控制系统仿真实验

第二部分控制系统仿真实验

实验一MATLAB软件操作练习

一、实验目的

1.熟悉MATLAB软件的基本操作；

2. 学会用MATLAB做基本数学计算

3. 学会矩阵的创建。

4．熟悉利用MATLAB计算矩阵。

二、实验内容

1. 帮助命令

使用help命令，查找sqrt（开方）函数的使用方法；

2．在命令窗口输入矩阵A=[7 1 5；2 5 6；3 1 5]，B=[1 1 1; 2 2 2; 3 3 3]

3. 矩阵运算

（1）矩阵的乘法

已知A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8];

求A^2*B

（2）矩阵除法

已知A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];

B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3];

A\B,A/B

（3）矩阵的转置及共轭转置

已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i];

求A.', A'

（4）使用冒号选出指定元素

已知：A=[3 2 3;2 4 6;6 8 10];

求A中第3列前2个元素；A中所有列第2，3行的元素；

三、实验步骤

1. 熟悉MATLAB的工作环境，包括各菜单项、工具栏以及指令窗口、工作空间窗

口、启动平台窗口、命令历史窗口、图形文件窗口和M文件窗口。

2．在指令窗口中完成实验内容中规定操作并记录相关实验结果，并撰写实验报告。

实验二　M 文件编程及图形处理

一、实验目的

1．学会编写MATLAB 的M 文件； 2．熟悉MATLAB 程序设计的基本方法； 3. 学会利用MATLAB 绘制二维图形。

三、实验内容

1.基本绘图命令

（1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t ∈[0，2π]

（2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)， t ∈[0，2π] 2.基本绘图控制

绘制[0，4π]区间上的x1=10sint 曲线，并要求： （1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号； （2）给横坐标标注’t ’，纵坐标标注‘y(t)‘， 3.M 文件程序设计

（1）编写程序，计算1+3+5+7+…+(2n+1)的值（用input 语句输入n 值）； （2）编写分段函数

⎪⎩

⎪

⎨⎧≤≤-<≤=其它021210)(x x x x

x f 的函数文件，存放于文件ff.m 中，计算出 ， 的值

)2(f )3(-f 二、实验要求

1. 预习实验内容，按实验要求编写好实验程序；

2. 上机调试程序，记录相关实验数据和曲线，并撰写实验报告。

实验三 数学模型建立与转换

一、实验目的

1.学会用MATLAB 建立控制系统的数学模型。

2.学会用MATLAB 对控制系统的不同形式的数学模型之间的转换和连接。

二、实验内容

1.建立控制系统的数学模型

用MATLAB 建立下述零极点形式的传递函数类型的数学模型：

)

1)(1(3

)(+++=

s s s s G 2.不同形式及不同类型间的数学模型的相互转换

1）用MATLAB 将下列分子、分母多项式形式的传递函数模型转换为零极点形式的传递函数模型:

2）用MATLAB 将下列零极点形式的传递函数模型转换为分子、分母多项式形式的传递函数模型:

3. 用MATLAB 命令求如下图所示控制系统的闭环传递函数

三、实验要求

2

264220

2412)(234

23++++++=s s s s s s s G )

43)(43)(2)(1()

5)(6()(j s j s s s s s s s G -+++++++=

预习实验内容，按实验要求编写好实验程序，调试程序，记录相关实验数据和曲线，并撰写实验报告。

实验四 控制系统响应及性能分析

一 、实验目的

⑴ 掌握控制系统频率特性曲线绘制方法。 ⑵ 学会用MATLAB 绘制控制系统的根轨迹。

⑶ 学习控制系统动态响应曲线的绘制及动态性能指标的测试方法

二、实验内容

1. 已知系统的开环传递函数为：

s s s s s G o 4036820

)(234+++=

求系统在单位负反馈下的阶跃响应曲线。

2. 系统开环传递函数如下：

22

(24)

()(4)(6)( 1.41)

r K s s G s s s s s s ++=++++ 要求绘制系统根轨迹并进行系统分析。 ①在MATLAB 环境下输入程序

num=[1 2 4];

den=conv([1 0],conv([1 4],conv([1 6],[1 1.4 1]))); rlocus(num,den)

绘制出系统的根轨迹图 ②输入命令 rlocfind(num,den)

移动鼠标，确定系统变为不稳定时的k 值。

3. 系统结构图如下所示，试用nyquist 频率曲线判断系统的稳定性。如果系统稳定，求出系统稳定裕度。并绘制系统的单位冲激响应以验证判断结论。

其中

)

10625.0)(125.0)(185.0(7.16)(+++=

s s s s

s G

三、实验要求

1．预习实验内容，按实验要求编写好实验程序，调试程序； 2．根据控制系统的响应曲线，分析系统的性能； 3．记录相关实验数据和曲线，并撰写实验报告。