控制系统CAD与数字仿真实验指导书(新版)
控制系统CAD与仿真实验指导书
实验一MATLAB的实验环境及基本命令一实验目的：1．学习了解MA TLAB的实验环境2．在MA TLAB系统命令窗口练习有关MA TLAB命令的使用。
二实验步骤1．学习了解MA TLAB的实验环境：在Windows桌面上，用mouse双击MA TLAB图标，即可进入MA TLAB系统命令窗口：图1-1 MA TLAB系统命令窗口①在命令提示符”>>”位置键入命令:help此时显示MA T ALAB 的功能目录， 其中有“Matlab\general ”，“toolbox\control ”等；阅读目录的内容；② 键入命令：intro此时显示MA TLAB 语言的基本介绍，如矩阵输入、数值计算、曲线绘图等。
要求阅读命令平台上的注释内容，以尽快了解MA TLAB 语言的应用。
③ 键入命令：help help显示联机帮助查阅的功能，要求仔细阅读。
④ 键入命令：into显示工具箱中各种工具箱组件和开发商的联络信息。
⑤ 键入命令：demo显示MA TLAB 的各种功能演示。
2． 练习MA TLAB 系统命令的使用。
① 表达式MA TLAB 的表达式由变量、数值、函数及操作符构成。
实验前应掌握有关变量、数值、函数及操作符的有关内容及使用方法。
练习1-1: 计算下列表达式:要求计算完毕后，键入相应的变量名，查看并记录变量的值。
②．向量运算： )6sin(/250π=d 2/)101(+=a )sin(3.2-=e c i b 53+=n 维向量是由n 个成员组成的行或列数组。
在MA TLAB 中，由分号分隔的方括号中的元素产生一个列向量；由逗号或空号分隔的方括号中的元素产生一个列向量；同维的向量可进行加减运算，乘法须遵守特殊的原则。
练习1-2已知：X=[2 ；-4；8]求 ：Y=R ＇；P=5*R ；E=X .*Y ；S=X ＇* Y练习1-3⑴产生每个元素为1的4维的行向量；⑵产生每个元素为0的4维的列向量；⑶产生一个从1到8的整数行向量，默认步长为1；⑷产生一个从π到0，间隔为π/3的行向量；③矩阵基本运算操作。
《控制系统数字仿真与CAD 第4版》课件第3章 控制系统的数字仿真
传递函数如下：
Id (s) 1/ R Ud 0 (s) E(s) Tl s 1
（3-5）
电流与电动势间的传递函数为：
E(s)
R
Id (s) IdL (s) Tms
上述式（3-5）、（3-6）可用图的形式描述，如图3-2所示。
（3-6）
直流电动机与驱动电源的数学模型
Ud0 s
1/ R Tl s 1
直流电动机的转速/电流双闭环PID控制方案
一、 双闭环V-M调速系统的目的
双闭环V-M调速系统着重解决了如下两方面的问题： 1. 起动的快速性问题
借助于PI调节器的饱和非线性特性，使得系统在电动机允许的过载 能力下尽可能地快速起动。
理想的电动机起动特性为
直流电动机的转速/电流双闭环PID控制方案
从中可知 1）偏差使调节器输出电压U无限制地增加(正向或负向)。因此，输 出端加限制装置（即限幅Um)。 2）要使ASR退出饱和输出控制状态，一定要有超调产生。 3）若控制系统中（前向通道上）存在积分作用的环节，则在给定 作用下，系统输出一定会出现超调。
直流电动机的转速/电流双闭环PID控制方案
三、 关于ASR与ACR的工程设计问题
对上式取拉普拉斯变换，可得“频域”下的传递函数模型为：
Ud 0 (s) Uct (s)
K s eTs s
（3-7）
由于式（3-7）中含有指数函数 eTss，它使系统成为“非最小相位系统”；
为简化分析与设计，我们可将 eTss 按泰勒级数展开，则式（3-7）变成：
Ud 0 (s) Uct (s)
KseTss
n hTn 50.01834s 0.0917s
直流电动机的转速/电流双闭环PID控制方案
控制系统数字仿真与CAD 第三版 (张晓华 著) 机械工业出版社 课后答案
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“控制系统数字仿真与CAD”实验指导书.
写，均要求用标准Ａ４纸进行撰写，单栏排版，单面打印，并左侧装订，以便于报告最终的批阅与存档，（对于存在“逻辑混乱” 、“文字不清” 、“作图潦草” 、“排版混乱”等问题的报告，将予以退回重新撰写）。
封页：（参考最后一页的“封页”格式）正文：（小四字体）仿真实验题目 1、 2、 3、 4、 5、五、思考题 1．在系统启动过程的第 2 阶段中，理想的电流特性为：实际值小于给定/设定值，试说明为何？引言原理/建模设计/分析/论述仿真实验/结果分析结论（思考题解答） 2．动态性能中，电流/转速特性的“超调量”与理论值是否有偏差？；如有偏差，试给出分析/解释。
3．在“双闭环直流电动机调速系统”中，电流调节器与速度调节器的输出都要设置“限幅” ，试说明：你是如何选取限幅值的？ 4．假设系统中的励磁电压减小/增加，试说明：系统转速将可能怎样变化？参考文献： [1] 张晓华主编《控制系统数字仿真与 CAD》第 3 版机械工业出版社 2009 [2] 张晓华主编《系统建模与仿真》清华大学出版社 2006 [3] 陈伯时主编《电力拖动自动控制系统》第 3 版机械工业出版社 2008 25
“控制系统数字仿真与CAD” 仿真实验报告姓班学名：级：号：联系电话： Email: 提交日期： 26。
控制系统CAD与仿真实验指导书
《控制系统CAD与仿真》实验指导书计控学院自动化系实验一 Matlab 运算基础一、 实验目的1、熟悉启动和退出Matlab 的方法；2、熟悉Matlab 命令窗口的组成；3、掌握建立矩阵的方法；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、先求下列表达式的值，然后显示Matlab 工作空间的使用情况并保存全部变量。
0.3,9.2,8.2,...,8.2,9.2,0.3,23.0ln )3.0sin(2)3(545.0212),1log(21)2(185sin 2)1(3.03.032221---=+++-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=++=+=-a a a e e z i x x x z e z a a 其中 提示：利用冒号表达式生成a 向量，求各点的函数值时用点乘运算。
⎪⎩⎪⎨⎧=<≤+-<≤-<≤=5.2:5.0:0,32,1221,110,)4(2224t t t t t t t t z 其中提示：用逻辑表达式求分段函数值。
3、已知：三、 预习要求：利用所学知识，编写实验内容中1到3的相应程序，并写在预习报告上。
实验二 结构程序设计一、 实验目的1、掌握利用while 语句实现循环结构的方法。
2、掌握利用if 语句实现选择结构的方法。
3、掌握利用switch 语句实现多分支选择结构的方法。
二、 实验内容：1、计算1+2+…+n<2000时的最大n 值。
2、计算分段函数⎪⎩⎪⎨⎧≥+-<≤-<=2122111222x x x x x x x y 的值。
3、给出一个学生的百分制成绩，要求转化成成绩等级输出，等级分为’A ’、’B ’、’C ’、’D ’、’E ’五等。
90分以上为’A ’，80~89为’B ’，70~79为’C ’，60~69为’D ’、60分以下为’E ’。
三、 预习要求：利用所学知识，编写实验内容中1到3的相应程序，并写在预习报告实验三 三种系统数学模型之间的转换一、 实验目的1、掌握如何将LTI 对象转换为传递函数模型2、掌握如何将LTI 对象转换为零极点增益模型3、掌握如何将LTI 对象转换为状态空间模型二、 实验内容：1、将LTI 对象转换为传递函数模型（1）已知系统状态空间模型：u x x ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=40205.09.85.101.0105.01.03.0.；[]x y 3,2,1=， 求其等效的传递函数模型。
控制系统CAD控制系统数字仿真
第4章控制系统数字仿真数字仿真就是采用数学模型，在数字计算机上借助数值解法所进行的仿真实验。
所谓数值解法，就是寻求y(t)在[a,b]区间内的一系列离散节点t1<t2<…<t m<t m+1<…上的近似值y1, y2, …，y m, y m+1, …，即求取y m+1 y(t m+1)。
相邻节点的间距h=t m+1-t m称为步长，这里假定h为定值，即t m=t0+mh，m=0, 1, 2,…。
本章主要讲述数字仿真的基本理论和方法。
4.1 数值积分法系统的动态特性通常用一阶微分方程组来描述，也即状态空间表达式。
一般来说，只有极少数的微分方程能用到初等方法得其解析解（或用解析的方法得到精确解），多数只能用近似数值求解。
利用计算机求微分方程主要使用数值积分法，它是系统仿真的一个重要方法。
在这里，我们主要研究一阶微分方程的形式，如：⎪⎩⎪⎨⎧===00)(),(y t t y y t f dtdy（1）， 求y(t)解：⎰⎰⎰+====tt o tt tt dty t f t y t y dty t f dy dty t f dy y t f dtdy),()()(),(),(),(当t=t m+1，t 0=t m 时⎰++=+1),()()(1m mt t m m dty t f t y t y（2）数值积分法时在已知初值的情况下，对f(t, y)进行近似积分，从而对y(t)进行数值求解的方法。
下面介绍几种在数字仿真常用的数字积分法。
1.欧拉法欧拉法又称为折线法，是最简单，也是最早的一种数值计算方法。
对于式（2），如果积分间隔h=t m+1 - t m 取得足够小，使得在t m 与t m+1之间的f(t, y)可近似看做常数f(t m , y m )。
这样式（2）可化为：),()()(1m m m m y t hf t y t y +≈+即),(1m m m m y t hf y y +≈+ （3）（3）式即为欧拉公式。
控制系统仿真实验指导书(DOC)
目录实验1 Matlab矩阵运算 (2)实验2 M文件编程 (5)实验3 MATLAB控制系统数学模型及其转换 (6)实验4 MATLAB控制系统时域分析 (9)实验5 MATLAB控制系统频域分析 (15)实验6 Simulink仿真方法练习 (19)实验7 MATLAB控制系统超前和滞后校正器设计 (22)实验8 MATLAB控制系统PID调节器设计 (23)实验1 Matlab矩阵运算一、实验目的1、掌握向量和矩阵的创建方法；2、掌握向量和矩阵元素的索引方法；3、掌握向量和矩阵的基本操作；4、利用MATLAB编写程序进行矩阵运算。
二、基础知识2、常量与变量系统的变量命名规则：变量名区分字母大小写；变量名必须以字母打头，其后可以是任意字母，数字，数值型向量（矩阵）的输入①任何矩阵（向量），可以直接按行方式……输入每个元素：同一行中的元素用逗号（，）或者用空格符来分隔；行与行之间用分号（；）分隔。
所有元素处于一方括号（[ ]）内；例1：>> Time = [11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10]>> X_Data = [2.32 3.43；4.37 5.98]上面函数的具体用法，可以用帮助命令help得到。
如：meshgrid(x,y)输入 x=[1 2 3 4]; y=[1 0 5]; [X,Y]=meshgrid(x, y)，则X = Y =1 2 3 4 1 1 1 11 2 3 4 0 0 0 01 2 3 4 5 5 5 5目的是将原始数据x，y转化为矩阵数据X，Y。
3、数组（矩阵）的点运算运算符：+（加）、-（减）、./（右除）、.\（左除）、.^（乘方），例3：>> g = [1 2 3 4]；h = [4 3 2 1]；>> s1 = g + h, s2 = g.*h, s3 = g.^h, s4 = g.^2, s5 = 2.^h4、矩阵的运算运算符：+（加）、-（减）、*（乘）、/（右除）、\（左除）、^（乘方）、’（转置）等；常用函数：det（行列式）、inv（逆矩阵）、rank（秩）、eig（特征值、特征向量）、rref（化矩阵为行最简形）例4：>> A= [2 0 –1; 1 3 2]; B= [1 7 –1; 4 2 3; 2 0 1];>> M = A*B % 矩阵A与B按矩阵运算相乘>> det_B = det(B) % 矩阵A的行列式>> rank_A = rank(A) % 矩阵A的秩>> inv_B = inv(B) % 矩阵B的逆矩阵>> [V,D] = eig(B) % 矩阵B的特征值矩阵V与特征向量构成的矩阵D>> X = A/B % A/B = A*B-1，即XB=A，求X>> Y = B\A % B\A = B-1*A，即BY=A，求Y三、实验内容1、练习数据和符号的输入方式，将前面的命令在命令窗口中执行通过。
《控制系统仿真与CAD》课程设计指导书
《控制系统仿真与CAD》课程设计指导书一、目的和任务配合《控制系统仿真与CAD》课程的理论教学，通过课程设计教学环节，使学生掌握当前流行的演算式MATLAB语言的基本知识，学会运用MATLAB语言进行控制系统仿真和辅助设计的基本技能，有效地提高学生实验动手能力。
基本要求：1、利用MATLAB提供的基本工具，灵活地编制和开发程序，开创新的应用。
2、熟练地掌握各种模型之间的转换，系统的时域、频域分析及根轨迹绘制。
3、熟练运用SIMULINK对系统进行仿真。
4、掌握PID控制器参数的设计。
二、设计要求1、编制相应的程序，并绘制相应的曲线。
2、对设计结果进行分析。
3、撰写和打印设计报告（包括程序、结果分析、仿真结构框图、结果曲线）。
三、设计内容1、本次设计有八个可以选择的题目，至少选择两个题目进行设计。
2、“设计报告”要按规定的格式撰写（对于存在“逻辑混乱”、“文字不清”、“作图潦草”等问题的报告，将予以退回重新撰写）。
3、无论计算机录入/打印还是手工书写，均要求用标准A4纸进行撰写，以便于报告最终的批阅与存档。
四、时间安排1、课程设计时间为一周。
2、第1天布置设计题目，讲授设计的要求。
3、第2～4天学生进行设计。
4、第5天教师验收，然后学生撰写和打印设计报告。
选题一：二阶弹簧—阻尼系统的PID 控制器设计及参数整定考虑弹簧－阻尼系统如图1所示，其被控对象为二阶环节，传递函数()G s 如下，参数为M=1kg ，b=2N.s/m ，k=25N/m ，()1F s =。
设计要求：（1）控制器为P 控制器时，改变比例系数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。
（2）控制器为PI 控制器时，改变积分系数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。
(例如当Kp=50时，改变积分系数大小)（3）设计PID 控制器，选定合适的控制器参数，使闭环系统阶跃响应曲线的超调量σ%<20%，过渡过程时间Ts<2s, 并绘制相应曲线。
《控制系统CAD》实验指导书
《控制系统CAD及仿真》实验指导书自动化学院自动化系实验一SIMULINK 基础与应用一、实验目的1、熟悉并掌握Simulink 系统的界面、菜单、工具栏按钮的操作方法；2、掌握查找Simulink 系统功能模块的分类及其用途，熟悉Simulink 系统功能模块的操作方法；3、掌握Simulink 常用模块的内部参数设置与修改的操作方法；4、掌握建立子系统和封装子系统的方法。
二、实验内容：1. 单位负反馈系统的开环传递函数为：1000()(0.11)(0.0011)G s s s s =++应用Simulink 仿真系统的阶跃响应曲线。
2．PID 控制器在工程应用中的数学模型为：1()(1)()d p i d T s U s K E s T s T s N=++ 其中采用了一阶环节来近似纯微分动作，为保证有良好的微分近似效果，一般选10N ≥。
试建立PID 控制器的Simulink 模型并建立子系统。
三、预习要求：利用所学知识，编写实验程序，并写在预习报告上。
实验二 控制系统分析一、 实验目的1、掌握如何使用Matlab 进行系统的时域分析2、掌握如何使用Matlab 进行系统的频域分析3、掌握如何使用Matlab 进行系统的根轨迹分析4、掌握如何使用Matlab 进行系统的稳定性分析5、掌握如何使用Matlab 进行系统的能观测性、能控性分析 二、 实验内容： 1、时域分析（1）根据下面传递函数模型：绘制其单位阶跃响应曲线并在图上读标注出峰值，求出系统的性能指标。
8106)65(5)(232+++++=s s s s s s G （2）已知两个线性定常连续系统的传递函数分别为1G (s)和2G (s)，绘制它们的单位脉冲响应曲线。
451042)(2321+++++=s s s s s s G ， 27223)(22+++=s s s s G （3）已知线性定常系统的状态空间模型和初始条件，绘制其零输入响应曲线。
控制系统数字仿真实验指导书最新版
控制系统数字仿真实验指导书最新版控制系统数字仿真实验指导书实验⼀ MATLAB 基本命令的使⽤与程序设计⼀、实验⽬的：1、了解MATLAB 的基本语句结构；2、掌握矩阵的基本运算及多项式运算；3、了解MATLAB 的编程基础，能编写⼀些简单的程序。
⼆、实验内容：1、建⽴⼀个四阶矩阵；取出该矩阵第⼆列和第三⾏的所有元素；取出第1到3⾏，3到4列的所有元素；删除该矩阵的第四⾏元素；删除该矩阵的第三个元素；删除该矩阵的第2⾏的所有元素；将该矩阵增加到五阶矩阵，并将新矩阵转置。
2、已知矩阵a ＝[1,2,3;4,5,6;7 8 0]，b ＝[11,22,33;4,5,6;67,87,21]，求a+b ，a-b ，a*b ，a -1*b ，a/b ，a\b 的值。
3、已知两多项式p1＝4335x x ++，p2＝42362x x x ++，求p1*p2，p1/p2的值，并求当x ＝65时p1的值。
4、⽤M ⽂件编写求1+2+…+100和的程序。
三、实验步骤：1、熟悉相关的命令调⽤格式、功能。
2、编制程序，调试程序3、记录结果，书写实验报告。
程序必须完整⽆缺的写在实验报告上。
四、实验思考1、矩阵运算中点乘与乘运算有什么区别？2、若要求随机输⼊⼀个正数n ，求1+2+…+n 的程序⼜是如何？3、在思考2中，如要求将其编成M 函数，则如何编程？如何调⽤？实验⼆图形⽤户界⾯设计与应⽤⼀、实验⽬的：1、了解MATLAB 中的⼀些基本绘图命令；2、利⽤MATLAB 下的命令制作简单的动画效果。
⼆、实验内容：1、⽤蓝⾊的星线绘制单位正弦波图形，⽤红⾊的虚线绘制单位余弦波图形，并⽤两种⽅法将两个图形在⼀幅图中显⽰。
2、已知9cos846sin 209y x x =++，请⽤紫⾊的圆圈画出该图形，并⾃⾏设定坐标轴的范围。
3、已知y ＝[2,43,67,12,48,98,68,41,32,58,79,10]，请画出该图形。
4、编写⼀不断从左到右以正弦规律跳动⼩球的程序。
《控制系统仿真与CAD》实验指导书
《控制系统仿真与CAD》实验指导书适用自动化、测控、电气、电控荷专业电气自动化系自动化教研室2011年2月实验1：M函数的编写1. 实验目的掌握在Matlab环境下编写并运行M函数的操作方法。
2. 实验内容对给定的二阶欠阻尼传递函数，编制一个函数程序，计算阶跃响应的特征参数：超调量б% 、峰值时间Tp、上升时间Tr、过渡过程时间Ts（2%）。
b=7500; a=[1, 34.5, 7500];3. 实验步骤(1) 开机后在Windows状态下，启动Matlab7.1环境；(2) MATLAB的Editor/Debugger窗口来编辑程序；(3) 输入下列源程序：% mp：超调量，Tp：峰值时间，Tr：上升时间，T s：调节时间function [mp,Tp,Tr,Ts]=exp1(num,den)t=0:0.005:1;y=step(num,den,t);plot(t,y);%求mp与TpN=length(t);yss=y(N); %yss:稳态值[ymax,i]=max(y);mp=(ymax-yss)*100/yss;Tp=t(i);%求Tryr1=0.1*yss;yr2=0.9*yss;i=1;while y(i)<yr1i=i+1;endt1=t(i);while y(i)<yr2i=i+1;endt2=t(i);Tr=t2-t1;%求Ts：调节时间symbol=0; %symbol：超标标志for i=1:1:Nfor j=1:1:N-iif(abs(y(i+j)-yss)/yss>0.02)symbol=1;endendif symbol==1symbol=0;elsebreak;endendTs=t(i);i=N;while abs(y(i)-yss)/yss<=0.02i=i-1;endTs=t(i);(4) 把源程序以文件形式保存到MATLAB的Work子目录下；(5) 调用编写的函数程序，运行源程序；(6) 打印源程序清单，并将二阶欠阻尼系统性能指标的结果保存。
《控制系统CAD及仿真语言》实验指导书
《控制系统CAD与仿真》实验指导书计算机与控制学院自动化系实验一 Matlab使用方法和程序设计一、实验目的1、掌握Matlab软件使用的基本方法；2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句；3、熟悉Matlab程序设计的基本方法；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、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=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];求A中第3列前2个元素；A中所有列第2，3行的元素；（5）方括号[]用magic函数生成一个4阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列3、多项式（1）求多项式3()24p x x x =--的根（2）已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ， 求矩阵A 的特征多项式;求特征多项式中未知数为20时的值； 把矩阵A 作为未知数代入到多项式中； 4、 基本程序设计（1）编写命令文件：计算1+2+…+n<2000时的最大n 值；（2）编写函数文件：分别用for 和while 循环结构编写程序，求2的0到n 次幂的和。
（3）如果想对一个变量x 自动赋值。
当从键盘输入y 或Y 时（表示是），x 自动赋为1； 当从键盘输入n 或N 时（表示否），x 自动赋为0；输入其他字符时终止程序实验二 Matlab 数据可视化一、实验目的1、熟悉Matlab 绘图命令及基本绘图控制 二、实验内容 1. 基本绘图命令绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)， t ∈[0，2π] （1）、在一幅图上绘制两条曲线； （2）、在一个图形窗口绘制两幅图。
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控制系统CAD及数字仿真实验指导书自动化系目录第一章前言............... (2)第二章控制系统CAD及数字仿真实验1．数据处理方法的MATLAB实现 (4)2．控制系统建模的MATLAB实现 (5)3．PID校正设计的MATLAB实现 (6)4．微分方程的Simulink仿真............ . (7)5．S函数的编写和Simulink仿真．........... .... .... .... .9 6．图像处理系统的算法和界面设计................... .. .... .10第一章前言本实验课程是与学科基础选修课程《控制系统CAD及数字仿真》相配合的实践课程。
作为联系自动控制理论、自动控制系统设计、课程设计、毕业设计等教学环节的仿真技术类课程，其不仅可以使学生加强课程的学习效果，而且还可为学生在毕业设计中提供一个强有力的工具，有效加强教学中的实践性教学环节，提高学生的独立工作能力和创造性思维能力。
开设本课程的目的，主要是培养学生运用MATLAB语言进行编程和仿真的能力，为今后从事科研工作和与专业有关的工程技术工作打好基础。
一、上机实验要求1、要求学生熟悉MATLAB中的控制系统工具箱与SIMULINK软件包。
2、能根据有关控制算法，编写有关的MATLAB程序。
3、能对实验结果进行分析和讨论，得到相关的实验结论。
二、上机实验的基本程序：1、明确实验任务。
2、提出实验方案。
3、编制有关的MATLAB程序或利用SIMULINK工具建立系统的仿真模型。
4、进行实验操作，作好观测和记录，保存有关的实验数据。
5、整理实验数据，得出结论，撰写实验报告。
在进行上机实验时，上述程序应让学生独立完成，教师给予必要的指导，以培养学生的动手能力。
要做好各个上机实验，就应做到：实验前做准备，实验中有条理，实验后勤分析。
实验一数据处理方法的MATLAB实现一、实验目的学会在MATLAB环境下对已知的数据进行处理。
二、实验方法1. 求取数据的最大值或最小值。
2. 求取向量的均值、标准方差和中间值。
3．在MATLAB环境下，对已知的数据分别进行曲线拟合和插值。
三、实验设备1．586以上微机，16M以上内存，400M硬盘空间，2X CD-ROM2．MATLAB7.0及以上含CONTROL SYSTEM TOOLBOX。
四、实验内容1．在MATLAB环境下，利用MATLAB控制系统工具箱中的函数直接求取数据的最大值或最小值，以及向量的均值、标准方差和中间值。
2．在MATLAB环境下，选择合适的曲线拟合和插值方法，编写程序，对已五、实验步骤1. 在MATLAB环境下，将已知的数据存到数据文件mydat.dat中。
2. 然后用load命令从数据文件mydat.dat中把数据调到MATLAB的工作空间中来。
3. 在MATLAB环境下，利用MATLAB控制系统工具箱中的函数直接求取数据的最大值或最小值，以及向量的均值、标准方差和中间值。
4. 在MATLAB环境下，编写程序，对已知的数据进行曲线拟合和插值。
六、问题与讨论1、曲线拟合和插值有什么区别？常用的曲线拟合和插值方法有哪几种，如何用MATLAB函数实现？2、对数据进行处理有什么实际意义？3、谈谈实验体会。
实验二控制系统建模的MATLAB实现一、实验目的学会在MATLAB环境下对控制系统进行建模。
二、实验方法1.线性控制系统的建模和模型间的相互转换。
采用tf()、ss()等函数建立子系统模型，可以采用ss2tf()、tf2ss()等函数来实现模型间的相互转换。
采用feedback()、series()等函数进行子系统间的连接。
2.利用BP神经网络对非线性系统进行建模。
研究MATLAB环境下，BP神经网络建立、训练和仿真的方法；利用BP神经网络实现对非线性系统的建模。
三、实验设备1．586以上微机，16M以上内存，400M硬盘空间，2X CD-ROM2．MATLAB7.0及以上含CONTROL SYSTEM TOOLBOX。
四、实验内容1．定摆长起重机运动控制系统动态结构图如下图所示，其中，小车的质量16m kg=，吊重质量212m kg=，绳长3l m=，摩擦阻尼系数为20.02kg m sμ= ，重力加速度取29.81g m s=。
在MATLAB环境下对定摆长起重机运动控制系统进行建模。
2．基于BP网络的肼与过氧化氢反应过程的建模利用BP神经网络技术模拟肼与过氧化氢的反应过程，以寻找最佳反应条件，用于处理肼类废水。
实验数据如下表所示：五、实验步骤1. 在MATLAB 环境下，首先用tf()函数建立起重机运动控制系统中子系统的模型，然后用feedback()函数建立起重机运动控制系统的模型。
2. 在MATLAB 环境下，编写程序进行BP 神经网络的创建。
3. 在MATLAB 环境下，编写程序利用肼与过氧化氢反应过程的数据对BP 神经网络进行训练。
4. 在MATLAB 环境下，编写程序对BP 神经网络进行测试。
六、问题与讨论1、控制系统建模的基本方法有哪些？采用机理模型法的前提是什么？2、实验中，所建立BP 网络的主要参数有哪些，参数设置为多少？3、谈谈实验体会。
实验三 PID 校正设计的MATLAB 实现一、实验目的学会在MATLAB 环境下编写程序来研究PID 控制系统中参量p K 、i T 、D T 变化时对于系统校正作用的影响；学会编写程序分别用Ziegler-Nichols 整定公式和稳定边界法整定公式计算系统 P 、PI 和PID 调节器参数。
二、实验方法1. 研究比例控制作用：编写程序研究在不同的p K 值下，闭环系统的单位阶跃响应曲线。
2. 研究积分控制作用：令2p K ，编写程序研究在不同的i T 值下, 闭环系统的单位阶跃响应曲线。
3. 研究微分控制作用：令2p i K T ==，编写程序分别研究在不同的D T 值下, 闭环系统的单位阶跃响应曲线。
4. 编写程序调用wendingPID.m 函数，实现用稳定边界法整定公式计算系统 P 、PI 和PID 调节器参数。
三、实验设备1．586以上微机，16M 以上内存，400M 硬盘空间，2X CD-ROM 2．MATLAB7.0及以上含CONTROL SYSTEM TOOLBOX 。
四、实验内容1．已知一过程控制系统如下图所示,其中11()(21)(31)p G s s s =++，21()(101)(41)(1)p G s s s s =+++，2()5c G s =，试分析系统调节器1()c G s 分别采用比例、积分、微分控制对系统的影响。
2. 对上述系统，用稳定边界法函数计算系统调节器1()c G s 用作P 、PI 、PID 校正时的参数,并给出系统的阶跃响应曲线。
五、实验步骤1. 在MATLAB 环境下，编写函数wendingPID.m 。
2. 编写有关程序，分析实验结果。
六、问题与讨论1、分析比例、积分、微分控制对系统的影响？2、什么是稳定边界法？如何用稳定边界法进行PID 校正设计？3、谈谈实验体会。
实验四微分方程的Simulink仿真一、实验目的了解MATLAB的SIMULINK图形仿真环境下仿真模型的搭建方法；掌握SIMULINK下模型参数和仿真参数的设置方法；学习SIMULINK封装技术——子系统。
二、实验方法1.在MATLAB的SIMULINK图形仿真环境下建立起描述该微分方程的模型。
2.对有关模块的参数进行设置后，启动仿真，给出仿真结果。
三、实验设备1．586以上微机，16M以上内存，400M硬盘空间，2X CD-ROM2．MATLAB7.0及以上含CONTROL SYSTEM TOOLBOX。
四、实验内容1．考虑Van der Pol方程, 其中, 初始值为1(0)2x=-，2(0)4x=，3mu=。
用Simulink搭建系统的仿真模型，如下所示。
2．考虑简单的线性微分方程：(4)(3)(2)5237sin()yyyy y t ∙++++=且方程的初始值为(0)10y =，(0)5y ∙=，(0)3y ∙∙=，(3)6y =用Simulink 搭建系统的仿真模型。
五、实验步骤1. 在MATLAB 环境下，建立Van der Pol 方程的仿真模型。
2. 设置仿真模型的有关参数后，进行仿真，给出仿真结果。
3. 在MATLAB 环境下，建立简单的线性微分方程的仿真模型。
4. 设置仿真模型的有关参数后，进行仿真，给出仿真结果。
六、问题与讨论1、在将微分方程转换为Simulink 模型时，必须使用什么模块？2、在Simulink 模块下，如果想改变系统的输出方式，同时绘制两条曲线，可以使用什么模块将两路信号混合成一路？3、谈谈实验体会。
实验五S函数的编写和Simulink仿真一、实验目的掌握用MATLAB语言编写S函数的方法。
学习S-Function块在Simulink模型中的使用方法。
二、实验方法基于M文件S-Function的模板—sfuntmpl.m来编写S函数，实现Simulink 模块库的扩展。
三、实验设备1．586以上微机，16M以上内存，400M硬盘空间，2X CD-ROM2．MATLAB7.0及以上含CONTROL SYSTEM TOOLBOX。
四、实验内容1．采用S函数实现模块y=nx，即模块的功能是把一个输入信号n倍以后再输出。
（1）编写S函数timesn.m。
%S 函数 timesn.m，其输出是输入的 n 倍%*************************************************function [sys,x0,str,ts]=timesn(t,x,u,flag,n)switch flag,case 0 %初始化[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;case 3 %计算输出量sys=mdlOutputs(t,x,u,n);case {1,2,4,9} %未使用的 flag 值sys=[];otherwise %出错处理error(['Unhandle flag=',num2str(flag)]);end%*************************************************%mdlInitializeSizes：当 flag 为 0 时进行整个系统的初始化%*************************************************2function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(T)%调用函数 simsizes 以创建结构体 sizessizes=simsizes;%用初始化信息填充结构体 sizessizes.NumContStates=0;sizes.NumDiscStates=0;sizes.NumOutputs=1;sizes.NumInputs=1;sizes.DirFeedthrough=1;sizes.NumSampleTimes=1;%根据上面的设置设定系统初始化参数sys=simsizes(sizes);%给其他返回参数赋值。