计算机控制系统仿真实验

简单控制系统python仿真实验

计算机基础理论实验四简单控制系统python仿真实验学号：13 姓名：陈严实验日期：2012/5/24实验目的：学习计算机仿真的方法。

实验内容：1.建立test.py文件，运行test.py,分析实验结果；2.为每一行代码写一个注释系统如上图，鼓风机吹出风需要经过阀门才能到达风轮；而风轮的转速会影响到杠杆位置间接影响到阀门开度。

鼓风机的输入为正作用；风轮以至阀门的影响为负作用（或负反馈）。

代码：#coding=utf-8#系统参数a=0.1b=1.0#系统结构，F：鼓风机的风力; F1：实际输入风力；W：风轮转速def WW(): return a*F1 //*每次输入的风力def FF1(): return F-b*W //*杠杆所得到的力#初始条件F1=2 //*实际输入风力为2W=0.2 //*风轮转速为0.2转每秒print F1,W //*输入实际风力和转速#鼓风机风力正常F=2.2 //*鼓风机的风力为2.2 print "鼓风机风力",F //*输出鼓风机的风力#随着时间增加for t in xrange(20): //*返回一个迭代序列F1,W=FF1(),WW() //*将风力和转速进行更新print F1,W //*输出更新后的风力和转速#鼓风机风力偏大F=2.3 //*当鼓风机的风力为2.3时print "鼓风机风力",F#随着时间增加for t in xrange(20): //*返回迭代列20次F1,W=FF1(),WW() //*再次更新print F1,W //*输出实际风力和转速#鼓风机风力偏小F=2.2 //*当风力为2.2时print "鼓风机风力",F#随着时间增加for t in xrange(20): //*在f=2.2时，再次迭代 F1,W=FF1(),WW()print F1,W实验结果：从结果上，风力偏小时，感觉风轮转速W有点振荡;风力偏大时，比较平稳如果装个matplotlib画个曲线图就更好了风力偏小时，分析结果:转速是风力F的函数，当感觉风轮转速W有点振荡;风力偏大时，比较平稳二者之间成正相关。

《计算机控制技术》数字PID控制器设计与仿真实验报告

《计算机控制技术》数字PID控制器设计与仿真实验报告课程名称：计算机控制技术实验实验类型：设计型实验项目名称：数字PID控制器设计与仿真一、实验目的和要求1. 学习并掌握数字PID以及积分分离PID控制算法的设计原理及应用。

2. 学习并掌握数字PID控制算法参数整定方法。

二、实验内容和原理图3-1图3-1是一个典型的 PID 闭环控制系统方框图，其硬件电路原理及接线图可设计如图1-2所示。

图3-2中画“○”的线需用户在实验中自行接好，对象需用户在模拟实验平台上的运放单元搭接。

图3-2上图中，ADC1为模拟输入，DAC1为模拟输出，“DIN0”是C8051F管脚 P1.4，在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。

这里，系统误差信号E通过模数转换“ADC1”端输入，控制机的定时器作为基准时钟(初始化为10ms)，定时采集“ADC1”端的信号，得到信号E的数字量，并进行PID计算，得到相应的控制量，再把控制量送到控制计算机及其接口单元，由“DAC1”端输出相应的模拟信号，来控制对象系统。

本实验中，采用位置式PID算式。

在一般的PID控制中，当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，会有较大的误差，以及系统有惯性和滞后，因此在积分项的作用下，往往会使系统超调变大、过渡时间变长。

为此，可采用积分分离法PID控制算法，即：当误差e(k)较大时，取消积分作用；当误差e(k)较小时才将积分作用加入。

图3-3是积分分离法PID控制实验的参考程序流程图。

图3-3三、主要仪器设备计算机、模拟电气实验箱四、操作方法与实验步骤1.按照图3-2搭建实验仿真平台。

2.确定系统的采样周期以及积分分离值。

3.参考给出的流程图编写实验程序，将积分分离值设为最大值0x7F，编译、链接。

4.点击，使系统进入调试模式，点击，使系统开始运行，用示波器分别观测输入端R以及输出端C。

5.如果系统性能不满意，用凑试法修改PID参数，再重复步骤3和4，直到响应曲线满意，并记录响应曲线的超调量和过渡时间。

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。

《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：

计算机控制系统实验报告

《计算机控制系统》实验报告学校：上海海事大学学院：物流工程学院专业：电气工程及其自动化姓名：***学号：************一、实验课程教学目的与任务通过实验设计或计算机仿真设计，使学生了解和掌握数字PID控制算法的特点、了解系统PID参数整定和数字控制系统的直接设计的基本方法，了解不同的控制算法对被控对象的控制特性，加深对计算机控制系统理论的认识，掌握计算机控制系统的整定技术，对系统整体设计有一个初步的了解。

根据各个实验项目，完成实验报告（用实验报告专用纸）。

二、实验要求学生在熟悉PC机的基础上，熟悉MATLAB软件的操作，熟悉Simulink工具箱的软件编程。

通过编程完成系统的设计与仿真实验，逐步学习控制系统的设计，学习控制系统方案的评估与系统指标评估的方法。

计算机控制系统主要技术指标和要求：根据被控对象的特性，从自动控制系统的静态和动态质量指标要求出发对调节器进行系统设计，整体上要求系统必须有良好的稳定性、准确性和快速性。

一般要求系统在振荡2～3次左右进入稳定；系统静差小于3%～5%的稳定值（或系统的静态误差足够小）；系统超调量小于30％～50％的稳定值；动态过渡过程时间在3～5倍的被控对象时间常数值。

系统整定的一般原则：将比例度置于较大值，使系统稳定运行。

根据要求，逐渐减小比例度，使系统的衰减比趋向于4：1或10：1。

若要改善系统的静态特性，要使系统的静差为零，加入积分环节，积分时间由大向小进行调节。

若要改善系统的动态特性，增加系统的灵敏度，克服被控对象的惯性，可以加入微分环节，微分时间由小到大进行调节。

PID控制的三个特性参数在调节时会产生相互的影响，整定时必需综合考虑。

系统的整定过程是一个反复进行的过程，需反复进行。

实验一、数字PID 参数的整定一、实验目的1）、了解数字PID 控制回路的结构。

2）、掌握数字PID 控制算法的控制原理。

3）、掌握数字PID 控制算法的整定原理。

“控制系统计算机仿真”实验教学改革

决问题能力。ｌ
制系统仿真方法、采样控制系统仿真方法以及快速数字仿真。课程安排在四年级第七学期，共计３学２
时。由于学时较少，不少教授该课程的学校忽视了
实验方式与基本要求：（）学生必须认真做好１
课前预习，了解实验目的和要求、原理步骤及注意
事项；（）实验方式为运用ＭＡＴＬ２Ａ附真软件在计算机上进行建模和仿真；（）实验课一般１为一３人
实验教学环节，从而导致理论与实践脱节，学生的
中国电力教育２０年第５０６期
维普资讯
教改视角
维普资讯
教改视角一一
ＪＡＯＧＡＩＪＡＯＩＳＨ院
王雪松
程玉虎
马小平
巩敦卫
系统仿真是根据真实系统的物理模型或数学模
型，利用计算机或实物、半实物，建造一个模拟系统，在模拟系统上进行观测、实验和分析，从而达到认识、理解和控制真实系统的目的。控制系统计算机仿真是一门建立在控制理论、数值方法、计算机技术、系统工程和控制工程基础上的综合性实验学科，它已成为自动控制学科的一支分支ｎ目 ¨。前，近乎所有的高品质的控制都离不开系统仿真研究。利用仿真工具对控制系统进行设计与仿真，可
在新的课程体系中，新增了６学时的综合性个实验环节。新增实验环节的目的在于：理论与实践
相结合，通过实验教学来验证和巩固所学的理论知识，训练学生正确使用ＭＡＴＬ仿真软件，掌握基ＡＢ

计算机控制实验报告

《计算机控制技术仿真实验》实验报告姓名：学号：班级：专业：电气工程及其自动化学院：电气与工程信息学院2019年11月30日目录实验1：数字PID控制器设计 (1)一、任务描述 (1)二、设计过程 (1)2.1 创建画面 (1)2.2 数据库组态 (2)2.3 动画连接 (2)2.4 脚本设计 (3)三、运行结果分析 (6)3.1 调试过程 (6)3.2 运行结果 (7)实验2：基于Smith预估器的纯滞后控制系统设计 (7)一、任务描述 (7)二、脚本修改 (7)2.2 具有纯滞后补偿的数字控制器算法设计 (9)三、运行结果分析 (12)3.1 调试过程 (12)3.2 运行结果 (13)实验3：综合控制系统设计 (14)一、任务描述 (14)二、设计过程 (14)2.1 创建画面 (14)2.2设备组态 (14)2.3 数据库组态 (15)2.4 动画连接 (15)三、运行结果分析 (16)3.1 调试过程 (16)3.2运行结果 (16)实验1：数字PID控制器设计一、任务描述本实验创建一个液位调节阀控制的范例，主要目的是学习使用力控的脚本来完成自定义功能。

系统采用PI控制算法，对单容水箱液位进行控制，由于没有连接真实控制对象，所以使用仿真算法获得对象特性。

运行范例时，需要合上开关，打开出水阀门，然后设置值。

这样才能看到变化。

系统默认状态：开关关闭的，出口阀门打开的。

系统简介：一个锅炉热水系统，要求给水泵给锅炉供水，通过调节阀控制。

水泵上有一个上水开关。

同时锅炉向外供水，是一个自由开口。

控制要求：要求控制锅炉液位到一个指定的高度。

控制策略：使用Pl控制。

二、设计过程2.1 创建画面（1）图库的“罐”中找出一个合适的锅炉容器；在“管道”组中选择管道，在“阀门”中选择调节阀和出水阀门，在“泵”中选择一个水泵；（2）在“开关”中选择一个电源开关；（3）操作面板可以根据图库里的进行修改，或自己绘制一个，从工具箱中拖放一个实时趋势；（4）制作画面需要显示的文本；（5）PI控制器是自己制作的一个单元。

控制系统计算机仿真课程设计

控制系统计算机仿真课程设计前言计算机仿真作为一个重要的工具，在控制系统的设计和实现中发挥着重要作用。

本文将介绍控制系统计算机仿真课程设计的内容和步骤，并结合一个实际的案例阐述如何利用计算机仿真技术进行控制系统设计。

设计内容和步骤设计内容控制系统计算机仿真课程的设计内容通常包括以下几个方面：1.系统建模：选择合适的控制模型，建立数学模型和仿真模型。

2.系统分析：分析系统的稳态和暂态响应，优化控制系统的性能。

3.控制器设计：设计合适的控制器结构和参数，实现闭环控制。

4.系统仿真：利用计算机仿真软件进行系统仿真，并分析仿真结果。

5.实验验证：通过实验验证仿真结果的正确性，进一步优化控制系统的性能。

设计步骤控制系统计算机仿真课程的设计步骤可以分为以下几个部分：1.系统建模掌握控制系统建模方法，能够从实际物理系统中抽象出控制对象、控制器等模型，建立相应的数学模型和仿真模型。

2.系统分析使用数学分析方法，分析系统的稳态和暂态响应，评估控制系统的性能。

包括评估系统的稳定性、快速性、抗干扰性等。

3.控制器设计使用控制理论，设计合适的控制器结构和参数，实现闭环控制。

掌握 PID、根轨迹、频域等控制器设计方法，能够根据系统要求选择合适的控制器。

4.系统仿真使用计算机仿真软件，进行系统仿真，验证控制系统的性能和预测实际系统行为。

掌握仿真软件的使用方法，能够进行仿真实验设计、仿真模型编写、仿真实验执行等。

5.实验验证在实验室、车间等实际环境中，利用实验设备和仪器对控制系统进行实验验证，验证仿真结果的正确性。

并通过实验优化控制器参数，提高控制系统的性能。

实例分析在本节中，我们将结合一个实际的案例，介绍控制系统的计算机仿真课程设计。

案例背景某高速公路入口处的车道管理系统由计算机控制，通过红绿灯控制车辆的通行。

系统从入口指示车辆能否进入高速公路，在出口将车辆计数和收费。

由于车辆的流量较大，系统的控制效果受到影响，需要进行优化。

控制系统仿真

控制系统仿真简介控制系统仿真是指通过使用计算机软件模拟和分析各种控制系统的工作原理和性能。

它可以帮助工程师们在设计和优化控制系统之前，预先评估系统的性能，并对其中可能存在的问题进行分析和改进。

控制系统仿真通常包含建模、仿真和分析三个主要阶段。

在建模阶段，工程师们将实际的控制系统抽象为数学模型，并将其转化为计算机可识别的形式。

在仿真阶段，利用计算机软件运行模型，模拟控制系统在不同输入和工作条件下的行为。

最后，在分析阶段，工程师们对仿真结果进行评估和分析，以便理解控制系统的性能并提出改进措施。

仿真平台常用的控制系统仿真平台包括MATLAB/Simulink、LabVIEW等。

MATLAB/Simulink是一个强大的数学计算和仿真环境，提供了丰富的工具箱和模型库，可用于建模和仿真各种控制系统。

LabVIEW是一种图形化编程环境，具有易于使用的界面和丰富的模块，使得控制系统仿真变得简单而高效。

这些仿真平台都提供了模型搭建、仿真运行和结果分析等功能。

工程师们可以通过使用这些平台，进行控制系统的整体仿真和性能评估。

建模在进行控制系统仿真之前，首先需要对实际系统进行建模。

建模是指将实际系统的物理过程抽象为数学方程或传递函数的形式，以便于计算机运算和仿真。

常用的建模方法包括物理建模和数据建模。

物理建模是基于实际系统的物理过程和原理，通过利用物理方程或控制方程来描述系统的动态行为。

数据建模则是通过对实际系统进行数据采集，建立数学模型来描述系统的行为。

在建模过程中，需要确定系统的输入、输出和状态变量，并根据系统的特性选择适当的数学模型。

常用的系统模型包括常微分方程模型、状态空间模型和传递函数模型等。

仿真运行建立完控制系统的数学模型后，就可以通过仿真运行来模拟系统的行为。

仿真运行是指利用计算机软件运行建立的模型，并通过对不同输入和工作条件的设定，观察系统的响应和输出结果。

在仿真运行中，可以通过指定系统的输入信号来模拟不同的工作情况。

控制工程基础-控制系统的计算机仿真

电子工程
计算机仿真在电子工程中用于模拟电路系统和数字系统的行为，进行电路设计和优化。
04 控制系统的计算机仿真
控制系统的数学模型
线性时不变系统
描述系统的动态行为，通过微分方程、差分方程等数学表达式表示。
传递函数
描述系统输入与输出之间的关系，通过传递函数进行描述。
状态空间模型
描述系统的动态行为，通过状态方程和输统
开环控制系统是指系统中没有反馈回路的系统，输入信号直接作用于受控对象，输出信号与输入信号之间的关系是固定的。
线性控制系统
线性控制系统是指系统中各元件之间的关系可以用线性方程描述的系统。
闭环控制系统
闭环控制系统是指系统中具有反馈回路的系统，输出信号通过反馈回路回到输入端，控制器根据反馈信号调整输入信号，以实现控制目标。
03
计算机资源的限制
大规模的控制系统仿真可能需要较高的计算机资源，如内存和计算能力。
未来发展方向与展望
混合仿真
结合物理实验和计算机仿真，以提高仿真的准确性和可信度。
多尺度仿真
考虑系统不同尺度的特性和行为，以更全面地模拟和控制复杂系统。
高性能计算
利用高性能计算机和并行计算技术，提高大规模控制系统的仿真效率。
智能化仿真
结合人工智能和机器学习技术，实现自适应和智能化的仿真和控制。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
多输入多输出系统仿真
总结词
多输入多输出系统是指具有多个输入信号和多个输出信号的控制系统。
详细描述
多输入多输出系统在工业控制中应用广泛，如机器人、飞行器等。通过计算机仿真，可以模拟系统的动态行为，分析系统的稳定性和性能，优化控制策略。

计算机控制系统实验模型开发与仿真

的误差可视为干扰，而闭环控制在某种程度上具有自动消除干扰影响的能力。
因为同一个系统可以有很多个研究对象，这些研究对象将规定建模过程的方向。只有确定了输出变化的输入信号也可能有多个，通常选一个可控性良好、对输出量影响最大的输入信号作为输入量，
作者简介：纪志祥，男，副教授。
的模型。正因为如此，在计算机尚未得到普及应用
以前，几乎无法用机理法建立实际过程的数学模
型。随着计算机的发展，用机理法建模的研究有了迅速的发展，可以说，只要机理清楚，就可以利用计算机建立几乎任何复杂系统的数学模型。但考虑到模型的适用性和实时性的要求，合理的近似假定总是必不可少的。模型应该尽量简单，同时保证达
是根据工业过程的输入和输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。它的主要特点是把被研究的过程视为一个黑匣子，完全从外特性上测试和描述它的动态性质，因此不需要深入掌握其内部
机理。但为了获得动态特性，仍然有必要对过程内
对连续系统通过一定算法对数学模型进行离散
２１３．．试验数据在进行建模时，关于过程的信息也能通过对对象的试验与测量而获得。合适的定量观测和实验是验证模型或建模的重要依据。
２２．实验模型要求
对被控对象数学模型的要求，首先是要求它准确可靠，但这并不意味着越准确愈好。应根据实际
２计算机控制系统实验模型的建立
化处理，建立相应的差分方程。
３４．编写仿真程序对非实时仿真，可用一般高级语言或仿真语言，对于快速的实时仿真需要用汇编语言，３５．进行仿真实验

基于Proteus 的计算机控制仿真实验研究

基于Proteus 的计算机控制仿真实验研究【摘要】本文介绍了proteus特点，给出了一proteus 虚拟数字pid控制实验。

该仿真可以验证计算机控制课程中数字pid控制。

通过对proteus提供的模型分析，可知这一软件可以实现较完备的计算机控制课程虚拟实验。

【关键词】proteus;虚拟实验；计算机控制；数字pid引言针对大学自动化实验室实验仪器操作烦琐、实验给果不直观、灵活性差等缺点。

本文基于自动化专业课虚拟实验室教改项目，给出了计算机控制中pid虚拟实验模型及分析。

proteus 是labcenter electronics 公司出版的eda软件。

它可以对模拟电路、数字电路及mcu进行实时的仿真，并提供了laplace primitives库，里面包含了自动控制系统的各种模型，例如各种经典环节、运算操作、一阶和二阶模型、线性和非线性控制器等。

通过laplace primitives可以十分方便的组建出各种控制系统。

proteus提供的图表功能，还可以对响应用曲线进行绘制，方便分析。

1 系统构成1.1 仿真电路这里以二阶系统数字pid控制为例进行仿真实验。

系统结构图如图1所示。

单位阶跃响应对比3 结论应用proteus强大的仿真功能进行计算机控制的仿真实验方便且高效。

通过其提供的库可快速组建出各种系统，特别是可以对各种微控制器进行仿真从而学习各种控制算法，实验结果还可以直观地能图表的形式显示出来。

这种方式很适合学生用于自动控制的学习。

【参考文献】［1］秦晓梅,陈育斌,杨建华.单片机综合设计实验课程的建设与开发[j].实验技术与管理,2004(02).［2］王照君,张青,冯素萍.高校eda研发中心建设初探[j].实验技术与管理,2004(05).［3］田丰.虚拟实验与真实实验的整合研究[j].实验技术与管理,2005(11).［4］陈斯,杨增汪.基于proteus的单片机实验教学研究[j].黑龙江科技信息,2010(28).［5］郭志涛,袁金丽.基于proteus的“低频电子线路”课程虚拟实验教学[j].中国电力教育,2011年10期.［6］刘平英.proteus仿真在电类课程教学中的应用[j].中国科技信息,2011年23期.［责任编辑：曹明明］。

控制系统仿真实验报告

控制系统仿真实验报告一、实验目的本次控制系统仿真实验的主要目的是通过使用仿真软件对控制系统进行建模、分析和设计，深入理解控制系统的工作原理和性能特点，掌握控制系统的分析和设计方法，提高解决实际控制问题的能力。

二、实验设备与软件1、计算机一台2、 MATLAB 仿真软件三、实验原理控制系统是由控制对象、控制器和反馈环节组成的一个闭环系统。

其工作原理是通过传感器测量控制对象的输出，将其与期望的输出进行比较，得到误差信号，控制器根据误差信号产生控制信号，驱动控制对象，使系统的输出逐渐接近期望的输出。

在仿真实验中，我们使用数学模型来描述控制对象和控制器的动态特性。

常见的数学模型包括传递函数、状态空间方程等。

通过对这些数学模型进行数值求解，可以得到系统的输出响应，从而对系统的性能进行分析和评估。

四、实验内容1、一阶系统的仿真建立一阶系统的数学模型，如一阶惯性环节。

使用 MATLAB 绘制系统的单位阶跃响应曲线，分析系统的响应时间和稳态误差。

2、二阶系统的仿真建立二阶系统的数学模型，如典型的二阶振荡环节。

改变系统的阻尼比和自然频率，观察系统的阶跃响应曲线，分析系统的稳定性、超调量和调节时间。

3、控制器的设计与仿真设计比例控制器（P 控制器）、比例积分控制器（PI 控制器）和比例积分微分控制器（PID 控制器）。

对给定的控制系统，分别使用不同的控制器进行仿真，比较系统的性能指标，如稳态误差、响应速度等。

4、复杂控制系统的仿真建立包含多个环节的复杂控制系统模型，如串级控制系统、前馈控制系统等。

分析系统在不同输入信号下的响应，评估系统的控制效果。

五、实验步骤1、打开 MATLAB 软件，新建脚本文件。

2、根据实验内容，定义系统的数学模型和参数。

3、使用 MATLAB 中的函数，如 step(）函数绘制系统的阶跃响应曲线。

4、对响应曲线进行分析，计算系统的性能指标，如超调量、调节时间、稳态误差等。

5、设计控制器，修改系统模型，重新进行仿真，比较系统性能的改善情况。

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。

控制系统的典型环节的模拟实验报告

控制系统的典型环节的模拟实验报告实验报告：控制系统的典型环节的模拟实验一、实验目的本实验旨在通过模拟实验的方式，深入了解控制系统中的典型环节，包括比例环节、积分环节和微分环节，并对其进行系统性的研究和分析。

二、实验原理1.比例环节：比例环节是最简单的一种控制环节，其输出值与输入值成线性关系，常用来放大或压缩信号。

比例环节的传递函数可以表示为：Gp(s)=Kp。

2.积分环节：积分环节可以在一段时间内不断积累输入变量的累计值，并将其作为输出信号的一部分。

积分环节的传递函数可以表示为：Gi(s)=Ki/s。

3.微分环节：微分环节针对输入信号的变化率进行调节，通过对输入信号进行微分运算得到输出信号的一部分。

微分环节的传递函数可以表示为：Gd(s)=Kd*s。

三、实验内容与步骤1.实验器材：计算机、SIMULINK仿真软件。

2.实验步骤：a)打开SIMULINK仿真软件并创建一个新的模型文件。

b)在模型文件中依次添加比例环节、积分环节和微分环节的模块，并连接起来。

c)设置比例环节、积分环节和微分环节的参数，分别设定Kp、Ki和Kd的取值。

d)构建输入信号和输出信号的模型，设置输入信号的变化规律并得到输出信号。

e)运行模型并观察输出信号的变化情况，记录实验结果。

f)分析实验结果，比较不同控制环节对输出信号的影响。

四、实验结果与分析在实验中，我们分别设置比例环节、积分环节和微分环节的参数，得到了不同的输出信号。

以比例环节为例，当Kp=1时，输入信号与输出信号相等；当Kp>1时，输出信号的幅度大于输入信号的幅度；当Kp<1时，输出信号的幅度小于输入信号的幅度。

类似地，当Ki和Kd的取值不同时，输出信号的变化也会有所不同。

通过实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1.比例环节的作用是放大或压缩输入信号的幅度，可以用于控制输出信号的增益。

2.积分环节的作用是对输入信号进行积分运算，可以平滑输出信号的变化，同时可以消除稳态误差。

控制系统计算机仿真(matlab)实验五实验报告

实验五控制系统计算机辅助设计一、实验目的学习借助MATLAB 软件进行控制系统计算机辅助设计的基本方法，具体包括超前校正器的设计，滞后校正器的设计、滞后－超前校正器的设计方法。

二、实验学时：4 学时三、实验原理1、PID 控制器的设计PID 控制器的数学模型如公式（5-1）、（5-2）所示，它的三个特征参数是比例系数、积分时间常数（或积分系数）、微分时间常数（或微分系数），因此PID 控制器的设计就是确定PID 控制器的三个参数：比例系数、积分时间常数、微分时间常数。

Ziegler （齐格勒）和Nichols （尼克尔斯）于1942提出了PID 参数的经验整定公式。

其适用对象为带纯延迟的一节惯性环节，即：s e Ts Ks G τ-+=1)( 5-1式中，K 为比例系数、T 为惯性时间常数、τ为纯延迟时间常数。

在实际的工业过程中，大多数被控对象数学模型可近似为式（5-1）所示的带纯延迟的一阶惯性环节。

在获得被控对象的近似数学模型后，可通过时域或频域数据，根据表5-1所示的Ziegler-Nichols 经验整定公式计算PID 参数。

表控制器的参数。

假定某被控对象的单位阶跃响应如图5-4所示。

如果单位阶跃响应曲线看起来近似一条S 形曲线，则可用Ziegler-Nichols 经验整定公式，否则，该公式不适用。

由S 形曲线可获取被控对象数学模型（如公式5-1所示）的比例系数K 、时间常数T 、纯延迟时间τ。

通过表5-1所示的Ziegler-Nichols 经验整定公式进行整定。

如果被控对象不含有纯延迟环节，就不能够通过Ziegler-Nichols 时域整定公式进行PID 参数的整定，此时可求取被控对象的频域响应数据，通过表5-1 所示的Ziegler-Nichols 频域整定公式设计PID 参数。

如果被控对象含有纯延迟环节，可通过pade 命令将纯延迟环节近似为一个四阶传递函数模型，然后求取被控对象的频域响应数据，应用表5-1求取PID 控制器的参数。

控制系统计算机仿真及辅助设计实验报告

实验图形
阶跃
num=[0.8,0,-20];
den=[1,0,-40,0];
sys=tf(num,den);
t=0:0.01:1;
step(sys,t)
实验图形
室温控制系统校正装置设计
已知某室温控制系统为单位负反馈，某开环传递函数为：，试用Bode图设计法对系统进行滞后串联校正设计，使系统满足;
系统在斜坡信号作用下，系统的速度误差系数 ≥30
(2)比较这几种方法：
对于四阶龙格-库塔方法
真值
1
0.9048
0.8187
0.7408
0.6703
0.6065
0.5488
0.4966
0.4493
0.4066
0.3679
龙库
1
0.9048
0.8187
0.7408
0.6703
0.6065
0.5488
0.4966
0.4493
0.4066
0.3679
误差
step(sys,t)
单位脉冲响应图像
单位阶跃响应图像
实验二
2-2.用MATLAB语言求下列系统的状态方程、传递函数、零极点增益、和部分分式形式的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式：
1.G（s）=
2. =
Y=[0 2 0 2] X
1.解：（1）状态方程模型参数:
编写MATLAB程序如下
>> num=[1 7 24 24];
（1）m文件程序为h=0.1;
disp('函数的数值解为'); %显示‘’中间的文字%
disp('y=');%同上%
y=1;

控制系统仿真与设计实验报告

控制系统仿真与设计实验报告姓名：班级:学号：指导老师：刘峰7.2.2控制系统的阶跃响应一、实验目的1。

观察学习控制系统的单位阶跃响应；2。

记录单位阶跃响应曲线；3.掌握时间相应的一般方法；二、实验内容1.二阶系统G(s)=10/（s2+2s+10)键入程序，观察并记录阶跃响应曲线;录系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率；记录实际测去的峰值大小、峰值时间、过渡时间，并与理论值比较。

（1）实验程序如下：num=［10］;den=［1 2 10］；step(num，den)；响应曲线如下图所示：（2）再键入：damp(den);step(num，den)；[y x t]=step(num,den）；[y,t’]可得实验结果如下：实际值理论值峰值 1.3473 1.2975 峰值时间1。

0928 1。

0649 过渡时间+％5 2.4836 2.6352+%2 3.4771 3。

51362。

二阶系统G(s)=10/（s2+2s+10)试验程序如下：num0=［10]；den0=［1 2 10］;step(num0，den0);hold on;num1=［10］;den1=［1 6.32 10];step（num1,den1）;hold on；num2=［10]；den2=[1 12.64 10］；step（num2，den2);响应曲线：（2）修改参数，分别实现w n1= (1/2）w n0和w n1= 2w n0响应曲线试验程序:num0=［10]；den0=［1 2 10］;step（num0,den0);hold on;num1=[2.5］；den1=[1 1 2。

5］;step(num1,den1)；hold on;num2=［40]；den2=［1 4 40］；step(num2，den2)；响应曲线如下图所示：3。

时作出下列系统的阶跃响应，并比较与原系统响应曲线的差别与特点,作出相应的实验分析结果。