控制系统仿真实验指导书

控制系统仿真实验指导书

梅秀庄主编

内蒙古工业大学机械学院

2009 年12 月

目录

实验一MATLAB基本操作与基本运算 (1)

实验二MATLAB语言的程序设计 (3)

实验三MATLAB的图形绘制 (4)

实验四函数文件设计和控制系统模型的描述 (6)

实验五控制系统的频域与时域分析 (7)

实验六控制系统PID 校正器设计法 (8)

附录 (11)

实验一MATLAB基本操作与基本运算

、实验目的及要求:

1. 熟悉MATLAB7.0的开发环境；

2. 掌握MATLAB7.0的一些常用命令；

3•掌握矩阵、变量、表达式的输入方法及各种基本运算。

二、实验内容：

1. 熟悉MATLAB7.0的开发环境：

①MATLAB的各种窗口：

命令窗口、命令历史窗口、启动平台窗口、工作空间窗口、当前路径窗口。

图1 MATLAB界面窗口

②路径的设置：

建立自己的文件夹，加入到MATLAB^径中，并保存。

设置当前路径，以方便文件管理。

③改变命令窗口数据的显示格式

>> format short

>> format long

然后键入特殊变量：pi （圆周率），比较显示结果。

2.掌握MATLAB^用命令

>> who

%列出工作空间中变量 >> whos %列出工作空间中变量，同时包括变量详细信息 >>save test %将工作空间中变量存储到

test.mat 文件中

>>load test %从test.mat 文件中读取变量到工作空间中 >>clear % 青除工作空间中变量

>>help 函数名 % 寸所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明

>>lookfor

%查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称

如：lookfor Lyapunov 可列出与Lyapunov 有关的所有函数。

3. 在MATLAB 勺命令窗口计算

1) sin(2 二)

2) ( 一 89 55 0.4) - 4.5

4. 设计M 文件计算：

1 0 1

b= 0 2 1

0 0 3 一

求出：1) a+b a-b a+b*5 a-b+I

2) a*b a.*b a/b 3) a A 2 a.A 2

注意：点运算的功能，比较结果。

5. 设计M 文件计算：

100

2

x =0：0.1：10

sum 八"(X i —2X i )

i £

当sum>1000时停止运算，并显示求和结果及计算次数。

三、实验报告要求：

1） 体会1、2的用法；

2） 对3、4、5写出程序及上机的结果。

已知

（单位阵）

实验二MATLAB语言的程序设计

、实验目的

1、熟悉MATLAB程序编辑与设计环境

2、掌握各种编程语句语法规则及程序设计方法

3、函数文件的编写和设计

4、了解和熟悉跨空间变量传递和赋值

、实验内容

1、用for 循环语句实现求1〜100的和

2、用for循环语句实现编写一个求n阶乘的函数文件

3、找到一个n!> 10 100的值(利用上题的n阶乘函数文件)

4、编写一个乘法表(9X 9)

5、已知一维数组A = [2,4,5,8,10] 、B =[4,9,6,7,4] ，用for 循环语句实

n

现a A B nJ 1，求和函数可用sum()

i 1

6、编写验证魔方矩阵的函数文件，输出要求如下：

(1)如果输入矩阵的维数小于3，输出显示’error '

(2)如果输入矩阵的不是方阵，输出显示’the size of matrix X must

be N-by-N matrix ’

(3)显示行、列和及其对角线求和后的值，并判断其和是否相同。若不同，显示’No',相

同显示’Yes'。

、实验报告要求：

在M文件编辑器中，编写程序代码并调试

实验三MATLAB的图形绘制、实验目的及要求:

1. 掌握MATLAB绘图的基本方法，熟悉各种绘图函数的使用;

2. 掌握图形的修饰方法和标注方法；

3. 了解MATLAB中图形窗口的操作。

、实验内容：

x= [ —2 n, 2 n], y1=s inx 、y2=cosx、y3=s in2x 、y4=cos 2x

①用MATLAB^言分四个区域分别绘制的曲线，并且对图形标题及横纵坐标轴进

行标注（如下图所示）。

②另建一个窗口，不分区，用不同颜色、线型绘出四条曲线，并标注图例注解。

图3同一窗口绘制多条曲线

③（选做）在图形窗口可利用Figure窗口菜单提供的功能进行操作，并保存成** .fig 文件。

、实验报告要求：

写出相应的的程序及上机结果。

实验四 函数文件设计和控制系统模型的描述

、实验目的及要求：

1. 掌握函数文件的设计方法；

2. 掌握控制系统数学模型的基本描述方法。

二、实验内容：

1、函数文件设计：

设计一个函数文件实现一个阶乘运算 y(n) = n! = 1 2 3叮■: (n - 1) n ,

并设计程序调用该函数。

为保证函数的通用性，当输入负数或小数时，显示出错提示：

disp(' In put parameter must be a positive in teger!')

提示：fix(x) 对零方向取整数

ceil(x)

roun d(x) 对+ ：：方向取整数

四舍五入取整数

① 在MATLAB^分别用传递函数、零极点表示；

② 在MATLAB^分别求出通过反馈、串联、并联后得到的系统模型;

、实验报告要求：

写出程序及上机的结果。

2、已知两个传递函数分别为:

G

1

(X )二

1 3s 1

,G

2

(X

)=

2 3s 2 s