自动控制原理matlab
自动控制原理 matlab实验报告
自动控制原理实验（二）一、实验名称：基于MATLAB的控制系统频域及根轨迹分析二、实验目的：（1）、了解频率特性的测试原理及方法；（2）、理解如何用MATLAB对根轨迹和频率特性进行仿真和分析；（3）、掌握控制系统的根轨迹和频率特性两大分析和设计方法。
三、实验要求：（1）、观察给定传递函数的根轨迹图和频率特性曲线；（2）、分析同一传递函数形式，当K值不同时，系统闭环极点和单位阶跃响应的变化情况；（3）、K值的大小对系统的稳定性和稳态误差的影响；（4）、分析增加系统开环零点或极点对系统的根轨迹和性能的影响。
四、实验内容及步骤（1）、实验指导书：实验四（1）、“rlocus”命令来计算及绘制根轨迹。
会出根轨迹后，可以交互地使用“rlocfind”命令来确定点击鼠标所选择的根轨迹上任意点所对应的K值，K值所对应的所有闭环极点值也可以使用形如“[K, PCL] = rlocfind(G1)”命令来显示。
（2）、波特图：bode(G1, omga)另外，bode图还可以通过下列指令得出相位和裕角：[mag,phase,w] = bode(sys)（3）、奈奎斯特图：nuquist(G, omega)（2）课本：例4-1、4-2、4-7五实验报告要求（1）、实验指导书：实验四思考题请绘制下述传递函数的bode图和nyquist图。
1. 根据实验所测数据分别作出相应的幅频和相频特性曲线；2. 将思考题的解题过程(含源程序)写在实验报告中。
幅频特性曲线相频特性曲线Gs = zpk([10], [-5; -16; 9], 200)subplot(1, 2, 1)bode(Gs)gridsubplot(1, 2, 2)nyquist(Gs)grid（2）课本：例4-1、4-2、4-7图像结果：程序：Gs = zpk([-1], [0; -2; -3],1) rlocus(Gs)图像结果：程序：Gs = zpk([-2], [-1-j; -1+j],1) rlocus(Gs)程序：K=[0.5 1 2]for i=1:1:3num=[1,1,0,0]; den=[1,1,K(i)]; sys=tf(num,den); rlocus(sys); hold ongrid onend图像结果：目标：改变增益K和转折频率依次调节源程序：k1=[4.44,10,20];num=[1,2];den=conv([1,1],[1,2,4]);%一阶转折频率 1/T（wn1=2,wn2=1）二阶转折频率 wn3=wn'=2，伊布西塔=1/2 num1=[1,1];den1=conv([1,2],[1,2,4]);%一阶转折频率 1/T（wn1=1,wn2=2）二阶转折频率 wn3=wn'=2，伊布西塔=1/2 t=[0:0.1:7]; %for i=1:3g0=tf(k1(i)*num,den);g=feedback(g0,1);[y,x]=step(g,t);c(:,i)=y;g1=tf(k1(i)*num1,den1);g(1)=feedback(g1,1);[y1,x]=step(g(1),t);c1(:,i)=y1;endplot(t,c(:,1),'-',t,c(:,2),'-',t,c(:,3),'-',t,c1(:,1),'-',t,c1(:,2), '-',t,c1(:,3),'-');gridxlabel('Time/sec'),ylabel('out')结果分析：在本题中（1）改变k值：k值越大，超调量越大，调节时间越长，峰值时间越短，稳态误差越小（2）改变转折频率：超调量，调节时间，峰值时间，稳态误差同样有相应的变化。
自动控制原理Matlab仿真应用
控制系统的MATLAB仿真一 MATLAB简介MATLAB是Mathworks公司开发的一种集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的功能强大、操作简单的优秀工程计算应用软件。
MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题，而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能。
从而能够很好的帮助工程师及科学家解决实际的技术问题。
MATLAB的含义是矩阵实验室（Matrix Laboratory），最初主要用于方便矩阵的存取，其基本元素是无需定义维数的矩阵。
经过十几年的扩充和完善，现已发展成为包含大量实用工具箱（Toolbox）的综合应用软件，不仅成为线性代数课程的标准工具，而且适合具有不同专业研究方向及工程应用需求的用户使用。
MATLAB最重要的特点是易于扩展。
它允许用户自行建立完成指定功能的扩展MATLAB函数（称为M文件），从而构成适合于其它领域的工具箱，大大扩展了MATLAB的应用范围。
目前，MATLAB已成为国际控制界最流行的软件，控制界很多学者将自己擅长的CAD方法用MATLAB加以实现，出现了大量的MATLAB配套工具箱，如控制系统工具箱（control systems toolbox），系统识别工具箱（system identification toolbox），鲁棒控制工具箱（robust control toolbox），信号处理工具箱（signal processing toolbox）以及仿真环境SIMULINK 等。
（1） MATLAB的安装本节将讨论操作系统为Microsoft Windows环境下安装MATLAB6的过程。
将MATLAB6的安装盘放入光驱，系统将自动运行auto-run.bat文件，进行安装；也可以执行安装盘内的setup.exe文件启动MATLAB的安装程序。
启动安装程序后，屏幕将显示安装MATLAB的初始界面，根据Windows安装程序的常识，不断单击[Next],输入正确的安装信息，具体操作过程如下：输入正确的用户注册信息码；选择接收软件公司的协议；输入用户名和公司名；选择MATLAB组件（Toolbox）；选择软件安装路径和目录；单击[Next]按钮进入正式的安装界面。
MATLAB在“自动控制原理”课程中的应用研究
HEBEINONGJI摘要:“自动控制原理”是电气与自动化专业重要的专业基础课，内容抽象、复杂，学生理解困难。
近年来，随着MATLAB引入自动控制原理教学实践中，利用其强大的数值计算及绘图功能，对教学形式和内容进行了有力改革,从而有效地提高了课堂教学效率及教学效果。
关键词：自动控制原理;MATLAB;教学改革MATLAB在“自动控制原理力课程中的应用研究河北农业大学李珊珊孔德刚弋景刚袁永伟刘江涛引言自动控制原理是电气与自动化专业一门重要的专业技术基础课，该课程在内容体系中起着承上启下的作用。
主要介绍讨论了单输入一单输出定常系统的控制问题，讲授经典控制理论的三大分析方法一时域分析法、根轨迹分析法和频域分析法，自动控制系统综合与校正的一般方法和非线性系统等内容，课程具有一定的抽象性，包含大量的数学内容和复杂计算。
通过学习,要求学生系统掌握自动控制的基本原理和基本方法，并能对控制系统进行定性分析、定量计算和综合设计。
学生普遍反映难以理解，内容枯燥。
基于此，需要对教学内容及教学方法进行更新，在教学中引入了MATLAB编程语言。
1现代教育理念1.1以学生为中心美国人本主义心理学家卡尔•罗杰斯于1952年提出“以学生为本”的教育理念，主张促进学生个性发展、人格完善和潜能发挥,使他们能够愉快地、创造性地学习和工作。
目前,这种教育理念仍然作为一种基本的现代教育理念。
1.2创新发展的理念党的十八届五中全会提出“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念，其中创新被置于首位。
随着互联网技术的迅速发展，知识更新换代速度加快，对复合创新型人才的需求愈发强烈，人才培养要摒弃传统的知识灌溉模式,应将教学重点转移到重视研究方法学习、培养创新精神上。
1.3OBE教育理念OBE为"Outcomes-based Education"的缩写，OBE教育理念即基于成果导向的教育理念。
美国的Spady在《基于产出的教育模式:争议与答案》一书中把OBE定义为“关注和组织教育体系,以确保学生在未来的生活中获得实质性的成功经验”。
自动控制原理基础-项目4-MATLAB绘制系统的Bode图和Nyquist图
MATLAB draws the Bode diagram and Nyquist diagram of the system
MATLAB R2020a基本操作
1. 鼠标双击MATLAB R2020a 图标，打开MATLAB软件。
2. 获得系统默认频率范围的Nyquist图
案例1
3. 在MATLAB软件命令框中输入如下命令
4. 获得系统自定义频率范围的Nyquist图
说明：除了在MATLAB软件命令框中直接输入命 令外，还可以利用脚本编辑器编写M文件，通过 运行M文件来绘图。
2. 等待MATLAB启动完毕。
MATLAB 绘制系统Bode图
案例1
1. 在MATLAB软件命令框中输入如下命令
2. 获得系统默认频率范围的Bode图
案例1
3. 在MATLAB软件命令框中输入如下命令
4. 获得系统自定义频率范围的Bode图
MATLAB 绘制系统Nyquist图
案例1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1. 在MATLAB软件命令框中输入如下命令
matlab课程设计自动控制原理
matlab课程设计自动控制原理一、教学目标本课程的目标是使学生掌握自动控制原理的基本概念和MATLAB在自动控制领域的应用。
通过本课程的学习，学生应能理解自动控制系统的组成、工作原理和设计方法，熟练运用MATLAB进行自动控制系统的分析和仿真。
知识目标：学生通过本课程的学习，应掌握自动控制基本理论、MATLAB基本操作和自动控制系统仿真方法。
技能目标：学生应能熟练使用MATLAB进行自动控制系统的建模、仿真和分析，具备一定的实际问题解决能力。
情感态度价值观目标：培养学生对自动控制技术的兴趣和热情，提高学生运用现代技术手段进行科学研究的能力，培养学生的创新精神和团队合作意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括自动控制原理的基本概念、MATLAB的基本操作和自动控制系统的仿真方法。
1.自动控制原理：包括自动控制系统的组成、数学模型、稳定性分析、控制器设计和校正方法等。
2.MATLAB基本操作：包括MATLAB的安装和启动、变量和数据类型、矩阵运算、编程和函数的使用等。
3.自动控制系统仿真：包括MATLAB仿真环境的设置、Simulink的介绍和应用、控制系统仿真的方法和步骤等。
三、教学方法本课程采用讲授法、案例分析法和实验法相结合的教学方法。
1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握自动控制原理的基本概念和MATLAB的基本操作。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生理解和掌握自动控制系统的建模和仿真方法。
3.实验法：通过上机实验，使学生熟练掌握MATLAB自动控制系统仿真工具的使用，提高学生的实际操作能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、多媒体资料和实验室设备。
1.教材：选用《自动控制原理》和《MATLAB基础教程》作为主要教材，为学生提供系统的理论知识和实践指导。
2.多媒体资料：制作课件、教学视频等，以图文并茂的形式展示自动控制原理和MATLAB的操作方法。
3.实验室设备：提供计算机和MATLAB软件，供学生进行自动控制系统的仿真实验。
matlab自动控制原理课程设计
matlab自动控制原理课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握MATLAB在自动控制原理中的应用，培养学生利用MATLAB进行自动控制系统分析和设计的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）理解自动控制系统的的基本概念、原理和特点；（2）熟悉MATLAB的基本操作和功能，掌握MATLAB在自动控制原理中的应用；（3）了解自动控制系统的常见分析和设计方法，并能运用MATLAB 进行实现。
2.技能目标：（1）能够运用MATLAB进行自动控制系统的建模、仿真和分析；（2）能够运用MATLAB进行自动控制系统的控制器设计和参数优化；（3）能够结合自动控制理论，对实际控制系统进行MATLAB仿真和调试。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对自动控制理论和实践的兴趣，提高学生学习的积极性；（2）培养学生勇于探索、严谨治学的科学态度；（3）培养学生团队协作、交流分享的良好习惯。
二、教学内容根据教学目标，本课程的教学内容主要包括以下三个方面：1.MATLAB基本操作和功能介绍：MATLAB的安装和配置、基本数据类型、运算符、矩阵操作、函数编写等。
2.自动控制原理：控制系统的基本概念、数学模型、稳定性分析、控制器设计、系统校正等。
3.MATLAB在自动控制原理中的应用：控制系统建模、仿真、分析方法，控制器设计及参数优化，实际控制系统调试等。
三、教学方法本课程采用多种教学方法相结合，以提高学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：用于讲解自动控制原理的基本概念、理论和方法。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生更好地理解自动控制原理及其在工程中的应用。
3.实验法：让学生动手实践，利用MATLAB进行控制系统建模、仿真和分析。
4.讨论法：学生进行分组讨论，促进学生间的交流与合作，培养学生的团队协作能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将采用以下教学资源：1.教材：《MATLAB自动控制原理与应用》。
MATLAB在“自动控制原理”实验教学中的应用探析
MATLAB在“自动控制原理”实验教学中的应用探析自动控制原理是十分重要的课程之一，其实验教学开展的教学效果将直接影响到自动控制原理课程的教学效果与教学目标的实验。
传统自动控制原理实验箱无法拓展，受环境限制影响较大，难以指导学生深入了解参数变化与系统性能之间的关系等缺陷提出了在自动控制原理实验教学中运用MATLAB，以弥补传统实验箱开展实验教学的缺陷，同时激发学生参与自动控制原理实验的兴趣，全面提高学生综合实践能力与独立探索思維。
标签：MATLAB；自动控制原理；实验教学自动控制原理课程是电气工程及其自动化控制专业的重要基础课程，直接影响到学生是否能够真正掌握电气工程自动化控制的核心。
在自动控制原理课程中实验教学是十分关键的，其能够将自动控制原理课程中晦涩、抽象的理论用于指导实践，让学生在形象、直观的实验过程中学会理论联系实际，从而获得更强的实践能力。
MATLAB是一种常用的软件，在自动控制原理实验教学中运用MATLAB可以进一步提升自动控制原理实验教学的实效性。
1 “自动控制原理”实验教学教育不仅仅是概念性的，同时也是经验性的、操作性的。
学生在学习过程中往往都需要通过直接的操作经验、具体事例以及实际应用才能够提升学习质量。
自动控制原理是一门电气工程与自动化专业中的基层课程，在电气及其自动化专业中占据着十分重要的地位。
自动控制原理课程的主要教学内容涵盖了控制系统的数学模型、非线性系统分析、频率法等。
自动控制原理课程概念抽象、计算复杂、涉及数学计算难度大，学生在学习过程中总是难以完全理解[1]。
在自动控制原理课程教学中实验教学是不可或缺的重要教学环节，是自动控制原理理论与实践的桥梁。
在自动控制原理教学中重视实验教学不仅仅可以使得学生对自动控制原理中的理论有更加深入的理解与把握，同时还可以将理论与实践紧密的联系起来，有效提升自动控制原理课程的教学质量，同时使得学生对自动控制原理课程更有兴趣。
传统的自动控制原理实验教学所采用的都是电子模拟实验箱装置。
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。
《自动控制原理》Matlab求解控制系统时域响应实验一
《自动控制原理》Matlab求解控制系统时域响应实验一、实验目的(1)学习控制系统在阶跃信号、脉冲信号、速度函数、加速度函数等不同输入信号下的响应(2)通过计算机的仿真图形观测二阶控制系统的时域响应曲线。
(3)改变ξ和ωn，观测参数变化时对典型环节时域响应的影响。
二、实验仪器Matlab7.0，计算机三、实验原理1、求解连续系统时域响应的MATLAB函数Impulse函数计算/绘制连续系统的单位脉冲响应句法：step函数lsim函数计算/绘制连续系统在0～t时间内的对任意输入u的响应。
上述函数句法中带输出变量引用时，得到系统的时域响应数据而不直接显示响应曲线，此时需通过绘图命令plot查看响应曲线。
四、实验内容及步骤（分析：无阻尼固有频率一定，阻尼比越小，系统超调量越大，振荡越厉害）五、实验原始数据记录与数据处理当ζ=0.7,ωn取2、4、6、8、10、12时的单位阶跃响应曲线。
六、实验结果与分析讨论无阻尼固有频率一定，阻尼比越小，系统超调量越大，振荡越厉害。
阻尼比一定，无阻尼固有频率越大，系统能更快达到稳定值，响应的快速性越好七、结论控制系统在阶跃信号、脉冲信号、速度函数、加速度函数等不同输入信号下的响应不同，无阻尼固有频率一定，阻尼比越小，系统超调量越大，振荡越厉害。
阻尼比一定，无阻尼固有频率越大，系统能更快达到稳定值，响应的快速性越好。
八、实验心得体会（可略）通过这次实验我学到了很多，首先是对单位脉冲响应，单位加速度响应，单位速度响应，单位阶跃响应有了一定的认知，对matlab软件有了更深的认识，会使用的功能越来越多了，希望在今后的学习生涯中能学到更多的知识。
第7节 matlab在自动控制原理1
MATLAB中，用函数对象zpk()来建立系统的零 极点增益模型。函数的调用格式为： G1=zpk(z,p,k) 例：系统的零极点模型为：
C(S)
C( s) b1s m b2 s m1 ... bn s bm1 G( s ) n R( s) a1s a2 s n 1 ... an s an 1
对线性定常系统，式中s的系数均为常数，且a1 不等于零，这时系统在MATLAB中可以方便地由分 子和分母多项式系数构成的两个向量唯一地确定， 这两个向量分别用num和den表示。 num=[b1,b2,…,bm,bm+1] 注意：它们都是按s 的降幂进行排列的！ den=[a1,a2,…,an,an+1]
MATLAB中，用函数对象tf()来建立系统的传递 函数模型。函数的调用格式为： G=tf(num,den)
3 2 12 s 24 s 20 例：系统传递函数为： G( s ) 4 2s 4s 3 6s 2 2s 2
>> num=[12,24,0,20];den=[2 4 6 2 2]; G=tf(num,den) Transfer function: 12 s^3 + 24 s^2 + 20 ------------------------------2 s^4 + 4 s^3 + 6 s^2 + 2 s + 2
》num=[0 0 -2;0 -1 -5;1 2 0];den=[1 6 11 6]; 》[A,B,C,D]=tf2ss(num,den) 》A= -6 -11 -6 B= 1 C= 0 0 -2 D= 0 1 0 0 0 0 -1 -5 0 0 1 0 0 1 2 0 0
数控技术matlab在自动控制原理中的应用
利用Matlab实时监控加工过程， 对异常情况进行预警和调整，确 保加工过程的稳定性和安全性。
基于Matlab的数控机床故障诊断与预测
故障诊断
通过Matlab对数控机床的运行数据进行分析和处理， 检测和诊断机床的故障。
故障预测
利用Matlab对机床的运行状态进行预测，提前发现 潜在的故障风险，避免设备损坏和生产中断。
Matlab在控制系统建模中的应用
总结词：高效建模
详细描述：Matlab提供了丰富的数学函数库和图形界面，使得控制系统建模变得简单高效。用户可以通过简单的命令和操作 ，快速建立复杂的控制系统模型，并进行仿真和分析。
Matlab在控制系统建模中的应用
总结词：灵活性
详细描述：Matlab支持多种控制系统建模方法，如传递函数模型、状态空间模型、离散时间模型等。 用户可以根据需要选择合适的建模方法，以满足不同控制系统的需求。
促进技术创新
Matlab在数控技术中的应用为自动控制原理提供了新的研究方法 和思路，有助于推动相关技术的创新和发展。
未来研究与发展方向
深入研究Matlab算法优化
进一步探索Matlab算法的优化方法，以提高数控技术的计算效率和 精度。
拓展应用领域
将Matlab在数控技术中的应用拓展到更多领域，如机器人控制、航 空航天等高精度控制领域。
维护策略制定
根据故障诊断和预测结果，制定合理的维护和保养计 划，延长机床的使用寿命和提高生产效率。
05
结论与展望
数控技术Matlab在自动控制原理中的应用价值
提高系统稳定性
通过Matlab对数控技术进行模拟和优化，可以显著提高自动控制 系统的稳定性，减少实际运行中的误差和故障。
自动控制原理matlab实验报告
自动控制原理matlab实验报告1.由题意得：C(s)=R(s)*(11s+K)/(s2+12s+K)-N(S)/(S2+12S+k)该系统显然是稳定的。
为了减少扰动的影响，希望增益K>0。
扰动引起的稳态误差e ssn=1/K,现使扰动引起的稳态误差小于0.05，最大超调量小于0.1，则K的取值范围是：20<k<100。
实验中，选取K=20,25,30,40,100进行五次实验，实验结果记录如下：由表中数据可得，使扰动引起的稳态误差较小，且使单位阶跃输入下超调量也相对小的情况下，本系统应选取K=25。
实验中K取不同值时的响应如下：K=20 K=25K=30 K=40K=1002.C(s)=R(s)*Ka/(s2+k1s+Ka)-N(S)/(S2+k1S+ka)（1）在阶跃指令r(t)作用下，系统输出的超调量小于或等于10%； 由解得：代入σ=0.1，求出 ζ=0.59，取ζ=0.6。
因而，在满足σ%≤10%指标要求下，应选（2）在斜坡输入作用下，稳态误差达到最小； 令斜坡输入为r(t)=Bt,可得斜坡输入作用下的稳态误差：结合要求（1）可得此式表明K a 应取尽可能大（3）减小单位阶跃扰动的影响。
阶跃扰动作用下的稳态误差22)(ln 11σπ+=ζaa 1K 2.1K 2K =ζ=a 1ssrK BK K B e ==assrK B 2.1e =)s (sC )s (sEe n 0s ns ssn l i m l i m →→-==aa 12s 00s K 1s1K s K s 1s)s (N )s (G 1)s (G s l i m l i m -=++-=+-=→→%e100%21 / ζ- πζ - =σ可见，增大K a可以同时减小e ssn及e ssr。
在实际系统中，K a的选取必须受到限制，以使系统工作在线性区。
实验中选取以下几组数据进行仿真。
KA=100，K1=12 KA=576，K1=30KA=625，K1=30 KA=900，K1=40KA=1000，K1=45由上表及仿真图分析可知应取K a =1000，K 1=45.3. 此系统的特征方程为：s 4+8s 3+17s 2+(10+K 1)s+aK 1=0 由题目要求可得： 斜坡输入下的稳态误差：K K )a 64116(12600aK 126K 21111>--+><令斜坡输入为r(t)=At令稳态误差等于输入指令幅度的24%。
数控技术matlab在自动控制原理中的应用
8.1 控制工具箱中旳LTI对象
线性系统能够采用四种不同措施来进行描述， 每种措施又有几种参数矩阵，基于面对对象旳 设计思想，建立专用旳数据构造类型，将多种 模型封装成统一旳LTI对象。在一种名字下包 括了改系统旳全部属性。
8.1.1 LTI 对象旳类型和属性 控制工具箱中一般有三个对象ss tf zpk
0.2s 1 0.01s 1
系统串联联接
系统串联联接旳构造图如下图所示。在使
u
y
G1 (s)
num1 den1
G1 (s)
G2 (s)
G2 (s)
num2 den2
用过程中可用函数series得到串联络统旳数
学模型。
格式1：
[num,den]=series(num1,den1,num2,den2)
A1 0 B1 0
A
0
A2
B
0
B2
C
C1
0
0 C2
D
D1
0
0 D2
例：系统构造图如图 u1 + - 10
y1
所示，利用系统增广 -
s
函数求闭环系统旳数
学模型。
-
u2 +
2
y2
-
s
ns1=[10];ds1=[1 0];
[a1,b1,c1,d1]=tf2ss(ns1,ds1);
ns2=[2];ds2=[1,0];
u1
系统1
y1
u2
系统2
y2
可利用函数append()得到增广联络统状态空 间模型。使用格式如下：
[A,B,C,D]=append(A1,B1,C1,D1,A2,B2,C2,D2)
matlab的自动控制原理实现
5.1.3 LTI对象属性的设置与转换 1．LTI对象属性的获取与设置
表5.4 对象属性的获取和修改函数 函数名称及基本格式
功能
get(sys, ‘PropertyName’, 数值, …) 获得LTI对象的属性
set(sys, ‘PropertyName’, 数值, …) 设置和修改LTI对象的属性
传递函数分子系数 传递函数变量 增益 极点
variable 零极点增益模型变量
z
零点
a
系数矩阵
b
系数矩阵
c
系数矩阵
d
系数矩阵
e
系数矩阵
StateName 状态变量名
属性值的变量类型 由行数组组成的单元阵列
由行数组组成的单元阵列 s、z、p、k、z-1中之一 二维矩阵 由行数组组成的单元阵列
s、z、p、k、z-1中之一 由行数组组成的单元阵列 二维矩阵 二维矩阵 二维矩阵 二维矩阵 二维矩阵 字符串单元向量
程序运行结果为：
Transfer function: ←系统s1的传递函数模型
2 s^2 + 5 s + 1
------------------
s^2 + 2 s + 3
Zero/pole/gain: ←系统s2的零极点增益模型
5 (s+2)
-----------
(s+10)
Zero/pole/gain: ←系统s1、s2的反馈零极点增益模型
2．LTI对象 为了对系统的调用和计算带来方便。根据软件工程中面向对象的思想，
MATLAB通过建立专用的数据结构类型，把线性时不变系统(LTI)的各种模型封装 成为统一的LTI对象。
自动控制原理课后MATLAB作业
第二章：代码：nsum=[1,3,2];den=[1,5,7,3];G=tf(sum,den)结果：9-2-2根据题意要求，分别将前项通路的放大系数改为K=3，K=10，观察系统是否稳定当K=3时当K=10时示波器显示结果由显示结果可得，当前项通路的放大系数K<6时，系统稳定当前项通路的放大系数K>6时，系统不稳定，且带有饱和非线性的实际系统输出等幅震荡第三章1. 闭环传递函数为（1）求系统的零点、极点和增益，并绘制零极点图（提示：tf, pzmap 函数）； （2）判断系统稳定性。
代码： >>num=[3,2,5,4,6]; den=[1,3,4,2,7,2]; G=tf(num,den); G1=zpk(G); Z=tzero(G) P=G1.P{1} Z显示结果2s 72436s 4523)(2345234+++++++++=Φs s s s s s s s绘制零极点图代码：num=[3,2,5,4,6];den=[1,3,4,2,7,2];Pzmap(num,den)由零极点图可知，系统有两个正实部极点，系统不稳定。
已知两个系统的闭环传递函数分别是绘制它们的单位阶跃响应曲线（提示：tf, step, legend 函数）。
代码：num1=[2,3,4]; den1=[1,5,10,4]; num2=[2,3]; den2=[1,2,1];sys1=tf(num1,den1); sys2=tf(num2,den2); step(sys1,sys2) 图像如下：9-3-11s 23s 2)(,4s 1054s 32)(222321+++=Φ+++++=Φs s s s s s9-3-3 框图由仿真结果可得，当t=10s时，e ss（10）=2.28第五章9-5-19-5-29-5-39-5-44.5.①②两次负穿越，不稳定第七章9-7-1示波器显示结果：示波器显示结果：示波器显示结果：。
自动控制原理MATLAB实验报告
实验一 典型环节得M ＡT ＬAB 仿真一、实验目得1.熟悉M ＡＴLAB 桌面与命令窗口,初步了解ＳIM ＵＬINK 功能模块得使用方法、 ２.通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下得动态特性,加深对各典型环节响应曲线得理解。
3、定性了解各参数变化对典型环节动态特性得影响、二、实验原理1、比例环节得传递函数为其对应得模拟电路及SIMULI ＮK 图形如图１所示。
２.惯性环节得传递函数为uf C K R K R s C R R R Z Z s G 1,200,10012.021)(121121212===+-=+-=-=其对应得模拟电路及S ＩMULINK 图形如图2所示。
3.积分环节(I)得传递函数为其对应得模拟电路及SI ＭULINK 图形如图3所示。
4.微分环节(D)得传递函数为其对应得模拟电路及SIMULINK 图形如图4所示、 ﻩ５.比例+微分环节(PD)得传递函数为其对应得模拟电路及SIMUL ＩNK 图形如图５所示。
6.比例+积分环节(ＰI)得传递函数为其对应得模拟电路及SIMU ＬI ＮK 图形如图6所示。
图1 比例环节得模拟电路及SIMULINK 图形图3 积分环节得模拟电路及及SIMULINK 图形 图4 微分环节得模拟电路及及SIMULINK 图形图2惯性环节得模拟电路及SIMULINK 图形图5比例+微分环节得模拟电路及SIMULINK 图形曲线三、实验内容按下列各典型环节得传递函数,建立相应得SIMＵLINK仿真模型,观察并记录其单位阶跃响应波形。
①比例环节与;②惯性环节与③积分环节④微分环节⑤比例+微分环节(PD)与⑥比例+积分环节(PI)与四、实验报告记录各环节得单位阶跃响应波形,并分析参数对响应曲线得影响。
①比例环节:(如图7所示)(如图8所示)②惯性环节:(如图９所示) (如图１０所示)③积分环节: (如图11所示)④微分环节:(如图１2所示)⑤比例+微分环节(PＤ):(如图１3所示) (如图1４所示)⑥比例＋积分环节(PI):(如图15所示) (如图1６所示)实验二基于MATＬAB控制系统单位阶跃响应分析一、实验目得１、学会使用ＭATLＡB编程绘制控制系统得单位阶跃响应曲线。
自动控制原理MATLAB仿真实验
传递函数及方框图的建立（典型环节）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、SIMULINK 的使用MATLAB 中SIMULINK 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。
利用SIMULINK 功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。
1．运行MATLAB 软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink 命令，按Enter 键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK 仿真环境下。
2．选择File 菜单下New 下的Model 命令，新建一个simulink 仿真环境常规模板。
3．在simulink 仿真环境下，创建所需要的系统。
以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下:1）进入线性系统模块库，构建传递函数。
点击simulink 下的“Continuous ”，再将右边窗口中“Transfer Fen ”的图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口。
2）改变模块参数。
在simulink 仿真环境“untitled ”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。
其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数，数字之间用空格隔开；设置完成后，选择OK ，即完成该模块的设置。
3）建立其它传递函数模块。
按照上述方法，在不同的simulink 的模块库中，建立系统所需的传递函数模块。
例:比例环节用“Math ”右边窗口“Gain ”的图标。
4）选取阶跃信号输入函数。
用鼠标点击simulink 下的“Source ”，将右边窗口中“Step ”图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口，形成一个阶跃函数输入模块。
5）选择输出方式。
用鼠标点击simulink 下的“Sinks ”，就进入输出方式模块库，通常选用“Scope ”的示波器图标，将其用左键拖至新建的“untitled ”窗口。
自动控制原理在MATLAB中的应用
论文题目自动控制原理在Matlab中的应用学院自动化学院专业班级学号姓名指导教师目录：一、MATLAB语言的发展1. MATLAB 概述2.Matlab的发展3. Matlab在自动控制原理中的应用论述二、Matlab在自动控制原理中的应用1.传递函数2.一阶系统的时域分析1）一阶系统的脉冲响应2）一阶系统的阶跃响应3）一阶系统的斜坡响应3.二阶系统的时域分析1）求二阶系统的零极点：2）二阶系统的脉冲响应：3）二阶系统的阶跃响应：4）二阶系统的斜坡响应：5) 系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率4.系统的稳态误差1）I型二阶系统5.根轨迹6.控制系统的频域分析1）对数频率特性图（波特图）2）奈奎斯特图（幅相频率特性图）三、论文总结四、参考文献摘要：MATLAB自问世以来，一起优良而强大的数学计算和系统仿真功能神兽使用者青睐。
在数学运算复杂，概念抽象的自动控制原理课程中发挥着无与伦比的作用，它不仅解决了数学运算问题，减轻学生工作量，而且能够进行控制系统的仿真，给出精确地相关图形，讲抽象的概念、公式转化为具体的图形，直观明了，加深了学生对自动控制技术的理解。
关键字： MATLAB 自动控制系统仿真一、MATLAB语言的发展1. MATLAB 概述MATLAB是集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能于一体的科学计算语言，是一种交互式的以矩阵为基础的系统计算平台,它用于科学和工程的计算与可视化。
它的优点在于快速开发计算方法，而不在于计算速度。
MATLAB已成为一门高校必修的课程，也是最为普遍的计算工具之一。
2.Matlab的发展MATLAB名字由MAT rix和LAB oratory 两词的前三个字母组合而成。
那是20世纪七十年代，时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler 出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK 矩阵软件工具包库程序的的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。
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t=0:0.1:12;%取时间为0-12，步长为0.1 num=1; zt1=0.1;den1=[1,2*zt1,1];%取阻尼比ξ=0.1 zt2=0.2;den2=[1,2*zt2,1]; zt3=0.4;den3=[1,2*zt3,1]; zt4=0.7;den4=[1,2*zt4,1]; zt5=1.0;den5=[1,2*zt5,1]; zt6=2.0;den6=[1,2*zt6,1]; sys1=tf(num,den1);%tf();构造传递函数或转换为传递函 数，用法a=tf(num,den)。 sys2=tf(num,den2); sys3=tf(num,den3); sys4=tf(num,den4); sys5=tf(num,den5); sys6=tf(num,den6); step(sys1,sys2,sys3,sys4,sys5,sys6,t)%可以在一幅图上 绘制多个系统的单位阶跃响应曲线。 grid;
一阶系统单位阶跃响应，在增添了零点前后，上升 时间和调节时间的变化。 传递函数分别为
t=0:0.1:12; num1=[1.5 1]; num2=[0 1]; den1=[2 1]; sys1=tf(num1,den1);%构建传递函数 sys2=tf(num2,den1); step(sys1,sys2,t) grid;
图4
不同阻尼比值下，系统的单位脉冲响应
图2
不同阻尼比值下，系统的单位阶跃响应
例 3-11
典型二阶系统，在加入微分环节之后，对系统的性 能的影响。 传递函数为
例 3-11
ห้องสมุดไป่ตู้
t=0:0.1:12; num=4; zt1=0;den1=[1,1+4*zt1,4]; zt2=0.1;den2=[1,1+4*zt2,4]; zt3=0.5;den3=[1,1+4*zt3,4]; zt4=1.0;den4=[1,1+4*zt4,4]; zt5=2.0;den5=[1,1+4*zt5,4]; zt6=3.0;den6=[1,1+4*zt6,4]; sys1=tf(num,den1); sys2=tf(num,den2); sys3=tf(num,den3); sys4=tf(num,den4); sys5=tf(num,den5); sys6=tf(num,den6); step(sys1,sys2,sys3,sys4,sys5,sys6,t) grid;
提示：impulse（sys1 ,…sysN,t）表示可以再同一 幅图上绘制多个系统的单位脉冲响应曲线。
t=0:0.1:12;%取时间为0-12，步长为0.1 num=1; zt1=0.1;den1=[1,2*zt1,1];%取阻尼比ξ=0.1 zt2=0.2;den2=[1,2*zt2,1]; zt3=0.4;den3=[1,2*zt3,1]; zt4=0.7;den4=[1,2*zt4,1]; zt5=1.0;den5=[1,2*zt5,1]; zt6=2.0;den6=[1,2*zt6,1]; sys1=tf(num,den1);%tf();构造传递函数或转换为传递函 数，用法a=tf(num,den)。 sys2=tf(num,den2); sys3=tf(num,den3); sys4=tf(num,den4); sys5=tf(num,den5); sys6=tf(num,den6); impulse(sys1,sys2,sys3,sys4,sys5,sys6,t)%可以在一幅 图上绘制多个系统的单位阶跃响应曲线。 grid;
图3
由上图3 可知，加入微分局部负反馈，相当于 增加了系统阻尼系数，提高了系统瞬态性能但 同时降低了开环增益
3、典型二阶系统单位脉冲响应
例 3-15 用impulse函数绘制典型二阶系统的单位脉 冲响应曲线，取阻尼系数的值分别ξ=0.1，0.2，0.4， 0.7，1.0，2.0，横坐标取相对时间 ， 输出为
时域分析的MATLAB方法
主要内容：
一阶系统单位阶跃响应 典型二阶系统单位阶跃响应
典型二阶系统单位脉冲响应
1、一阶系统单位阶跃响应
一阶系统的传递函数为
式中，T为一阶系统的时间常数（T>0）,它是表征系 统惯性的一个主要参数。 一阶系统的那位阶跃响应的拉普拉斯变换为
图1 从上面的例子，我们可以看出一阶系统增加了零点后，上升时间和 原来没有零点的系统一样，调节时间由原来的 减少 至 ，减少量与零点 有关。
2、二阶系统单位阶跃响应
例3-13 用step函数绘制典型二阶系统的单位阶跃响 应曲线，取阻尼系数的值分别ξ=0.1，0.2，0.4，0.7， 1.0，2.0，横坐标取相对时间 ， 输出为
取Y（s）的逆变换，可得单位阶跃响应为
Eg1：设某系统的传递函数为
试比较一阶系统 增加了零点前后，上升时间tr、调 节时间 ts的变化。 单位及跃响应的函数为step， 函数模型step(sys) 推广： step（sys1,…sysN,t）可以再同一幅图上绘制多个 系统的单位阶跃响应曲线