MATLAB控制系统仿真实验报告
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:
控制系统仿真实验报告书
一、实验目的1. 掌握控制系统仿真的基本原理和方法;2. 熟练运用MATLAB/Simulink软件进行控制系统建模与仿真;3. 分析控制系统性能,优化控制策略。
二、实验内容1. 建立控制系统模型2. 进行仿真实验3. 分析仿真结果4. 优化控制策略三、实验环境1. 操作系统:Windows 102. 软件环境:MATLAB R2020a、Simulink3. 硬件环境:个人电脑一台四、实验过程1. 建立控制系统模型以一个典型的PID控制系统为例,建立其Simulink模型。
首先,创建一个新的Simulink模型,然后添加以下模块:(1)输入模块:添加一个阶跃信号源,表示系统的输入信号;(2)被控对象:添加一个传递函数模块,表示系统的被控对象;(3)控制器:添加一个PID控制器模块,表示系统的控制器;(4)输出模块:添加一个示波器模块,用于观察系统的输出信号。
2. 进行仿真实验(1)设置仿真参数:在仿真参数设置对话框中,设置仿真时间、步长等参数;(2)运行仿真:点击“开始仿真”按钮,运行仿真实验;(3)观察仿真结果:在示波器模块中,观察系统的输出信号,分析系统性能。
3. 分析仿真结果根据仿真结果,分析以下内容:(1)系统稳定性:通过观察系统的输出信号,判断系统是否稳定;(2)响应速度:分析系统对输入信号的响应速度,评估系统的快速性;(3)超调量:分析系统超调量,评估系统的平稳性;(4)调节时间:分析系统调节时间,评估系统的动态性能。
4. 优化控制策略根据仿真结果,对PID控制器的参数进行调整,以优化系统性能。
调整方法如下:(1)调整比例系数Kp:增大Kp,提高系统的快速性,但可能导致超调量增大;(2)调整积分系数Ki:增大Ki,提高系统的平稳性,但可能导致调节时间延长;(3)调整微分系数Kd:增大Kd,提高系统的快速性,但可能导致系统稳定性下降。
五、实验结果与分析1. 系统稳定性:经过仿真实验,发现该PID控制系统在调整参数后,具有良好的稳定性。
MATLABSimulink和控制系统仿真实验报告
MATLAB/Simulink与控制系统仿真实验报告姓名:喻彬彬学号:K031541725实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立一、实验目的1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识;2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。
二、实验设备电脑一台;MATLAB 仿真软件一个三、实验内容1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。
2、一个单位负反馈二阶系统,其开环传递函数为210()3G s s s =+。
用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+,其中250()23s G s s s+=+。
用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
4、一闭环系统结构如图所示,其中系统前向通道的传递函数为320.520()0.11220s G s s s s s+=+++,而且前向通道有一个[-0.2,0.5]的限幅环节,图中用N 表示,反馈通道的增益为1.5,系统为负反馈,阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。
用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
四、实验报告要求实验报告撰写应包括实验名称、实验内容、实验要求、实验步骤、实验结果及分析和实验体会。
五、实验思考题总结仿真模型构建及调试过程中的心得体会。
题1、(1)利用Simulink的Library窗口中的【File】→【New】,打开一个新的模型窗口。
(2)分别从信号源库(Sourse)、输出方式库(Sink)、数学运算库(Math)、连续系统库(Continuous)中,用鼠标把阶跃信号发生器(Step)、示波器(Scope)、传递函数(Transfern Fcn)和相加器(Sum)4个标准功能模块选中,并将其拖至模型窗口。
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。
控制系统matlab仿真实验报告1
r= 3.1583 -0.0831 + 2.9088i -0.0831 - 2.9088i -2.6044 -0.3876
4.创建两个字符串,并使用函数将两个字符串进行连接
>> a='Hello' a= Hello >> b=' World !' b= World ! >> c=strcat(a,b) c= Hello World ! %连接
>> E=A*B %矩阵相乘 E= 19 43 22 50 %矩阵乘方
>> F=A^2 F= 7 10 15 22
3.矩阵运算,方程组求解和多项式运算
1)求矩阵的逆,特征值和特征向量:创建一个2维矩阵,并求它的 逆,特征值和特征向量 >> A=rand(3,3) A= 0.8462 0.6721 0.6813 0.5252 0.8381 0.3795 0.2026 0.0196 0.8318 >> B=inv(A) %求逆 B= 2.9596 -2.3417 -1.3557 -1.5445 2.4281 0.1573 -0.6846 0.5132 1.5288 >> [X,d]=eig(A) X= %特征向量 -0.7510 -0.8135 -0.3483 -0.6246 0.5268 -0.6320 -0.2142 0.2464 0.6922
d= %对角线为特征值 1.5996 0 0 0 0.2046 0 0 0 0.7119 2)方程组求解:创建一个方程组,并用2种以上的方法求解 >> A=rand(3,3) A= 0.5028 0.7095 0.4289 0.3046 0.1897 0.1934 0.6822 0.3028 0.5417
《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pid参数整定方法的matlab仿真实验报告
控制系统pid参数整定方法的matlab仿真实验报告一、引言PID控制器是广泛应用于工业控制系统中的一种常见控制算法。
PID 控制器通过对系统的误差、误差积分和误差变化率进行调节,实现对系统的稳定性和动态性能的控制。
而PID参数的整定是保证系统控制性能良好的关键。
本实验旨在利用Matlab仿真,研究控制系统PID参数整定的方法,探讨不同整定策略对系统稳定性和动态性能的影响,为工程实际应用提供理论依据。
二、控制系统模型本实验采用了以二阶惯性环节为例的控制系统模型,其传递函数为:G(s) = K / (s^2 + 2ξω_ns + ω_n^2)其中,K为系统增益,ξ为阻尼比,ω_n为自然频率。
三、PID参数整定方法实验中我们探讨了几种典型的PID参数整定方法,包括经验法、Ziegler-Nichols方法和遗传算法。
1. 经验法经验法是一种简单粗糙的PID参数整定方法,根据实际系统的性质进行经验性调试。
常见的经验法包括手动调整法和试探法。
在手动调整法中,我们通过调整PID参数的大小,观察系统的响应曲线,从而找到满足系统性能要求的参数。
这种方法需要操作者有一定的经验和直觉,且对系统有一定的了解。
试探法是通过试验和试验的结果来确定PID参数的值。
在试探过程中,我们可以逐渐逼近最佳参数,直到满足系统性能要求。
2. Ziegler-Nichols方法Ziegler-Nichols方法是一种广泛应用的PID参数整定方法。
该方法通过系统的临界增益和临界周期来确定PID参数。
首先,在开环状态下,逐渐增加系统增益,当系统开始出现振荡时,记录下此时的增益值和周期。
然后根据临界增益和临界周期的数值关系,计算出PID参数。
3. 遗传算法遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法,可以用于自动化调整PID参数。
该方法通过对参数的种群进行进化迭代,逐渐找到最优的PID参数。
四、实验结果与分析我们利用Matlab进行了控制系统的PID参数整定仿真实验,并得到了不同整定方法下的系统响应曲线。
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。
MATLAB实验报告(word文档良心出品)
《MATLAB/Simulink与控制系统仿真》实验报告专业:班级:学号:姓名:指导教师:实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立一、实验目的1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识;2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。
二、实验设备电脑一台;MATLAB 仿真软件一个 三、实验内容1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。
2、一个单位负反馈二阶系统,其开环传递函数为210()3G s s s=+。
用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
图 1系统结构图图 2示波器输出结果图3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+,其中250()23s G s s s+=+。
用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MA TLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
图 3系统结构图 图 4 示波器输出结果图图 5 工作空间中仿真结果图形化输出4、一闭环系统结构如图所示,其中系统前向通道的传递函数为320.520()0.11220s G s s s s s+=+++g ,而且前向通道有一个[-0.2,0.5]的限幅环节,图中用N 表示,反馈通道的增益为1.5,系统为负反馈,阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。
用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
图 6 系统结构图图 7 示波器输出结果实验2 MATLAB/Simulink 在控制系统建模中的应用一、实验目的1、掌握MATLAB/Simulink 在控制系统建模中的应用; 二、实验设备电脑一台;MA TLAB 仿真软件一个 三、实验内容1、给定RLC 网络如图所示。
MATLABSimulink与控制系统仿真实验报告
MATLAB/Simulink 与控制系统仿真实验报告姓名:喻彬彬学号:K031541725实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立一、实验目的1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识;2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。
二、实验设备电脑一台;MATLAB 仿真软件一个三、实验内容1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。
2、一个单位负反馈二阶系统,其开环传递函数为210()3G s s s =+。
用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+,其中250()23s G s s s+=+。
用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
4、一闭环系统结构如图所示,其中系统前向通道的传递函数为320.520()0.11220s G s s s s s+=+++g ,而且前向通道有一个[-0.2,0.5]的限幅环节,图中用N 表示,反馈通道的增益为1.5,系统为负反馈,阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。
用Simulink 建立该控制系统模型,用示波器观察模型的阶跃响应曲线,并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中,在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
四、实验报告要求实验报告撰写应包括实验名称、实验内容、实验要求、实验步骤、实验结果及分析和实验体会。
五、实验思考题总结仿真模型构建及调试过程中的心得体会。
题1、(1)利用Simulink的Library窗口中的【File】→【New】,打开一个新的模型窗口。
(2)分别从信号源库(Sourse)、输出方式库(Sink)、数学运算库(Math)、连续系统库(Continuous)中,用鼠标把阶跃信号发生器(Step)、示波器(Scope)、传递函数(Transfern Fcn)和相加器(Sum)4个标准功能模块选中,并将其拖至模型窗口。
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。
MATLAB控制系统仿真实验报告
清华大学自动化工程学院实验报告课程:控制系统仿真专业自动化班级 122姓名学号指导教师:时间: 2015 年 10 月 19 日— 10 月 28 日目录实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算 (1)实验二 MATLAB语言的程序设计 (6)实验三 MATLAB的图形绘制 (9)实验四采用SIMULINK的系统仿真 (14)实验五控制系统的频域与时域分析 (17)实验六控制系统PID校正器设计法 (23)实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算一、实验时间及地点:实验时间:2015.10.19上午8:30—9:30实验地点:计算中心二、实验目的:1.熟悉MATLAB开发环境2.掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算三、实验内容:1、新建一个文件夹(自己的名字命名,在机器的最后一个盘符)2、启动MATLAB6.5,将该文件夹添加到MATLAB路径管理器中。
3、保存,关闭对话框4、学习使用help命令,例如在命令窗口输入help eye,然后根据帮助说明,学习使用指令eye(其它不会用的指令,依照此方法类推)5、学习使用clc、clear,观察command window、command history和workspace等窗口的变化结果。
6、初步程序的编写练习,新建M-file,保存(自己设定文件名,例如exerc1、exerc2、exerc3……),学习使用MATLAB的基本运算符、数组寻访指令、标准数组生成函数和数组操作函数。
注意:每一次M-file的修改后,都要存盘。
练习A:(1)help rand,然后随机生成一个2×6的数组,观察command window、command history和workspace等窗口的变化结果(2)学习使用clc、clear,了解其功能和作用(3)输入一个2维数值数组,体会标点符号的作用(空格和逗号的作用)。
(4)一维数组的创建和寻访,创建一个一维数组(1×8)X,查询X数组的第2个元素,查询X数组的第3个元素到第6个元素,查询X数组的第5个元素到最后一个元素,查询X数组的第3、2、1个元素,查询X数组中≤5元素,将X数组的第2个元素重新赋值为111,实例expm1。
控制系统仿真实验报告
控制系统仿真实验报告控制系统仿真实验报告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。
为了验证和优化控制系统的设计方案,仿真实验成为一种重要的手段。
本篇文章将对控制系统仿真实验进行详细的报告和分析。
一、实验目的本次控制系统仿真实验旨在通过模拟真实的控制系统运行环境,验证控制系统的性能和稳定性。
具体目标包括:1. 验证控制系统的闭环性能,包括稳定性、响应速度和误差补偿能力。
2. 评估不同控制策略在系统性能上的差异,比较PID控制、模糊控制等算法的效果。
3. 优化控制系统的设计方案,提高系统的控制精度和鲁棒性。
二、实验装置和方法本次实验采用MATLAB/Simulink软件进行仿真。
通过搭建控制系统的数学模型,并设置不同的控制参数和输入信号,模拟真实的控制环境。
具体步骤如下:1. 建立控制系统的数学模型,包括被控对象、传感器、执行器等部分。
2. 设计不同的控制策略,如PID控制器、模糊控制器等,并设置相应的参数。
3. 设置输入信号,模拟系统的工作条件和外部干扰。
4. 运行仿真实验,记录系统的输出响应、误差曲线和稳定性指标。
5. 分析实验结果,对比不同控制策略的性能差异,优化控制系统的设计方案。
三、实验结果与分析通过多次仿真实验,我们得到了一系列实验结果,并进行了详细的分析。
以下是其中的一些重要发现:1. PID控制器在大部分情况下表现出良好的控制性能,能够实现较快的响应速度和较小的稳态误差。
然而,在某些复杂系统中,PID控制器可能存在过调和震荡的问题。
2. 模糊控制器在处理非线性系统时表现出较好的鲁棒性,能够适应不同工况下的控制要求。
但是,模糊控制器的设计和参数调整相对复杂,需要较多的经验和专业知识。
3. 对于一些特殊的控制系统,如高阶系统和时变系统,需要采用更为复杂的控制策略,如自适应控制、鲁棒控制等。
这些策略能够提高系统的鲁棒性和适应性,但也增加了控制系统的设计和调试难度。
实验一 基于Matlab的控制系统仿真
实验一 基于Matlab 的控制系统模型姓名 学号 班级一、实验目的1) 熟悉Matlab 的使用环境,学习Matlab 软件的使用方法和简单编程方法。
2) 学习使用Matlab 软件进行拉氏变换和拉式反变换的方法。
3) 学习使用Matlab 软件建立、转换连续系统数学模型的方法。
4) 学习使用Matlab 软件分析控制系统稳定性的方法。
二、实验原理1. 拉氏变换和反拉氏变换(1) 拉氏变换syms a w tf1=exp(-a*t)laplace(f1)f2=2laplace(f2)f3=t*exp(-a*t)laplace(f3)f4=sin(w*t)laplace(f4)f5=exp(-a*t)*cos(w*t)laplace t-t (f5)(2) 拉氏反变换syms s a wf 1=1/silaplace(f 1)f 2=1/(s+a)ilaplace(f 2)f 3=1/s^2ilaplace(f 3)f 4=w/(s^2+w^2)ilaplace(f 4)f 5=1/(s*(s+2)^2*(s+3))ilaplace(f 5)…2. 控制系统模型的建立和转化传递函数模型:112m112+()+m m n n nb s b s b num G s den a s a s b --++==++……零极点增益模型:1212()()()()()()()m ns z s z s z G s k s p s p s p ---=---(1) 建立系统传递函数模型22(1)()(2)(3)56s s s sG s s s s s ++==++++num=[1,1,0]den=[1,5,6]Gs1=tf(num,den)(2) 建立系统的零极点模型z=[0,-1]p=[-2,-3]k=[1]Gs1=zpk(z,p,k)(3) 传递函数模型转化为零极点模型num=[1,1,0]den=[1,5,6]Gs1=tf(num,den)[z,p,k]=tf2zp(num,den)Gs2=zpk(z,p,k)(4) 零极点模型转化为传递函数模型z=[0,-1]p=[-2,-3]k=[1]Gs1=zpk(z,p,k)[num,den]=zp2tf(z',p',k)Gs2=tf(num,den)3. 用Matlab 进行传递函数部分分式展开5434321139+52s+26()1035+50s+241 2.530.5 1s+4s+3s+2s+1num s s s G s den s s s ++==++-=++++num=[1 11 39 52 26]den=[1 10 35 50 24][r,p,k]=residue(num,den)4. 连续系统稳定性分析已知传递函数,试求该系统的闭环极点并判断系统的稳定性。
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。
控制仿真实验报告
实验名称:基于MATLAB/Simulink的PID控制器参数优化仿真实验日期:2023年11月10日实验人员:[姓名]实验指导教师:[指导教师姓名]一、实验目的1. 理解PID控制器的原理及其在控制系统中的应用。
2. 学习如何使用MATLAB/Simulink进行控制系统仿真。
3. 掌握PID控制器参数优化方法,提高控制系统的性能。
4. 分析不同参数设置对系统性能的影响。
二、实验原理PID控制器是一种广泛应用于控制领域的线性控制器,它通过将比例(P)、积分(I)和微分(D)三种控制作用相结合,实现对系统输出的调节。
PID控制器参数优化是提高控制系统性能的关键。
三、实验内容1. 建立控制系统模型。
2. 设置PID控制器参数。
3. 进行仿真实验,分析系统性能。
4. 优化PID控制器参数,提高系统性能。
四、实验步骤1. 建立控制系统模型使用MATLAB/Simulink建立被控对象的传递函数模型,例如:```G(s) = 1 / (s^2 + 2s + 5)```2. 设置PID控制器参数在Simulink中添加PID控制器模块,并设置初始参数,例如:```Kp = 1Ki = 0Kd = 0```3. 进行仿真实验设置仿真时间、初始条件等参数,运行仿真实验,观察系统输出曲线。
4. 分析系统性能分析系统在给定参数下的响应性能,包括超调量、调节时间、稳态误差等指标。
5. 优化PID控制器参数根据分析结果,调整PID控制器参数,优化系统性能。
可以使用以下方法:- 试凑法:根据经验调整参数,观察系统性能变化。
- Ziegler-Nichols方法:根据系统阶跃响应,确定参数初始值。
- 遗传算法:使用遗传算法优化PID控制器参数。
6. 重复步骤3-5,直至系统性能满足要求五、实验结果与分析1. 初始参数设置初始参数设置如下:```Kp = 1Ki = 0Kd = 0```仿真结果如图1所示:![图1 初始参数设置下的系统输出曲线](https:///5Q8w6zQ.png)从图1可以看出,系统存在较大的超调量和较长的调节时间,稳态误差较大。
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清华大学自动化工程学院实验报告课程:控制系统仿真专业自动化班级 122姓名学号指导教师:时间: 2015 年 10 月 19 日— 10 月 28 日目录实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算 (1)实验二 MATLAB语言的程序设计 (6)实验三 MATLAB的图形绘制 (9)实验四采用SIMULINK的系统仿真 (14)实验五控制系统的频域与时域分析 (17)实验六控制系统PID校正器设计法 (23)实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算一、实验时间及地点:实验时间:上午8:30—9:30实验地点:计算中心二、实验目的:1.熟悉MATLAB开发环境2.掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算三、实验内容:1、新建一个文件夹(自己的名字命名,在机器的最后一个盘符)2、启动,将该文件夹添加到MATLAB路径管理器中。
3、保存,关闭对话框4、学习使用help命令,例如在命令窗口输入help eye,然后根据帮助说明,学习使用指令eye(其它不会用的指令,依照此方法类推)5、学习使用clc、clear,观察command window、command history和workspace 等窗口的变化结果。
6、初步程序的编写练习,新建M-file,保存(自己设定文件名,例如exerc1、exerc2、 exerc3……),学习使用MATLAB的基本运算符、数组寻访指令、标准数组生成函数和数组操作函数。
注意:每一次M-file的修改后,都要存盘。
练习A:(1)help rand,然后随机生成一个2×6的数组,观察command window、command history和workspace等窗口的变化结果(2)学习使用clc、clear,了解其功能和作用(3)输入一个2维数值数组,体会标点符号的作用(空格和逗号的作用)。
(4)一维数组的创建和寻访,创建一个一维数组(1×8)X,查询X数组的第2个元素,查询X数组的第3个元素到第6个元素,查询X数组的第5个元素到最后一个元素,查询X数组的第3、2、1个元素,查询X数组中≤5元素,将X数组的第2个元素重新赋值为111,实例expm1。
(5)二维数组的创建和寻访,创建一个二维数组(4×8)A,查询数组A 第2行、第3列的元素,查询数组A第2行的所有元素,查询数组A第6列的所有元素,查询数组A按列拉长形成新的数组B(1×8),查询数组A按行拉长形成新的数组C(1×8),以全元素赋值的方式对数组A赋值。
(6)两种运算指令形式和实质内涵的比较。
设有3个二维数组A2×4,B2×4,C2×2,写出所有由2个数组参与的合法的数组运算和矩阵指令(7)学习使用表8列的常用函数(通过help方法)(8) 学习使用表9数组操作函数(9) 学习字符串的创建,a='This is an example.'串数组的大小size(a)串数组的元素标识a14=a(1:4) ra=a(end:-1:1)对字符串ASCLL 码的数组操作w=find(a>='a'&a<='z');ascii_a(w)=ascii_a(w)-32;%英文大小写字母ASCLL 值差32(小-32=大)char(ascii_a)练习B(10) 创建符号对象与函数命令sym ()、syms ()与 class ()的熟悉和运用。
有符号表达式:kp cky bpx bcxy apx y acx e +++++=221,p cy e +=2 试计算?21=e e 与?\21=e e四、实验操作过程(实验说明)>>help rand %用help 指令学习rand 的用法rand - Uniformly distributed pseudorandom numbersThis MATLAB function returns a pseudorandom scalar drawn from the standarduniform distribution on the open interval (0,1).r = randr = rand(n)r = rand(sz1,...,szN)r = rand(sz)r = rand(classname)r = rand(n,classname)r = rand(sz1,...,szN,classname)r = rand(sz,classname)r = rand('like',p)r = rand(n,'like',p)r = rand(sz1,...,szN,'like',p)r = rand(sz,'like',p)>> rand(2,6) %随机生成一个2×6的数组ans =>> clear %清除命令窗口>> [1 2;3 4] %输入一个二维数组ans =1 23 4>> [1,2;3,4] %将空格改为逗号效果一致ans =1 23 4>> a=[1 2 3 4;5 6 7 8];>> b=a(2:2,3:4) %逗号前面是行,后面是列,冒号前后的数表示所选范围b =7 8>> eye(3) %产生单位矩阵ans =1 0 00 1 00 0 1>> magic(3) %产生魔方矩阵ans =8 1 63 5 74 9 2>> flipud(ans) %以数组“水平中线”为对称轴,交换上下对称位置上的元素ans =4 9 23 5 78 1 6>> rot90(ans) %逆时针旋转数组90°ans =2 7 69 5 14 3 8>> a='hello'a =hello>> b=size(a) %字符串a的大小为1x5b =1 5>> syms x y p k a b c %创建符号对象>> e1=x^2*a*c*y+a*p*x^2+b*p*x+c*k*y+k*p %创建函数命令e1 =k*p + a*p*x^2 + c*k*y + b*p*x + a*c*x^2*y>> e2=c*y+pe2 =p + c*y>> e1/e2ans =(k*p + a*p*x^2 + c*k*y + b*p*x + a*c*x^2*y)/(p + c*y)>> a=[1 2]a =1 2>> c=reshape(a,2,1) %改变数组a的行数和列数c =12五、实验结果及讨论1.熟悉了MATLAB的基本软件操作。
2.通过本次实验熟悉了 MATLAB 的开发环境掌握了矩阵、变量、表达式的各种运算了解了*与.*、/与\、^与.^等区别以及绝对值、开方 e的阶乘、正弦、正切的运算的符号。
3.让我明白了MATLAB的实用性。
实验二 MATLAB 语言的程序设计一、实验时间及地点:实验时间:上午8:30—9:30实验地点:黄岛老校区计算中心二、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三、实验内容:练习A1、 熟悉MATLAB 程序编辑与设计环境2、 用for 循环语句实现求1~100的和3、 用for 循环语句实现编写一个求n 阶乘的函数文件练习B思考题4、 已知一维数组]10,8,5,4,2[=A 、]4,7,6,9,4[=B ,用for 循环语句实现∑=+-n i i n iB A 11。
求和函数可用()sum5、 (1)编写求解一维数组平均值的函数文件。
(2)编写求解二维数组平均值的函数文件。
四、实验操作过程(实验说明)1. 用for 循环语句实现求1~100的和,函数名为theSec().程序:a=0;for i=1:100a=i+a;endfprintf('%d\n',a)执行结果:>> theSec %求1~100的和50502. 用for 循环语句实现编写一个求n 阶乘的函数文件,函数名为jiex(x). 程序:function jiex(x)a=1;for i=1:xa=a*i;endfprintf('%d\n',a)执行结果:>> jiex(4) % 求4的阶乘243. 已知一维数组]10,8,5,4,2[=A 、]4,7,6,9,4[=B ,用for 循环语句实现∑=+-n i i n iB A 11。
求和,函数名用ABsum()程序:function y=ABsum()a=[2,4,5,8,10];b=[4,9,6,7,4];n=5;sum=0;for i=1:nsum=sum+a(1,i)*b(1,n-i+1);endy=sum;执行结果: >> ABsum()ans =1784.编写求解任意数组平均值的函数文件,函数名为avg(f).程序:function y=avg(f)[m,n]=size(f);sum=0;for i=1:mfor j=1:nsum=sum+f(i,j);endendy=sum/(m*n);执行结果:>> a=[1,2,3,4;5,6,7,8] %定义一个数组a =1 2 3 45 6 7 8>> avg(2*a) %求数组2*a的平均值ans =9五、实验结果及讨论1.编程语句:循环语句有for循环和while循环,我习惯使用for循环,使用格式如下:for 循环变量=表达式1(初值):表达式2(增量):表达式3(终值)循环语句组end条件判断语句if 语句格式为: if 表达式 执行语句end实验三 MATLAB 的图形绘制一、实验时间及地点:实验时间:上午8:30—9:30 实验地点:黄岛老校区计算中心二、实验目的:1、学习MATLAB 图形绘制的基本方法;2、熟悉和了解MATLAB 图形绘制程序编辑的基本指令;3、熟悉掌握利用MATLAB 图形编辑窗口编辑和修改图形界面,并添加图形的各种标注;4、掌握plot 、subplot 的指令格式和语法。
三、实验内容: 练习A【1】 二维曲线绘图基本指令演示。
t=(0:pi/50:2*pi)'; k=::1; Y=cos(t)*k; plot(t,Y)plot 指令基本操作演示【2】用图形表示连续调制波形)9sin()sin(t t y 及其包络线。