控制系统仿真与设计实验报告
哈工大 计算机仿真技术实验报告 仿真实验四基于Simulink控制系统仿真与综合设计
基于Simulink 控制系统仿真与综合设计一、实验目的(1) 熟悉Simulink 的工作环境及其功能模块库； (2) 掌握Simulink 的系统建模和仿真方法； (3) 掌握Simulink 仿真数据的输出方法与数据处理；(4) 掌握利用Simulink 进行控制系统的时域仿真分析与综合设计方法； (5) 掌握利用 Simulink 对控制系统的时域与频域性能指标分析方法。
二、实验内容图2.1为单位负反馈系统。
分别求出当输入信号为阶跃函数信号)(1)(t t r =、斜坡函数信号t t r =)(和抛物线函数信号2/)(2t t r =时，系统输出响应)(t y 及误差信号)(t e 曲线。
若要求系统动态性能指标满足如下条件：a) 动态过程响应时间s t s 5.2≤；b) 动态过程响应上升时间s t p 1≤；c) 系统最大超调量%10≤p σ。
按图1.2所示系统设计PID 调节器参数。
图2.1 单位反馈控制系统框图图2.2 综合设计控制系统框图三、实验要求(1) 采用Simulink系统建模与系统仿真方法，完成仿真实验；(2) 利用Simulink中的Scope模块观察仿真结果，并从中分析系统时域性能指标（系统阶跃响应过渡过程时间，系统响应上升时间，系统响应振荡次数，系统最大超调量和系统稳态误差）；(3) 利用Simulink中Signal Constraint模块对图2.2系统的PID参数进行综合设计，以确定其参数；(4) 对系统综合设计前后的主要性能指标进行对比分析，并给出PID参数的改变对闭环系统性能指标的影响。
四、实验步骤与方法4.1时域仿真分析实验步骤与方法在Simulink仿真环境中，打开simulink库，找出相应的单元部件模型，并拖至打开的模型窗口中，构造自己需要的仿真模型。
根据图2.1 所示的单位反馈控制系统框图建立其仿真模型，并对各个单元部件模型的参数进行设定。
所做出的仿真电路图如图4.1.1所示。
MATLAB与控制系统仿真实验报告
MATLAB与控制系统仿真实验报告第一篇：MATLAB与控制系统仿真实验报告《MATLAB与控制系统仿真》实验报告2013-2014学年第 1 学期专业：班级：学号：姓名：实验三 MATLAB图形系统一、实验目的：1.掌握绘制二维图形的常用函数。
2.掌握绘制三维图形的常用函数。
3.熟悉利用图形对象进行绘图操作的方法。
4.掌握绘制图形的辅助操作。
二、实验原理：1，二维数据曲线图（1）绘制单根二维曲线plot(x,y);（2）绘制多根二维曲线plot(x,y)当x是向量，y是有一维与x同维的矩阵时，则绘制多根不同颜色的曲线。
当x，y是同维矩阵时，则以x，y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。
（3）含有多个输入参数的plot函数plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn)（4）具有两个纵坐标标度的图形plotyy(x1,y1,x2,y2)2,图形标注与坐标控制1）title(图形名称)；2）xlabel（x轴说明）3）ylabel（y轴说明）4）text（x，y图形说明）5）legend（图例1，图例2，…）6）axis（[xmin xmax ymin ymax zmin zmax]）3, 图形窗口的分割 subplot（m,n,p）4,三维曲线plot3（x1,y1,z1,选项1，x2,y2，选项2，…,xn,yn,zn,选项n）5，三维曲面mesh(x,y,z,c)与surf(x,y,z,c)。
一般情况下，x，y，z是维数相同的矩阵。
X，y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同高度下的颜色范围。
6，图像处理1）imread和imwrite函数这两个函数分别用于将图象文件读入matlab工作空间，以及将图象数据和色图数据一起写入一定格式的图象文件。
2）image和imagesc函数这两个函数用于图象显示。
为了保证图象的显示效果，一般还应使用colormap函数设置图象色图。
自控仿真实验报告
一、实验目的1. 熟悉MATLAB/Simulink仿真软件的基本操作。
2. 学习控制系统模型的建立与仿真方法。
3. 通过仿真分析，验证理论知识，加深对自动控制原理的理解。
4. 掌握控制系统性能指标的计算方法。
二、实验内容本次实验主要分为两个部分：线性连续控制系统仿真和非线性环节控制系统仿真。
1. 线性连续控制系统仿真（1）系统模型建立根据题目要求，我们建立了两个线性连续控制系统的模型。
第一个系统为典型的二阶系统，其开环传递函数为：\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)} \]第二个系统为具有迟滞环节的系统，其开环传递函数为：\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)(s+3)} \]（2）仿真与分析（a）阶跃响应仿真我们对两个系统分别进行了阶跃响应仿真，并记录了仿真结果。
（b）频率响应仿真我们对两个系统分别进行了频率响应仿真，并记录了仿真结果。
（3）性能指标计算根据仿真结果，我们计算了两个系统的性能指标，包括上升时间、超调量、调节时间等。
2. 非线性环节控制系统仿真（1）系统模型建立根据题目要求，我们建立了一个具有饱和死区特性的非线性环节控制系统模型。
其传递函数为：\[ W_k(s) = \begin{cases}1 & |s| < 1 \\0 & |s| \geq 1\end{cases} \]（2）仿真与分析（a）阶跃响应仿真我们对非线性环节控制系统进行了阶跃响应仿真，并记录了仿真结果。
（b）相轨迹曲线绘制根据仿真结果，我们绘制了四条相轨迹曲线，以分析非线性环节对系统性能的影响。
三、实验结果与分析1. 线性连续控制系统仿真（a）阶跃响应仿真结果表明，两个系统的性能指标均满足设计要求。
（b）频率响应仿真结果表明，两个系统的幅频特性和相频特性均符合预期。
2. 非线性环节控制系统仿真（a）阶跃响应仿真结果表明，非线性环节对系统的性能产生了一定的影响，导致系统响应时间延长。
《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。
系统控制实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 掌握系统控制的基本原理和方法。
2. 熟悉最少拍控制系统的分析方法。
3. 了解输入信号对最小拍控制系统的影响及其改进措施。
4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理最少拍控制系统是一种直接数字设计方法，其目的是使闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，使系统输出值尽快地跟踪期望值的变化。
其闭环传递函数具有形式：\[ G(s) = \frac{1}{(z-1)^N} \]其中，N是可能情况下的最小正整数。
这一传递形式表明闭环系统的脉冲响应在N个采样周期后变为零，从而意味着系统在N拍之内到达稳态。
三、实验设备1. 硬件环境：- 微型计算机一台，Pentium 4以上各类微机2. 软件平台：- 操作系统：Windows 2000- 仿真软件：MATLAB6.0四、实验内容与步骤1. 计算控制器：- 按照系统要求计算最少拍有纹波控制器。
2. 构造系统结构图模型：- 在Simulink下构造系统结构图模型。
- 取输入信号为单位阶跃信号和单位速度信号。
3. 设计控制器：- 设计控制器，观察输入输出波型，标明参数，打印结果。
4. 观察系统输出波形：- 观察系统输出波形在采样点以外的波形。
五、实验结果与分析1. 单位阶跃输入下的最少拍有纹波控制系统：- 通过仿真，可以得到单位阶跃输入下的最少拍有纹波控制系统的输出波形，如图1-2所示。
- 从图中可以看出，系统在3个采样周期内达到稳态，且稳态误差较小。
2. 单位速度输入下的最少拍有纹波控制系统：- 通过仿真，可以得到单位速度输入下的最少拍有纹波控制系统的输出波形。
- 从图中可以看出，系统在3个采样周期内达到稳态，且稳态误差较小。
3. 输入信号对系统的影响：- 通过改变输入信号，可以观察到输入信号对系统输出波形的影响。
- 例如，当输入信号为单位阶跃信号时，系统输出波形呈现出明显的纹波现象；而当输入信号为单位速度信号时，系统输出波形则较为平滑。
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。
控制系统设计与仿真实验报告
控制系统设计与仿真上机实验报告学院：自动化学院班级：自动化姓名：学号：一、 第一次上机任务1、熟悉matlab 软件的运行环境，包括命令窗体，workspace 等，熟悉绘图命令。
2、采用四阶龙格库塔法求如下二阶系统的在幅值为1脉宽为1刺激下响应的数值解。
222()2nn nG s s s ωξωω=++ ，0.5,10n ξω== 3、采用四阶龙格库塔法求高阶系统阶单位跃响应曲线的数值解。
222()(2)(1)nn nG s s s Ts ωξωω=+++，0.5,10n ξω==，5T =4、 自学OED45指令用法，并求解题2中二阶系统的单位阶跃响应。
程序代码如下：;曲线如下：二、 第二次上机任务1、试用simulink 方法解微分方程，并封装模块，输出为i x 。
得到各状态变量的时间序列，以及相平面上的吸引子。
112322331223x x x x x x x xx x x x αββγ=-+⎧⎪=-+⎨⎪=-+-⎩&&&参数入口为,,αβγ的值以及i x 的初值。
（其中8/3,10,28αβγ===，以及初值分别为1230,0,0.001x x x ===） 提示：1s模块输入是输出量的微分。
Simulink :曲线如下:2、用simulink搭建PI控制器的控制回路，被控对象传递函数：151s+，分别分析（1）、比例系数由小到大以及积分时间由小到大对阶跃响应曲线的影响。
（2）、控制器输出有饱和以及反馈有时滞情况下，阶跃响应曲线的变化。
（3）、主控制回路传递函数为：1201s+，副回路为：151s+，主回路采用PI控制器，副回路采用P控制器，分析控制系统对主回路以及副回路的阶跃扰动的抑制。
注：PI控制器表达式为1()(1)()iU s Kp E sT s=+，串级控制如图所示。
（1）（2）(3)3.编写S函数模块，实现两路正弦信号的叠加，正弦信号相位差为60度。
控制系统设计与仿真课设计报告
《控制系统设计与仿真》课程设计报告目录摘要 (1)一、概述 (2)二、设计任务与要求 (2)2.1 设计任务 (2)2.2 设计要求 (2)三、理论设计 (3)3.1 双闭环调速系统总设计 (3)3.2 设计电流调节器 (5)3.2.1.2 确定时间常数 (5)3.2.1.3 选择电流调节器的结构 (5)3.2.1.4 校验近似条件 (5)3.2.1.5 计算调节器电阻和电容 (6)3.3 速度环设计 (6)3.3.1 确定时间常数 (7)3.3.2 选择转速调节器结构 (7)3.2.2.3 检验近似条件 (7)3.2.2.4 计算调节器电阻和电容 (7)3.2.2.5 校核转速超调量 (7)四、系统建模及仿真实验 (8)4.1 MATLAB 仿真软件介绍 (8)4.2 仿真建模及实验 (8)4.2.1 单闭环仿真实验 (8)4.2.2 电流环仿真实验 (10)4.2.3 双闭环仿真实验 (10)4.2.4 反馈回路扰动仿真实验 (14)五、总结 (15)六、体会 (16)参考文献 (17).摘要从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。
双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。
采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。
电流环校正成典型I型系统。
为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。
根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用MATLAB做了双闭环直流调速系统仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。
本文还对实际中可能出现的各种干扰信号进行了仿真，另外本文还介绍了实物验证的一些情况。
关键词：MATLAB 直流调速双闭环转速调节器电流调节器干扰一、概述我们都知道，对于调速系统来说，闭环调速比开环调速具有更好的调速性能。
《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。
控制系统仿真实验报告
控制系统仿真实验报告(总19页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除昆明理工大学电力工程学院学生实验报告实验课程名控制系统仿真实验称：开课实验室：计算中心2082015 年 6月 16日实验一电路的建模与仿真一、实验目的1、了解KCL 、KVL 原理；2、掌握建立矩阵并编写M 文件；3、调试M 文件，验证KCL 、KVL ；4、掌握用simulink 模块搭建电路并且进行仿真。
二、实验内容电路如图1所示，该电路是一个分压电路，已知13R =Ω，27R =Ω，20S V V =。
试求恒压源的电流I 和电压1V 、2V 。
IVSV 1V 2图1三、列写电路方程（1）用欧姆定律求出电流和电压 （2）通过KCL 和KVL 求解电流和电压(1) I=Vs/(R1+R2)=2A , V1=I*R1 =6V , V2=I*R2=14V (2) I*R1+I*R2-Vs=0 , V1=I*R1 , V2=I*R2 ,=> I=2A,V1=6V,V2=14V.四、编写M 文件进行电路求解（1）M文件源程序（2）M文件求解结果（1）M文件源程序R1=3;R2=7;Vs=20;I=Vs/(R1+R2)V1=I*R1V2=Vs-V1（2）M文件求解结果I=2V1=6V2=14五、用simulink进行仿真建模（1）给出simulink下的电路建模图（2）给出simulink仿真的波形和数值电流I波形I=2A电压U1波形,U1=6V电压U2波形,U2=14V六、结果比较与分析根据M文件编程输入到matlab中，实验结果与理论计算结果一致。
实验二 数值算法编程实现一、实验目的掌握各种计算方法的基本原理，在计算机上利用MATLAB 完成算法程序的编写拉格朗日插值算法程序，利用编写的算法程序进行实例的运算。
二、实验说明1．给出拉格朗日插值法计算数据表；2．利用拉格朗日插值公式，编写编程算法流程，画出程序框图，作为下述编程的依据；3．根据MATLAB 软件特点和算法流程框图，利用MATLAB 软件进行上机编程； 4．调试和完善MATLAB 程序；5．由编写的程序根据实验要求得到实验计算的结果。
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。
控制系统仿真设计实习 报 告
实习报告1.实习名称：直流恒压源2.实习器件：交流电源，桥式整流器，脉冲发生器，PI调节器，放大器，示波器，滤波电路。
3.实习内容：通过桥式整流电路，将输入的交流电压，变成直流电压，中间带有滤波环节。
为了实现恒压的目的，将输出的电压反馈，与给定值进行比较，再经过PI调节，控制脉冲发生器的角度，从而实现恒压的目的。
4.线路: 给定值为80，R1=2000,L1=5E-3时的线路：在给定值为80，R1=2000,L1=5E-3时的△U,scope3的波形：在给定值为80，R1=1500,L1=5E-6时的△U,scope3的波形：给定值为70，R1=2000,L1=5E-3时的线路：在给定值为70，R1=2000,L1=5E-3时的△U, scope3的波形：在给定值为70，R1=1500,L1=5E-6时的△U, scope3的波形：5.参数设置：①输入电源：②脉冲发生器：FREQUENCY :50 PULSE WIDTH:10③增益值：GAIN=3550, GAIN1=-1.④PI控制器：p=1E-6,I=1.⑤阻感值：L=10H.6.分析：通过以上的波形，可以看到，在同一给定值，变负载值的情况下，会对波形的最小值有影响，但是，最终的值还是趋向于一个稳定的输出。
在线路中的PI调节器有着重要的作用,P会对输出波形的幅值有直接的影响，而I则会对整个的响应速度有直接影响。
而整个线路的误差只和反馈回路的系数有关，这和我们在理论中所学的结论是完全一致的。
7.实习总结：本次实习真的可谓收获良多，本来是觉的无从下手，原因有两个：一.对理论上知识理解的不够,概念上不是很清楚,理论与实际结合不到一起.二.对MATLAB根本不熟,对里面的有什么器件,什么功能不是很了解.经过连续三天的摸索,终于有所突破.因为里面的参数需要很多次的尝试,所以每个参数对结果的影响现在也是比较清楚了,对控制过程的了解也有所加深.控制系统仿真设计实习报告xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxXxxx。
控制系统设计与仿真实验报告
电气与自动化工程学院控制系统设计与仿真实验报告姓名：裴加坤专业：自动化专业学号：同组者：汪志华赵昌通宋轶楠（1）了解Matlab的使用环境，掌握基本的Matlab编程语法和语句；（2）了解Simulink的使用环境，掌握Simulink的模块化编程步骤；（3）对所有过程控制系统对象进行分析，分析所有参数的变化情况；控制对象共分为单容和多容对象，其平衡特性分为自衡和非自衡以及滞后等过程，这里主要对单容和多容在自衡和非自衡的条件下进行研究。
单容自衡系统：实验结果：K值的改变只影响系统的最终幅值，而与系统的特性无关。
K值越大，系统的最终稳定值越高。
改变T值：实验结果：可以看出，在相同的阶跃输入作用下，时间常数越大，系统达到稳态所需的时间越长。
单容非自衡系统：实验结果：T值越大，系统上升的速度越慢。
多容自衡系统：实验结果：多容非自衡系统：实验结果：自衡系统最终会达到稳定，T值的不同，系统达到稳定的时间也不同。
非自衡系统不会达到稳定状态。
（4）对单回路控制系统的四个部分进行详细仿真；执行器：由图像可以看出，时间常数较小的执行器对偏差变化的响应速度较快，并且不会产生较大的超调。
被控对象：被控对象参数设定不同，系统响应的曲线也不同。
检测变送：设定检测变送环节的比例系数，由图像可知，系统输出与变送器的比例系数成反比。
（5） 深入理解PID 控制的原理；比例、积分、微分控制简称PID （Propotional-Integrate-Differential ）控制，它是工业生产过程中最常用的控制算法。
PID 控制具有原理简单、适应性强、控制效果好的特点。
理想的模拟式PID 控制算法为（6） ])()(1)([)(0dtt de T dt t e T t e K t u D t I p ++=⎰ 式中Kp ——比例放大系数；Ti ——积分时间常数；Td ——微分时间常数。
理想PID 控制器的传递函数为]11[)(s T sT K s G D I p ++=（7） 掌握PID 三个参数对控制系统性能的影响；P 作用的输出与偏差成比例，称为比例控制作用。
单摆运动控制系统设计与仿真实验报告
单摆运动控制系统设计与仿真实验报告1.引言1.1 概述概述部分的内容：单摆运动控制系统是一个常见的控制系统应用领域，它在诸多科学实验、工程项目和技术研究中都有广泛的应用。
单摆运动控制系统通过控制摆臂的运动，实现对摆臂的稳定性和精确度的控制，从而达到预定位置、速度和加速度的要求。
随着科技的不断发展和进步，单摆运动控制系统的设计和仿真实验成为研究者们关注的焦点。
在过去的几十年中，众多学者和工程师们提出了各种各样的方法和理论，以提高单摆运动控制系统的性能和效果。
这些方法包括但不限于PID控制、自适应控制、模糊控制等等。
它们都在不同的场景中展现了自己的优势和特点，为单摆运动控制系统的设计和仿真实验提供了全新的思路和方法。
本文旨在介绍单摆运动控制系统的设计和仿真实验。
首先，我们将对单摆运动控制系统的相关背景和理论基础进行概述和分析。
接着，我们将详细介绍单摆运动控制系统的设计过程，包括系统结构、控制算法和参数选择等方面。
在设计完成后，我们将进行仿真实验，在不同的工作条件下对系统进行测试和评估，以验证设计的有效性和性能。
最后，我们将总结本文的研究成果，并对未来的研究方向进行展望。
通过本文的研究，我们希望能够为单摆运动控制系统的设计和仿真实验提供实用有效的方法和理论支持，为相关领域的研究者和工程师提供参考和借鉴。
同时，我们也期待通过本文的工作，能够推动单摆运动控制系统设计的进一步发展和应用。
文章结构部分的内容可以如下所示：1.2 文章结构本文主要分为三个部分，即引言、正文和结论。
引言部分主要概述了文章内容和研究背景，介绍了单摆运动控制系统设计与仿真实验的目的和重要性。
正文部分包括两个主要内容，即单摆运动控制系统设计和仿真实验。
在单摆运动控制系统设计中，我们将介绍系统的原理和设计方法，并详细描述系统的硬件和软件实现。
在仿真实验中，我们将使用相关仿真软件进行系统的仿真，验证设计的有效性和准确性。
结论部分对本文的主要内容进行总结，回顾了实验的结果和分析，总结了系统的性能和局限性。
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。
控制系统仿真设计报告
《控制系统仿真设计》实习报告院、系(部)专业班级姓名学号指导老师·基于MATLAB 的PID 控制器设计 设计题目：1. 应用Ziegler — Nichols 算法设计PID 控制器，实现系统的闭环稳定，并比较对各个系统的控制效果。
一、3)1s (1G (s)+=①对象：PID 控制器②控制指标：减小稳态误差，提高反应速度，有较低的超调量。
③PID 控制器设计：未校正的系统特性指标如下：输入：>> num=1;den=conv( [1,1],conv( [1,1],[1,1] ));Step(num,den);K=dcgain (num,den)得出：K =1根据图形，得出：L=1.9 T=4.52利用自定义的Ziegler_std函数求出Kp、Ti、Td输入：>> K=1;L=1.9;T=4.52;[num,den,Kp,Ti,Td]=Ziegler_std (3,[K,L,T])得出：num =2.7120 2.8547 1.5025den = 10Kp = 2.8547Ti =3.8000Td =0.9500>>④仿真调试：根据得出的Kp、Ti、Td值，设计PID控制器，并利用利用Simulink仿真建模。
仿真模型及其响应如下：1）加入比例控制调节Kp，不同的Kp得到的阶跃响应如下所示：Kp=0.1 Kp=0.5Kp=2.8547 Kp=5分析结果：随着Kp的增大，超调量增大，es s→0.当Kp无限增大时，达到稳态值出现震荡。
2）比例积分控制当Kp=2.8547时，调节TiTi=1 Ti=3.8Ti=10分析结果:当Ti 增大时，震荡减小了，调节时间减短，但稳态误差变大。
当Ti=3.8时，调节KpKp=1 Kp=5分析结果:对于固定的Ti=3.8，随着Kp 的增大，延迟时间增大。
3）加入比例积分微分（PID）调节当Kp=2.8547,Ti=3.8,取Td的值Td=0.5 Td=0.95Td=2 Td=10分析结果:当Kd增大时，超调量减小，调节时间减小，系统更加稳定。
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：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。
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。
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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：记录实际测取的峰值大小、峰值时间、过渡时间，并与理论计算值值比较2. 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。
（1）试验程序：num0=[2 10];den0=[1 2 10];subplot(2,2,1);step(num0,den0);title(‘G(1)’);（2）响应曲线如下图所示：4.试做出一个三阶系统和一个四阶系统的阶跃响应，并分析实验结果三阶系统G(s)=1/(s3+s2+s+1)四阶系统G(s)=1/(s4+s3+s2+s+1)（1）试验程序（2）响应曲线三、实验结果分析（1）系统的阻尼比越大，其阶跃响应超调越小，上升时间越长；系统的阻尼比决定了其振荡特性：当阻尼比在0~1时，有振荡，当阻尼比>1时，无振荡、无超调，阶跃响应非周期趋于稳态输出。
（2）当分子、分母多项式阶数相等时，响应曲线初值为非零初值；当分子多项式阶数低于分母多项式阶数时，响应曲线初值为零。
（3）当系统分子多项式零次相系数为零时，响应曲线稳态值为0；当系统分子多项式零次相系数不为零时，响应曲线稳态值为1。
7.2.3控制系统的脉冲响应一、实验目的1.观察学习控制系统的单位脉冲响应；2.记录单位脉冲响应曲线；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。
试验程序如下：（1）脉冲响应曲线（2）实验结果记录实际测取的峰值大小、峰值时间、过渡时间，并与理论计算值值比较2. 二阶系统G(s)=10/(s2+2s+10)（1）修改参数，分别实现deite=1和deite=2响应曲线试验程序响应曲线（2）修改参数，分别实现w n1= (1/2)w n0和w n1= 2w n0响应曲线试验程序响应曲线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。
（1）试验程序如下：（2）响应曲线如下图所示：三、实验结果分析：（1）系统的阻尼比越大，其阶跃响应超调越小，上升时间越长；系统的阻尼比决定了其振荡特性：当阻尼比在0~1时，有振荡，当阻尼比>1时，无振荡、无超调，阶跃响应非周期趋于稳态输出。
系统的无阻尼振荡频率越大，阶跃响应的反应速度越快。
（2）当分子、分母多项式阶数相等时，响应曲线初值为非零初值；当分子多项式阶数低于分母多项式阶数时，响应曲线初值为零。
（3）当分子、分母多项式阶数相等时，响应曲线稳态值为0；当分子多项式阶数低于分母多项式阶数时，响应曲线稳态值为1。
7.2.4控制系统的脉冲响应一、实验目的：1.利用计算机完成控制系统的根轨迹作图；2.了解控制系统根轨迹图的一般规律；3.利用根轨迹进行系统分析；二、实验内容：给定如下系统的开环传递函数，作出它们的根轨迹图，并完成规定要求。
1.G01(S)=K g/[S(S+1)(S+2)]（1）准确记录根轨迹的起点、终点与根轨迹条数；（2）确定根轨迹的分离点与相应的根轨迹增益；（3）确定临界稳定时的根轨迹增益。
实验程序如下：响应曲线如下图所示：实验结果如下：2.G02(S)=K g(S+1)/[S(S-1)(S2+4 S +16)]确定根轨迹与虚轴交点并确定系统稳定的根轨迹增益范围。
（1）试验程序如下：（2）响应曲线实验结果如下：3.G02(S)=K g(S+3)/[S(S+2)]（1）确定系统具有最大超调量时的根轨迹增益，做时域仿真实验；（2）确定系统阶跃响应无超调量时的根轨迹增益取值范围，做时域仿真实验；试验程序三、实验结果分析如果闭环系统无零点，且闭环极点均为实数极点，则相应一定是单调的；如果闭环极点均为复数极点，则响应一般是振荡的。
7.2.5 控制系统的波特图一、实验目的1.利用计算机完成开环系统的波特图；2.观察记录控制系统的开环频率特性；3. 控制系统的开环频率特性分析；二、实验内容1.G(S)=1/(T2S2+2CTS+1)T=0.1 C=2，1，0.5，0.1，0.01 （1）实验程序（3）响应曲线如下图所示：2. G(S)=31.6/[S(0.01S+1)(0.1S+1)] 试验程序3.G(S)= (S+1)/[S2(0.1S+1)] 试验程序响应曲线7.2.6 控制系统的极坐标图一、实验目的1.利用计算机完成开环系统的极坐标图；2. 极坐标系统分析；二、实验内容1.G(S)=1/[S(TS+1)]做极坐标图（1）试验程序（2）响应曲线（T=1时）2.G(S)=K(T1S+1)/[S(T2S+1)]T1 >T2 OR T1 <T2（1）做极坐标图（2）比较T1 >T2 与T1 <T2 时两图的区别与特点试验程序实验输入响应曲线3.G(S)=K(T1S+1)/[S2(T2S+1)] T1 >T2 OR T1 <T2（1）做极坐标图（2）比较T1 >T2 与T1 <T2 时两图的区别与特点试验程序如下：实验输入响应曲线7.3.1线性系统的数学模型一、实验目的1.学习系统数学模型的各种表示方法；2. 学习系统数学模型之间的转换与线性变换；二、实验内容1.给定系统为num=[1 1.3 2 2.5];den=[1 0.3 1.2 1];使用m函数[a，b，c，d]=tf2ss(num, den)求系统的状态空间方程；使用m函数[z，p，k]=tf2zp(num, den)求系统的零极点表达式。
（1）试验程序（2）实验结果2.给定函数G1(S)=0.5/[S(0.1S+1)] G2(S)=0.5/(0.05S+1)3.给定函数G1(S)=10(0.2S+1)/[S(0.1S+1)( 0.5S+1)]使用m函数[numc,denc]=cloop(num,den,sign)作单位负反馈；使用m函[a,b,c,d]=tf2ss(num,den)求得单位负反馈的状态空间方程。
（1）试验程序（2）实验结果7.3.3线性系统的数学模型一、实验目的1.学习系统的能控性、能观性的判别方法与计算方法；2. 学习计算系的能控性标准和能观性标准；二、实验内容1.由[a,b,c,d]=rmodel(n)构造一个三阶系统，判别系统的能控性和能观性，并分别计算能控标准型一型与能观标准型一型。
（1）试验程序（2）实验结果2.给定系统num=[1 3 2]; den=[1 6 11 6];使用m函数[a，b，c，d]=tf2ss(num, den)求系统的状态空间方程；判别系统的能控性和能观性并讨论。
（1）试验程序（2）实验结果3.给定系统的开环传递函数为G(S)=10(0.2S+1)/[S(0.1S+1)( 0.5S+1)]使用m函数[numc,denc]=cloop(num,den,sign)作单位负反馈；使用m函[a,b,c,d]=tf2ss(num,den)求得单位负反馈的状态空间方程。
使用m函[ac2,bc2,cc2,dc2]=ss2ss(a,b,c,d,t)做线性变换，将系统变换为能控标准二型。
（1）试验程序（2）实验结果7.3.5线性系统的数学模型一、实验目的1.能控性分析与能观性分析；2. 线性系统的结构分解；3. 线性系统的最小实现。
二、实验内容1.给定系统A=[-1.5 0 0，-5.6 -10.3 -12，4.1333 6.6667 7.7]B=[1 ,-22 ,17.6667]C=[1.5 0.7 0.9]D=0计算gram(A,B)或者Wc=ctrb(A,B)使用rank( )判别系统的能控性，并作能控性分解。
（1）试验程序（2）实验结果2.给定系统A=[1.7 -1.6 0.44，8 -5.5 1.28，0 0 -0.3]B=[0.6 ,1.5,1]C=[16.6667 -6.6667 2]D=0计算gram(A’,B’)或者Wo=obsv(A,C)使用rank( )判别系统的能观性，并作能观性子系统分解。
（1）试验程序（2）实验结果3.给定系统作能控能观分解，做出系统的最小实现。
（1）试验程序（2）实验结果实验总结：通过几次MATLAB实验，学习并了解了MATLAB的实验环境，通过上机操作，熟悉了MATLAB命令的基本操作。