武汉工程大学实验报告

实验名称：Matlab 的基本操作与编程

一、实验目的：

1）熟悉MATLAB 软件的运行环境和基本操作

2）掌握MATLAB 矩阵的输入方式、元素的提取与组合 3）掌握数值运算。

4）掌握MATLAB 软件的绘图功能 5）掌握M 函数的编写。 二、实验内容：

1）启动MATLAB 软件，观察其界面组成及操作方法，了解各部分的功能 2）使用基本的MATLAB 命令，并观察记录执行结果

帮助、查询信息类命令：Demo 、help 、who 、whos 显示、记录格式等命令：clc 、clear 、format 尝试一下其他的命令（dos 命令）

3）生成一个5阶魔方矩阵，并提取其第（3、4、5）行，第（2、3、4）列构成的新的矩阵

5）用命令行方式求解下式的值

4

2

cos lim

2

2x x e

x -→（提示使用syms x 定义一个符号，使用limit 函数）

6）MATLAB 的绘图

（1） 二维绘图命令plot ：画出,sin x y =在]2,0[π∈x 上的图形

（2） 三维绘图命令plot3： 画出三维螺旋线⎪⎩⎪

⎨⎧===t

z t y t x cos sin ，]4,0[π∈t 的图形．

mesh 命令：绘制)

2(2

2

2y x e z +-

=，在]5,5[-∈x ，]5,5[-∈y 区间的曲面 7）编写M 函数

利用程序流程控制语句编写一个函数myfactorial （n ），实现n ！（阶乘）。要求使用help 命令可以列出相关的帮助信息。

三、实验结果及分析

武汉工程大学实验报告

专业班级：

姓名：

学号：

课程名称：控制系统数字仿真与CAD

实验成绩： 指导老师：

实验名称：典型闭环系统的数字仿真及计算机解题

一、实验目的：

1）熟悉典型闭环的仿真过程

2）掌握MATLAB 编程实现典型闭环环节仿真 3）利用典型闭环环节仿真程序解题。

4）掌握MATLAB 下对控制系统进行时域、频域和根轨迹的分析 二、实验内容：

1）编写典型环节阶跃响应函数

典型环节冲击响应函数function [yout,t] = my_step(num,den,v,t0,tf,h,R,n)

输入参数：

num ：传递函数的分子系数向量 den ：传递函数的分母系数向量 v ：反馈比例系数 t0：仿真起始时间 tf ：仿真终止时间 h ：仿真步长 R:阶跃幅值 n:系统阶次 输出参数：

yout ：响应输出 t ：时间向量 2）用上述函数分析以下系统，同时用simulink 分析该系统，并比较其结果。

3）被控对象的传递函数为

)20030(400

)(2++=

S S S s G ，用simulin 建模并分

析其单位阶跃响应。用MATLAB 命令绘出其伯德图和根轨迹图。

三、实验结果及分析

实验名称：双闭环控制直流电动机调速系统建模与仿真分析

一、实验目的：

1.熟悉Matlab/Simulink仿真环境；

2.掌握Simulink图形化建模方法；

3.验证“直流电动机转速/电流双闭环PID控制方案”的有效性。

二、实验内容：（详见后面的实验指导）

1.“双闭环直流电动机调速系统”的建模

2.电流环／调节器设计

3.电流环动态跟随性能仿真实验

4.转速环／调节器设计

5.转速环动态抗扰性能仿真实验

6.系统动态性能分析

（给出仿真实验结果与理论分析结果的对比／分析／结论）

三、实验结果及分析

附件：“双闭环控制直流电动机调速系统”数字仿真实验

实验指导

一、实验目的

4.熟悉Matlab/Simulink仿真环境；

5.掌握Simulink图形化建模方法；

6.验证“直流电动机转速/电流双闭环PID控制方案”的有效性。

二、实验内容

7.“双闭环直流电动机调速系统”的建模

8.电流环／调节器设计

9.电流环动态跟随性能仿真实验

10.转速环／调节器设计

11.转速环动态抗扰性能仿真实验

12.系统动态性能分析

（给出仿真实验结果与理论分析结果的对比／分析／结论）

三、实验步骤

1、系统建模

A．控制对象的建模

建立线性系统动态数学模型的基本步骤如下：

（1）根据系统中各环节的物理定律，列写描述据该环节动态过程的微分方程；

（2）求出各环节的传递函数；

（3）组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数。

下面分别建立双闭环调速系统各环节的微分方程和传递函数。

B．额定励磁下的直流电动机的动态数学模型

图1给出了额定励磁下他励直流电机的等效电路，其中电枢回路电阻R和电感L包含整流装置内阻和平波电抗器电阻与电感在内，规定的正方向如图所示。

图1 直流电动机等效电路

由图1可列出微分方程如下：

0d

d d dI U RI L

E dt

=++ （主电路，假定电流连续） e E C n = （额定励磁下的感应电动势）

2375e L GD dn

T T dt

-=⋅ （牛顿动力学定律，忽略粘性摩擦）

e m d T C I = （额定励磁下的电磁转矩）

定义下列时间常数：

l L

T R =——电枢回路电磁时间常数，单位为s ；

2

375m e m

GD R T C C =

——电力拖动系统机电时间常数，单位为s ； 代入微分方程，并整理后得：

0()d

d d l

dI U E R I T dt -=+ m d dL T dE I I R dt

-=⋅ 式中，/dL L m I T C =——负载电流。

在零初始条件下，取等式两侧得拉氏变换，得电压与电流间的传递函数

0()1/()()1

d d l I s R U s E s T s =

-+

（1）

电流与电动势间的传递函数为

()()()d dL m E s R I s I s T s

=

-

（2）

0()d U s +

_

()

E s 1/1l R T s +()

d I s

_

+

()d I s ()

dL I s m R T s

()

E s

a) b)

m R T s 1/1l R T s +1e

C +

_

_

+

0()d U s ()

d I s ()

dL I s ()E s ()

n s

c)

图2 额定励磁下直流电动机的动态结构图