中输入：
>> a=2:8
%默认增量为1
运行结果为：
a=
2345678
在命令窗口中输入： >> a=2:2:8 %产生增量为2的行向量
运行结果为： a= 2468
10
矩阵
1 0 0 【例1.2.5】输入矩阵 A 0 1 0
0 0 1
Matlab，全称Matrix Laboratory(矩阵实验室)， 是由美国The MathWorks公司于1984年推出的一种科 学与工程计算语言：
简单易用的程序语言
代码短小高效
特点和优势
功能丰富，可扩展性强
出色的图形处理能力
强大的系统仿真功能
3
matlab操作界面： 命令窗口（Command Window）
小于等于
非
表1.2.1 MATLAB运算符
8
标点符
标点符
功能
标点符
功能
：
冒号
.
小数点
；
分号，区分行及取
消运算显示
,
逗号，区分列及函
数参数分隔符()ຫໍສະໝຸດ 括号，指定运算优先级
[]
方括号，矩阵定义
基于MATLAB控制系统的仿真与应用_毕业设计论文
毕业设计（论文）题目基于MATLAB控制系统仿真应用研究系别信息工程系专业名称电子信息工程毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：基于MATLAB的控制系统仿真应用研究II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：原始资料：（1）MATLAB语言。
（2）控制系统基本理论。
设计技术要求：（1）采用MATLAB仿真软件建立控制系统的仿真模型，进行计算机模拟，分析整个系统的构建，比较各种控制算法的性能。
（2）利用MATLAB完善的控制系统工具箱和强大的Simulink动态仿真环境，提供用方框图进行建模的图形接口，分别介绍离散和连续系统的MATLAB和Simulink仿真。
III、毕业设计(论文)工作内容及完成时间：第01～03周：查找课题相关资料，完成开题报告，英文资料翻译。
第04～11周：掌握MATLAB语言，熟悉控制系统基本理论。
第12～15周：完成对控制系统基本模块MATLAB仿真。
第16～18周：撰写毕业论文，答辩。
Ⅳ、主要参考资料：[1] 《MATLAB在控制系统中的应用》，张静编著，电子工业出版社。
[2]《MATLAB在控制系统应用与实例》，樊京，刘叔军编著，清华大学出版社。
[3]《智能控制》，刘金琨编著，电子工业出版社。
[4]《MATLAB控制系统仿真与设计》，赵景波编著，机械工业出版社。
[5]The Mathworks,Inc.MATLAB-Mathemmatics(Cer.7).2005.信息工程系电子信息工程专业类 0882052 班学生（签名）：填写日期：年月日指导教师（签名）：助理指导教师(并指出所负责的部分)：信息工程系（室）主任（签名）：学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。
对本文的研究成果作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。
MATLAB控制系统的仿真
C R
x1 x2
0 1
L
u
L
y [1
0]
x1 x2
[0]u
•
x Ax bu
y CT x du
• 没有良好的计算工具前：系统建立、变换、分析、设 计、绘图等相当复杂。
• MATLAB控制系统软件包以面向对象的数据结构为基 础，提供了大量的控制工程计算、设计库函数，可以 方便地用于控制系统设计、分析和建模。
Transfer function:
s+1 ------------s^2 + 5 s + 6
Matlab与系统仿真
22
应用——系统稳定性判断
系统稳定性判据： 对于连续时间系统，如果闭环极点全部在S平面左半平面，
则系统是稳定的；
若连续时间系统的全部零/极点都位于S左半平面， 则系统是——最小相位系统。
Matlab与系统仿真
38
4.2 动态特性和时域分析函数
（一）动态特性和时域分析函数表 （二）常用函数说明 （三）例子
Matlab与系统仿真
39
（一）动态特性和时域分析函数表 ——与系统的零极点有关的函数
表8.6前部分p263
Matlab与系统仿真
40
——与系统的时域分析有关的函数
Matlab与系统仿真
Matlab与系统仿真
8
4.1 控制工具箱中的LTI对象
Linear Time Invariable
（一）控制系统模型的建立 （二）模型的简单组合 （三）连续系统和采样系统变换（*略）
Matlab与系统仿真
9
（一）控制系统模型的建立
➢ MATLAB规定3种LTI子对象：
• Tf 对象—— 传递函数模型 • zpk 对象—— 零极增益模型 • ss 对象—— 状态空间模型
基于MATLAB控制系统的仿真与应用
毕业设计（论文）题目基于MATLAB控制系统仿真应用研究系别信息工程系专业名称电子信息工程班级学号088205227学生姓名蔚道祥指导教师罗艳芬二O一二年五月毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：基于MATLAB的控制系统仿真应用研究II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：原始资料：（1）MATLAB语言。
（2）控制系统基本理论。
设计技术要求：（1）采用MATLAB仿真软件建立控制系统的仿真模型，进行计算机模拟，分析整个统的构建，比较各种控制算法的性能。
（2）利用MATLAB完善的控制系统工具箱和强大的Simulink动态仿真环境，提供方框图进行建模的图形接口，分别介绍离散和连续系统的MATLAB和Simulink仿真。
I I I、毕业设计(论文)工作内容及完成时间：第01～03周：查找课题相关资料，完成开题报告，英文资料翻译。
第04～11周：掌握MATLAB语言，熟悉控制系统基本理论。
第12～15周：完成对控制系统基本模块MATLAB仿真。
第16～18周：撰写毕业论文，答辩。
Ⅳ、主要参考资料：[1] 《MATLAB在控制系统中的应用》，张静编著，电子工业出版社。
[2]《MATLAB在控制系统应用与实例》，樊京，刘叔军编著，清华大学出版社。
[3]《智能控制》，刘金琨编著，电子工业出版社。
[4]《MATLAB控制系统仿真与设计》，赵景波编著，机械工业出版社。
[5]The Mathworks,Inc.MATLAB-Mathemmatics(Cer.7).2005.信息工程系电子信息工程专业类0882052 班学生（签名）：填写日期：年月日指导教师（签名）：助理指导教师(并指出所负责的部分)：信息工程系（室）主任（签名）：4学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告实验报告：MATLAB与控制系统仿真引言在现代控制工程领域中，仿真是一种重要的评估和调试工具。
通过仿真技术，可以更加准确地分析和预测控制系统的行为和性能，从而优化系统设计和改进控制策略。
MATLAB是一种强大的数值计算软件，广泛应用于控制系统仿真。
实验目的本实验旨在掌握MATLAB在控制系统仿真中的应用，通过实践了解控制系统的建模与仿真方法，并分析系统的稳定性和性能指标。
实验内容1.建立系统模型首先，根据控制系统的实际情况，建立系统的数学模型。
通常，控制系统可以利用线性方程或差分方程进行建模。
本次实验以一个二阶控制系统为例，其传递函数为：G(s) = K / [s^2 + 2ζω_ns + ω_n^2]，其中，K表示放大比例，ζ表示阻尼比，ω_n表示自然频率。
2.进行系统仿真利用MATLAB软件，通过编写代码实现控制系统的仿真。
可以利用MATLAB提供的函数来定义传递函数，并通过调整参数来模拟不同的系统行为。
例如，可以利用step函数绘制控制系统的阶跃响应图像，或利用impulse函数绘制脉冲响应图像。
3.分析系统的稳定性与性能在仿真过程中，可以通过调整控制系统的参数来分析系统的稳定性和性能。
例如，可以改变放大比例K来观察系统的超调量和调整时间的变化。
通过观察控制系统的响应曲线，可以判断系统的稳定性，并计算出性能指标，如超调量、调整时间和稳态误差等。
实验结果与分析通过MATLAB的仿真，我们得到了控制系统的阶跃响应图像和脉冲响应图像。
通过观察阶跃响应曲线，我们可以得到控制系统的超调量和调整时间。
通过改变放大比例K的值，我们可以观察到超调量的变化趋势。
同时，通过观察脉冲响应曲线，我们还可以得到控制系统的稳态误差，并判断系统的稳定性。
根据实验结果分析，我们可以得出以下结论：1.控制系统的超调量随着放大比例K的增大而增大，但当K超过一定值后，超调量开始减小。
2.控制系统的调整时间随着放大比例K的增大而减小，即系统的响应速度加快。
控制系统仿真与工具(matlab)实验指导书精选全文
可编辑修改精选全文完整版控制系统仿真与工具实验指导书目录实验一熟悉MATLAB语言工作环境和特点 (1)实验二图形绘制与修饰 (4)实验三系统的时间响应分析 (8)实验四系统的时间响应分析 (12)实验五SIMULINK仿真基础 (14)实验一熟悉MATLAB语言工作环境和特点一、实验目的通过实验使学生熟悉MA TLAB语言的工作环境，并了解MATLAB语言的特点，掌握其基本语法。
二、实验设备PC机MATLAB应用软件三、实验内容本实验从入门开始，使学生熟悉MA TLAB的工作环境，包括命令窗、图形窗和文字编辑器、工作空间的使用等。
1、命令窗（1）数据的输入打开MATLAB后进入的是MA TLAB的命令窗，命令窗是用户与MATLAB做人机对话的主要环境。
其操作提示符为“》”。
在此提示下可输入各种命令并显示出相应的结果，如键入：x1=sqrt(5),x2=1.35,y=3/x2显示结果为:x1=2.2361x2=1.3500y=2.2222上命令行中两式之间用逗号表示显示结果，若用分号，则只运行而不用显示运行结果。
如键入A=[1,2,3;4,5,6;7,8,9]，则显示为说明：●直接输入矩阵时，矩阵元素用空格或逗号分隔，矩阵行用分号相隔，整个矩阵放在方括号中。
注意：标点符号一定要在英文状态下输入。
●在MA TLAB中，不必事先对矩阵维数做任何说明，存储时自动配置。
●指令执行后，A被保存在工作空间中，以备后用。
除非用户用clear指令清除它，或对它重新赋值。
●MATLAB对大小写敏感。
（2）数据的显示在MA TLAB工作空间中显示数值结果时，遵循一定的规则，在缺省的情况下，当结果是整数，MATLAB将它作为整数显示；当结果是实数，MATLAB以小数点后4位的精度近似显示。
如果结果中的有效数字超出了这一范围，MATLAB以类似于计算器的计算方法来显示结果。
也可通过键入适当的MA TLAB命令来选择数值格式来取代缺省格式。
Matlab模拟与仿真在控制系统设计中的应用
Matlab模拟与仿真在控制系统设计中的应用引言：控制系统是现代科学技术中的重要组成部分，广泛应用于工业生产、交通运输、航空航天等领域。
控制系统的设计和优化对提高生产效率、降低能源消耗、保证安全性具有重要意义。
然而，真实系统的调试和优化需要大量的时间和成本，同时存在一定的风险。
为了克服这些困难，Matlab模拟与仿真成为了控制系统设计中不可或缺的工具。
本文将探讨Matlab模拟与仿真在控制系统设计中的应用，并深入探讨其优势和局限性。
一、Matlab在控制系统建模中的应用控制系统的建模是设计过程的关键一步，用于描述系统的物理特性和动态行为。
Matlab提供了强大的工具和函数库，可用于快速、准确地建立控制系统的数学模型。
其中最常用的是State Space（状态空间）模型和Transfer Function（传递函数）模型。
State Space模型是描述系统动态的一种方法，通过一组一阶微分方程表示系统的状态和输入输出关系。
利用Matlab，我们可以根据物理方程和参数创建State Space模型，并进行参数调整与优化。
Matlab提供了函数进行状态空间模型的系统响应分析和仿真，如step（阶跃响应）、impulse（冲击响应）等。
这使得我们能够快速评估系统的稳定性、性能和动态特性，为优化控制器提供依据。
Transfer Function模型是描述系统频率响应的一种方法，将输入和输出之间的关系表示为拉普拉斯变换的比值。
Matlab提供了一系列函数用于创建和分析传递函数模型，如tf（创建传递函数）、bode（频率响应）、nyquist（奈奎斯特图）等。
通过这些函数，我们能够快速分析系统的稳定性、频率响应和幅度相位特性，帮助我们理解系统的行为以及设计合适的控制器。
二、Matlab在控制系统仿真中的应用仿真是控制系统设计中必不可少的环节，用于模拟和验证设计的可行性和性能。
Matlab提供了完善的仿真工具，可进行开环仿真和闭环仿真。
基于MATLAB控制系统的仿真与应用
毕业设计（论文）题目基于MATLAB控制系统仿真应用研究系别信息工程系专业名称电子信息工程毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：基于MATLAB的控制系统仿真应用研究II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：原始资料：（1）MATLAB语言。
（2）控制系统基本理论。
设计技术要求：（1）采用MATLAB仿真软件建立控制系统的仿真模型，进行计算机模拟，分析整个系统的构建，比较各种控制算法的性能。
（2）利用MATLAB完善的控制系统工具箱和强大的Simulink动态仿真环境，提供用方框图进行建模的图形接口，分别介绍离散和连续系统的MATLAB和Simulink仿真。
III、毕业设计(论文)工作内容及完成时间：第01～03周：查找课题相关资料，完成开题报告，英文资料翻译。
第04～11周：掌握MATLAB语言，熟悉控制系统基本理论。
第12～15周：完成对控制系统基本模块MATLAB仿真。
第16～18周：撰写毕业论文，答辩。
Ⅳ、主要参考资料：[1] 《MATLAB在控制系统中的应用》，张静编著，电子工业出版社。
[2]《MATLAB在控制系统应用与实例》，樊京，刘叔军编著，清华大学出版社。
[3]《智能控制》，刘金琨编著，电子工业出版社。
[4]《MATLAB控制系统仿真与设计》，赵景波编著，机械工业出版社。
[5]The Mathworks,Inc.MATLAB-Mathemmatics(Cer.7).2005.信息工程系电子信息工程专业类 0882052 班学生（签名）：填写日期：年月日指导教师（签名）：助理指导教师(并指出所负责的部分)：信息工程系（室）主任（签名）：基于MATLAB控制系统仿真应用研究摘要:现代控制系统原理理论性强，现实模型在实验室较难建立，因此利用SIMULINK进行仿真实验，可以加深我们学生对课程的理解，调动我们学习的积极性，同时大大提高了我们深入思考问题的能力和创新能力。
Matlab控制系统仿真(1)
一． 控制系统的模型与转换目前大多数控制系统的分析设计方法都要求系统的模型已知。
所以，控制系统的数学模型是控制系统分析和设计的基础。
获得数学模型的方法有两种：一种是从已知的物理规律出发，用数学推导的方法建立系统的数学模型，另外一种就是利用试验数据拟合。
前一种方法称为系统的物理建模方法，而后者称为系统辨识，两者各有优势和适用场合。
一般的分析研究中将控制系统分为连续系统和离散系统，描述连线性连续系统常用的方式是传递函数（传递函数矩阵）和状态空间模型，相应的离散系统可以用离散传递函数和离散状态方程表示。
各种模型之间还可以进行相互转换。
1．1连续线性系统的数学模型连续线性系统一般可以用传递函数描述，也可以用状态方程描述。
前者是经典控制的常用模型，而后者是现代控制理论的基础。
它们是描述同一个系统的不同描述方式。
除此之外，还可以用零极点的形式表示连续线性系统模型。
本章着重介绍这些数学模型，并侧重介绍这些模型在控制系统的Matlab 环境下的表示方法。
高阶线性常微分方程通常是描述线性连续系统的最传统的方法，其基本表达式为： )()()()()()()()(11111111t u b dtt du b dtt u db dtt u d b t y a dtt dy a dtt y da dtt y d m m m m mmn n n n n n++++=++++------ 其中)(t u ，)(t y 分别是控制系统的输入和输出信号，他们均是时间t 的函数,n 是系统的阶次。
利用Laplace 引入的积分变换（拉氏变换），可以在另初始条件下对该微分方程进行变换，得到控制系统的传递函数： nn n n mm m ma s a sa sb s b s b s b s G ++++++++=----1111110)( （n m ≤）传递函数的引入使得控制系统的研究变得简单，它是控制理论中线性系统模型的一种主要描述方式。
MATLAB控制系统 设计 仿真 应用
第二章数值计算MA TLAB以矩阵为基本运算"单元”。
无论是数值矩阵还是符号矩阵，都不必事先定义维数大小，会根据用户输入的矩阵结构自动配置，并在此后的运算中按照根据正确的数学法则自动调整矩阵的维数。
2.1 矩阵与数组运算2.1.1 矩阵的建立通常矩阵与数组的意义相同，都是指含有M行与N列数字的矩阵结构。
矩阵中的元素可以是实数或者复数。
要用MATLAB进行矩阵运算，首先要将矩阵输入到MA TLAB中。
下面给出两种创建数值矩阵的直接输入法。
在输入方式中，分号有三个作用：1、在“【】”方括号内时，它是矩阵行间的分隔符。
2、它可用作指令与指令间的分隔符。
3、当它放在赋值指令后是，该指令执行后的赋值结果将不显示在屏幕上。
（指令中的pi）代表圆周率∏,i代表虚数单位且i=1有时候用所示的函数来生成矩阵，见下表所示。
基本矩阵函数功能描述ones 产生全部元素为1的矩阵eye 产生单位矩阵repmat 产生元素区块重复矩阵rand 产生均匀分布随机数矩阵randn 产生正态分布随机数矩阵linspace 产生线性等间距的列向量logspace 产生对数等间距的列向量meshgrid 产生用于3D-plots的X和Y数组zeros 产生零矩阵基本矩阵信息size 矩阵大小length 向量长度ndims 数组的维度disp 显示数组或文字isempty 检测是否为空矩阵isequal 检测矩阵是否相等isnumeric 检测是否为数值数组islogical 检测是否为逻辑数组logical 将数值数组转换为逻辑数组矩阵运算操作函数功能描述reshape 更改矩阵大小diag 对数数组或矩阵tril 取出矩阵的下三角部分triu 取出矩阵的上三角部分fiplr 将矩阵左右对调fipud 将矩阵上下对调flipdim 将矩阵沿特定方向对调Rot90 将矩阵旋转90find 找出非零元素的下标end 最后元素的下标Sub2ind 将一组下标值转化为单个下标Ind2sub 将相应的下标转化为等价下标阵列2.1.2 矩阵与数组运算两种运算指令形式和实质的异同点见下表所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
00000
1000
10000
0300
03000
0050
00500
0007
00070
若输入>> diag(V,2)，则结果为： ans =
001000
000300
000050
000007
000000
000000
5）全部元素为1的矩阵：使用函数ones（）实现，格式与eye()相同。
13
向量运算
向量的基本运算包括向量与常数间、向量与向量间的运算。
9
【例1.2.3】：用冒号产生增量为1和2的行向量。
解：在命令窗口中输入：
>> a=2:8
%默认增量为1
运行结果为：
a=
2345678
在命令窗口中输入： >> a=2:2:8 %产生增量为2的行向量
运行结果为： a= 2468
10
矩阵
1 0 0 【例1.2.5】输入矩阵 A 0 1 0
0 0 1
【例1.2.11】计算向量和的点积和叉积。 【解】在MATLAB命令窗口中输入：
>> A=[1 2 3];B=[7 12 30];
>> dot(A,B)
运算结果为：
ans = 121
在MATLAB命令窗口中输入： >> cross(A,B)
运行结果为：
向量的点积用函数 dot( )实现，向量的 叉积用函数cross( ) 实现
扩充matlab的符号计算功能
图像建模仿真功能 功能型 文字处理功能
matlab
与硬件的实时交互功能
工具箱
领域型：专业性很强
5
1.2 matlab的基本使用方法
matlab基本要素
Matlab基本要素包括变量、数值、复数、字符 串、运算符、标点符等。
变量
Matlab变量的命名规则如下： 1.变量名区分字母大小写，“feedback”和 “Feedback”表示两个不同变量。 2.Matlab 6.5版本以上，变量名不得超过63个字符。 3.变量名必须以英文字母开头。 4.变量名由字母、数字和下划线组成，但不能包含空格 和标点。
运行结果为：
ans = 100 010
11
特殊矩阵的生成
1）空矩阵：用方括号“[ ]”表示，矩阵大小为零，但 变量名却保存在工作空间中。
2）单位阵：用函数eye()实现，eye（n）（生成n维的 方阵）或eye(n,m)（生成n×m维矩阵）。
【例1.2.7】生成4×4维的单位阵。
【解】在MATLAB命令窗口中输入： >> a=eye(4)
小于等于
非
表1.2.1 MATLAB运算符
8
标点符
标点符
功能
标点符
功能
：
冒号
.
小数点
；
分号，区分行及取
消运算显示
,
逗号，区分列及函
数参数分隔符
()
括号，指定运算优
先级
[]
方括号，矩阵定义
…
续行符
%
百分号，注释
!
感叹号，调用操作
系统
‘’
单引号，字符串标
数组
识
表1.2.2 MATLAB标点符
运行结果为：
a= 1000 0100 0010 0001
若输入a=eye（3，4） 则运行结果为： a=
1000 0100 0010
3）零矩阵：使用函数zeros( )，实现格式与eye（）函数 相同。
12
4）对角矩阵：a）diag(V)，V为向量，即对角阵元素值。 b）diag(V,K)，K为数值，表示向量V偏离主对角线
ans =
24 -9 -2
14
数组运算
从数据结构看，二维数组和矩阵没什么区别，但是在MATLAB中，数 组和矩阵的运算有较大的区别。
【例1.2.12】数组相除运算。
【解】在MATLAB窗口中输入：
>> A=[1 2;3 4;5 6];
>> B=[1 3;2 4;5 7];
>> C=A./B
>> '欢迎使用MATLAB' 运行结果为：
ans = 欢迎使用MATLAB
7
运算符
操作符
+ * ^ \
== ~= >
& |
功能
操作符
算数运算符
算数加
/
算数减
.*
算术乘
.^
算术乘方
.\
算术左除
./
关系元算符
等于
>=
不等于
<
大于
<=
逻辑元算符
与
~
或
功能
算术右除 点乘 点乘方 点左除 点右除
大于等于 小于
的列数。K<0时，V在主对角线下方；K>0，V在主对角线上方；
K=0，V在主对角线上。
【例1.2.9】生成对角矩阵。 【解】在MATLAB命令窗口中输入
在MATLAB命令窗口中输入
>> V=[1 3 5 7];
>> diag(V) 运行结果为：
>> diag(V,-1) 运行结果为：
ans =
ans =
缺省的matlab桌面 当前目录浏览器（Current Directory）
历史命令窗口（Command History）
图1.1 缺省情况下MATLAB 7.1桌面
4
matlab帮助系统
命
联
演
令
机
示
行
帮
帮
帮
助
助
助
matlab工具箱：
工具箱实际上是用Matlab的基本语句编成的各种子程序集，用于解 决某一方面的专门问题或实现某一类的新算法。
国家精品课程配套教材
基于MATLAB的控制系统仿真及应用
Matlab Based Control System Simulation and its Applications
张聚 王万良
编著 主审
1
第一章 MATLAB应用基础
1.1 matlab简介 1.2 matlab基本使用方法
2
1.1 Matlab基本简介
6
数值
可以使用十进制计数法，也可以使用科学计 数法表示，数值有效范围 10 308 ~ 10308
复数 字符串
生成复数的语句为：
1） z a bi
2） z r *exp( *i)
创建方法：将待建的字符串放入以单引号中（单 引号必须在英文状态下输入） 例：显示字符串“欢迎使用MATLAB”。 解：在命令窗口中输入：
【解】在MATLAB命令窗口中输入： >> A=[1,0,0;0,1,0;0,0,1] %也可以输入A=[1 0 0;0 1 0;0 0 1]
得到相同结果 运行结果为：
A= 100 010 001
【例1.2.6】提取【例1.2.5】中矩阵A第1、2行元素。
【解】在MATLAB命令行中输入： >> A(1:2,:)
Matlab，全称Matrix Laboratory(矩阵实验室)， 是由美国The MathWorks公司于1984年推出的一种科 学与工程计算语言：
简单易用的程序语言
代码短小高效
特点和优势
功能丰富，可扩展性强
出色的图形处理能力
强大的系统仿真功能
3
matlab操作界面： 命令窗口（Command Window）