控制系统的时域分析实验报告
实验5-控制系统时域分析
实验5-控制系统时域分析实验目的：1. 掌握控制系统的时域分析方法；2. 熟悉控制系统的基本概念；3. 比较不同控制系统的性能指标，并对其优化。
实验原理：控制系统是由控制器、被控对象和传感器等组成的系统。
它的主要功能是将被控对象的输出值与预期输出值（设定值）进行比较，并根据比较结果对控制器的输出信号进行调整，以实现预期的控制系统动态响应。
系统的状态可以用输入输出关系来表示，通常用系统函数表示，它是输入信号与输出信号的转换函数。
根据系统函数的性质，系统的特性可以分析出来，比如稳态误差、响应时间和阻尼等。
控制系统的时域分析方法主要包括以下内容：1. 稳态误差分析稳态误差是指当控制系统到达稳定状态时，被控对象的输出值与设定值之间的差值。
它是一个反映控制系统偏离设定状态能力的指标。
稳态误差对于不同类型的系统有不同的计算方法，常见的系统类型包括比例控制系统、积分控制系统和派生控制系统。
比例控制系统的稳态误差是：$e_{ss}= \frac {k_p}{1+k_p}, (k_p \neq 0)$派生控制系统的稳态误差是0。
2. 基本响应特性分析一个控制系统的基本响应特性主要包括死区、超调量和稳定时间等。
死区是指当控制器输出的信号在一定范围内时，被控对象的输过不会发生变化。
死区对控制系统的响应时间和稳态误差有很大影响，通常需要根据系统的特点对死区进行调整。
超调量是指被控对象的输出值在达到设定值后，超出设定值的程度。
常见的超调量有百分比超调量和绝对超调量。
3. 阻尼及其影响阻尼是指系统的阻尼比，它是表征系统阻尼程度的一个参数。
阻尼对控制系统的稳定性和性能有很大影响。
当阻尼比为1时，系统的响应最快，但容易出现震荡现象。
阻尼比小于1时，系统的响应相对较慢，但是不会出现震荡现象。
当阻尼比大于1时，系统的响应速度较慢，但相对稳定。
实验步骤：本实验采用MATLAB软件对几种常见的控制系统进行时域分析，具体步骤如下：1. 打开MATLAB软件，新建文件进行编程。
实验二控制系统的时域分析[汇编]
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实验二控制系统的时域分析一、实验目的学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析, 包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性;二、预习要点1、系统的典型响应有哪些?2、如何判断系统稳定性?3、系统的动态性能指标有哪些?三、实验方法（一）典型响应1、阶跃响应:阶跃响应常见格式: 1、)(sys step 或[y,t]=step(sys); 其中sys 能够为连续系统, 也可为离散系统。
2、),(Tn sys step ; 表示时间范围0---Tn 。
3、),(T sys step ; 表示时间范围向量T 指定。
4、),(T sys step Y; 可详细了解某段时间的输入、输出情况。
例: 假设一连续模型为: se s s ssss G 10232623102010)(234, 则能够经过下面的命令直接输入系统模型, 并绘制出阶跃响应曲线。
解: >>num=[0,0,0,10,20];>> den=[10,23,26,23,10];>> G=tf(num,den);>> G.iodelay=1;>> step(G,30)%终止时间为30。
2、脉冲响应:脉冲响应函数常见格式: ①)(sys impulse ;②);,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③),(T sys impulse Y3、任意输入响应:任意输入响应的几种常见格式:),,(T U sys lsim ; 其中sys 可为任意模型; T 为时间向量; U 为响应时间对应的系统输入, 例如:)sin(T U;（二）分析系统稳定性有以下三种方法:1、利用pzmap 绘制连续系统的零极点图; pzmap( G) ;2、Pole(G)和zero(G)能够分别求出系统的极点和零点。
3、利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点。
roots(den).（三）系统的动态特性分析方法一: 图解法在控制理论中, 介绍典型线性系统的阶跃响应分析时, 常见一些指标来定量描述系统的超调量、上升时间、调节时间等, 在matlab 自动绘制的阶跃响应曲线中, 如果想得出这些指标, 只需右击鼠标键, 选择其中的characteristics菜单项, 从中选择合适的分析内容, 即可得到系统的阶跃响应指标。
实验一 控制系统时域分析
实验一控制系统时域分析一、实验目的1、熟悉并掌握ACCC-II型控制理论及计算机控制技术实验平台及上位机软件的使用方法。
2、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性，掌握电路模拟和软件仿真研究方法。
3、研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。
4、在自动控制理论实验基础上，控制实际的模拟对象，加深对理论的理解。
二、实验设备1、ACCC-II型控制理论及计算机控制技术实验平台2、PC机1台3、基于LABVIEW的上位机软件三、实验内容1、完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试。
2、观测二阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
四、实验步骤熟悉实验箱，利用实验箱上的模拟电路单元，参考本实验附录设计并连接各种典型环节（包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节）的模拟电路。
接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。
在输入阶跃信号时，除比例环节运放可不锁零（G可接-15V）也可锁零外，其余环节都需要考虑运放锁零。
1、利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试，并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。
熟悉上位机界面操作的基础上，充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。
为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能，接线方式将不同于上述无上位机情况。
仍以比例环节为例，此时将Ui连到实验箱 U3单元的O1（D/A通道的输出端），将Uo 连到实验箱 U3单元的I1（A/D通道的输入端），将运放的锁零G连到实验箱 U3单元的G1（与O1同步），并连好U3单元至上位机的USB2.0通信线。
接线完成，经检查无误，再给实验箱上电后，启动上位机程序，进入主界面。
界面上的操作步骤如下：1）道接线情况:通过上位机界面中“通道选择” 选择任一组任一路A/D输入作为环节的输出,选择任一路D/A作为环节的输入.不同的通道,图形显示控件中波形的颜色将不同；将另一输出通道直接送倒输入通道(显示示波器信号源发出的输入波形)。
实验四 控制系统的频域与时域分析
实验四控制系统的频域与时域分析一、实验目的及要求1、掌握控制系统数学模型的基本描述方法；2、了解控制系统的稳定性分析方法；3、掌握控制系统频域与时域分析基本方法。
二、实验内容1、系统数学模型的几种表示方法（1）传递函数模型✧ 1.1>> num=[1.0];den=[1,2,10];>> sys=tf(num,den)Transfer function:1--------------s^2 + 2 s + 10✧ 1.3>> num=[4,-2];den=[1,2,5];>> sys=tf(num,den)Transfer function:4 s - 2-------------s^2 + 2 s + 5✧ 1.5法一：>> N={[1,-1];[1,2]};>> D={[1,1];[1,4,5]};>> sys=tf(N,D)Transfer function from input to output...s - 1#1: -----s + 1s + 2#2: -------------s^2 + 4 s + 5 ✧ 1.4>> num=[1,0];den=conv([2,1],[1,2]);>> sys=tf(num,den)Transfer function:s---------------2 s^2 + 5 s + 2✧ 1.2>> num=4*conv([1,2],conv([1,6,6],[1,6,6]));>> den=conv([1,0],conv([1,1],conv([1,1],conv([1,1],[1,3,2,5])))); >>sys=tf(num,den)Transfer function:4 s^5 + 56 s^4 + 288 s^3 + 672 s^2 + 720 s + 288---------------------------------------------------------------s^7 + 6 s^6 + 14 s^5 + 21 s^4 + 24 s^3 + 17 s^2 + 5 s✧ 1.5法二>> s=tf('s') ;>> h1=(s-1)/(s+1);>> h2=(s+2)/(s^2+4*s+5);>> H=[h1,h2]Transfer function from input 1 to output:s - 1-----s + 1Transfer function from input 2 to output:s + 2-------------控制系统的数学模型可以用零点、极点和增益来描述，MA TLAB称这种数学模型为零极点增益型，即ZPK函数来建立这种数学模型。
实验5-控制系统时域分析
实验五 控制系统的时域响应MATLAB 仿真实验一 实验目的 1. 学会利用MATLAB 绘制系统的单位阶跃响应曲线，掌握读取系统动态性能指标的方法； 2. 学会利用MATLAB 绘制系统的单位脉冲响应曲线的方法； 3. 掌握利用MATLAB 绘制系统的零输入响应曲线的方法； 4. 掌握利用MATLAB 绘制系统的一般输入响应曲线的方法；5.学会通过仿真曲线读取相关信息，并依据有关信息进行系统的时域分析。
二 实验内容1.编写程序求取下列各系统的单位阶跃响应。
162.316)(21++=s s s G 164.216)(22++=s s s G num=[16]; num=[16];den=[1 3.2 16]; den=[1 2.4 16]; G=tf(num,den); G=tf(num,den); GO=feedback(G,1) GO=feedback(G,1) Step(GO) step(GO)166.116)(23++=s s s G 1616)(24++=s s s G num=[16]; num=[16];den=[1 1.6 16]; den=[1 1 16]; G=tf(num,den); G=tf(num,den); GO=feedback(G,1) GO=feedback(G,1) Step(GO) Step(GO)表5-52.已知二阶系统的闭环传递函数如下，编程求取系统的单位脉冲响应。
（1）828)(21++=s s s ΦNum=8;Den=[1 2 8]; G=tf(num,den); GO=feedback(G,1) Step(GO)（2）10210)(22++=s s s ΦNum=10; Den=[1 2 10]; G=tf(num,den); GO=feedback(G,1) Step(GO)（3）12212)(23++=s s s ΦNum=12; Den=[1 2 12]; G=tf(num,den); GO=feedback(G,1) Step(GO)（4）16216)(24++=s s s ΦNum=16; Den=[1 2 16]; G=tf(num,den); GO=feedback(G,1) Step(GO)3.已知某单位负反馈系统的开环传递函数为)11.0)(1(5)(++=s s s s G若系统的输入信号分别为（1）t u =1， )20,0(∈t （2）tteu 5.02-=， )20,0(∈t（3）t e t u 5.03)2sin(-=，)20,0(∈t（4）te t u 34)2cos(-=，)20,0(∈t编写程序分别求取系统的在给定的输入信号下的 响应，记录相应的曲线。
自动控制原理实验报告《线性控制系统时域分析》
实验一线性控制系统时域分析1、设控制系统如图1 所示，已知K＝100，试绘制当H分别取H＝0.1 ，0.20.5，1, 2，5，10 时，系统的阶跃响应曲线。
讨论反馈强度对一阶系统性能有何影响？图1答:A、绘制系统曲线程序如下：s=tf('s');p1=(1/(0.1*s+1));p2=(1/(0.05*s+1));p3=(1/(0.02*s+1));p4=(1/(0.01*s+1));p5=(1/(0.005*s+1));p6=(1/(0.002*s+1));p7=(1/(0.001*s+1));step(p1);hold on;step(p2);hold on;step(p3);hold on;step(p5);hold on;step(p6);hold on;step(p7);hold on;B 、绘制改变H 系统阶跃响应图如下：00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50.20.40.60.811.21.4Step ResponseTime (seconds)A m p l i t u d e结论：H 的值依次为0.1、0.2、0.5、1、2、5、10做响应曲线。
matlab 曲线默认从第一条到第七条颜色依次为蓝、黄、紫、绿、红、青、黑，图中可知随着H 值得增大系统上升时间减小，调整时间减小，有更高的快速性。
2、 二阶系统闭环传函的标准形式为222()2nn ns s s ωψξωω=++，设已知n ω＝4，试绘制当阻尼比ξ分别取0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1,1.5, 2, 5等值时，系统的单位阶跃响应曲线。
求出ξ取值 0.2 ，0.5 ，0.8时的超调量，并求出ξ取值 0.2 ，0.5 ，0.8，1.5，5时的调节时间。
讨论阻尼比变化对系统性能的影响。
答：A、绘制系统曲线程序如下：s=tf('s');p1=16/(s^2+1.6*s+16);p2=16/(s^2+3.2*s+16);p3=16/(s^2+4.8*s+16);p4=16/(s^2+6.4*s+16);p5=16/(s^2+8*s+16);p6=16/(s^2+12*s+16);p7=16/(s^2+16*s+16);p8=16/(s^2+40*s+16);step(p1);hold on;step(p2);hold on;step(p3);hold on;step(p4);hold on;step(p5);hold on;step(p6);hold on;step(p7);hold on;step(p8);hold on;B、绘制系统阶跃响应图如下：C、ξ取值为0.2、0.5、0.8、1.5、5时的参数值。
实验八 控制系统的时域分析实验
一 、实 验目的
1 ． 学 习 控 制 系 统 时 域 分 析 的 MATLAB 实 现 。 2． 掌 握 控 制 系 统 的 时 域 响 应 及 性 能 指 标 。
二 、相 关知识
有 关 的 MATLAB 函 数 ： damp(den) step(sys) [y,t,x]=step(sys) impulse(sys) [y,t,x]=impulse(sys) initial(sys,x0) [y,t,x]=initial(sys,x0) lsim(sys ， u ， t) [y,t]= lsim(sys,u,t) 对 于 离 散 系 统 ， 相 应 的 命 令 分 别 是 dstep 、 dimpulse 、 dinitial 、 dlsim 。
2
编写程序，求系统的根、阻尼比、无阻尼震荡频率和响应曲线，计算（注意 不是从响应图上读出）出峰值、峰值时间和过渡时间，并与理论公式计算值比较。
实际值 峰值 峰值时间 过渡时间 ± 5% ± 2%
理论值
5 、编 写 函 数 ，输 入 参 数 为 对 象 模 型 sys ，求 该 对 象 模 型 的 单 位 斜 坡 输 入 响 应 ， 将 输 入 和 输 出 曲 线 画 于 同 一 图 上 。（ 提 示 ： sys 的 分 子 多 项 式 为 sys.num{1} ，分 母 多 项 式 为 sys.den{1} 。 ）
( s)
2 n 2 s 2 2 n s n
当 n =1 时 ， 试 计 算 当 阻 尼 比 值 从 0.1 到 1 时 二 阶 系 统 的 阶 跃 响 应 。 编 写 程 序，将响应曲线画于同一图上，并加上标注。 4、 二 阶 系 统 为
( s)
实验六 控制系统的时域分析方法
实验六 控制系统的时域分析方法1.实验目的（1）熟练掌握描述系统微分方程的求解方法。
（2）熟练掌握求取系统阶跃响应的方法；（3）了解离散系统重新采样的方法；2.实验仪器（1）Matlab6.5应用软件安装版 一套（3）PC 机 一台3. 实验原理依据系统微分方程的求解方法，编写M 函数文件，求解系统微分方程。
求系统的单位阶跃响应图，使用离散系统重新采样法求解系统模型。
4. 实验步骤（1）编写M 函数文件描述系统微分方程。
（2）调用M 文件求微分方程的解（3）绘制闭环系统的单位阶跃响应去啊先，及方波输入的响应曲线。
（4）绘制连续系统的单位阶跃响应曲线，及系统离散化后的阶跃响应曲线。
（5）建立离散系统重新采样后的模型。
5. 实验报告内容1、将例6-2中的微分方程改写成一下形式：1)0(,0)0(0)1(-y ..2===+-=y y y y y u 。
求u 分别为1、2时，在区间t=[0,20]微分方程的解。
（提示：使用带附加变量的ode 算法）2、对右图所示反馈系统进行单位阶跃响应和方波响应（方波周期为30s ）仿真，要求：（1）利用MA TLAB 模型链接函数求出系统闭环传递函数。
（2）利用step 函数求单位阶跃响应（3）利用gensig 函数产生方波信号，利用lsim 函数求方波响应。
3、已知系统传递函数01.12.01s 2++=s s G ）（：（1）绘制系统阶跃响应曲线（2）绘出离散化系统阶跃响应曲线，采样周期Ts=0.3s 。
4、一个离散时间系统模型传递函数为5.00.7-z z H -=z ）（，采样周期为0.1s ，对其重新采样，采样周期为0.05s ，求重新采样后的系统模型。
自动控制理论实验一 时域分析 实验报告
实验一 时域分析一、 实验目的：1、掌握一阶系统和二阶系统的非周期信号响应。
2、理解二阶系统的无阻尼、欠阻尼、临界阻尼和过阻尼响应。
3、掌握分析系统的稳定性、瞬态过程和稳态误差。
4、理解高阶系统的主导极点对系统特性的影响。
5、理解系统的零点对系统动态特性的影响。
二、 实验设备PC 机及MATLAB 平台三、实验原理及方法1、系统的单位阶跃响应用下列指令step(num,den)或step(num,den,t),就可求取系统的单位阶跃响应。
前者指令中虽没有时间t 的出现，但时间矢量会自动生成；后者指令中的t 是由用户确定的时间。
响应曲线图的x 轴和y 轴坐标也是自动标注的。
四、实验内容：1、系统的闭环传递函数为：K G(s)Ts 1=+，分别调节K 、T ，仿真系统的阶跃响应，得出不同的系统参数对系统性能的影响。
2、单位负反馈系统的开环传递函数为：8G(s)s(s 2)=+，求闭环系统的单位阶跃响应，标出系统的t s 、t p 、t r ，并计算最大超调量和稳态误差。
3、给定典型二阶系统的自然频率ωn = 8，仿真当ζ = 0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.5,2.0时的单位阶跃响应，并得出参数变化时对系统性能的影响。
4、开环系统的传递函数为20000G(s)s(s 5)(s 200)=++ ，求其单位阶跃响应， 并比较与开环系统：100G(s)s(s 5)=+的差别，得出相应的结论。
5、已知系统的闭环传递函数如下，判断其稳定性：（1）32432s 7s 24s 24G(s)s 10s 35s 50s 24+++=++++（2）328765432s7s24s24G(s)s2s3s4s5s6s7s8s9+++=++++++++程序及截图如下%_1_%分析：系统参数分别为：K=1,T=1； K=10,T=1； K=1,T=10； K=10,T=10；求出图像并比较得出结论num=[1];den=[1 1];step(num,den);grid on;xlabel('t');ylabel('c(t)');title('求阶跃响应 G(s)=1/(s+1)');num=[10];den=[1 1];step(num,den);grid on;xlabel('t');ylabel('c(t)');title('求阶跃响应 G(s)=10/(s+1)');num=[1];den=[10 1];step(num,den);grid on;xlabel('t');ylabel('c(t)');title('求阶跃响应 G(s)=1/(10s+1)');num=[10];den=[10 1];step(num,den);grid on;xlabel('t');ylabel('c(t)');title('求阶跃响应 G(s)=10/(10s+1)');结论：根据调节K、T的值，得出以上图形。
控制系统的时域分析实验报告
课程名称： 控制理论 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： 控制系统的时域分析 实验类型：________________同组学生姓名：__________一、实验目的和要求1．用计算机辅助分析的办法，掌握系统的时域分析方法。
2．熟悉Simulink 仿真环境。
二、实验内容和原理（一）实验原理系统仿真实质上就是对系统模型的求解，对控制系统来说，一般模型可转化成某个微分方程或差分方程表示，因此在仿真过程中，一般以某种数值算法从初态出发，逐步计算系统的响应，最后绘制出系统的响应曲线，进而可分析系统的性能。
控制系统最常用的时域分析方法是，当输入信号为单位阶跃和单位冲激函数时，求出系统的输出响应，分别称为单位阶跃响应和单位冲激响应。
在MA TLAB 中，提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step ，单位冲激响应函数impulse ，零输入响应函数initial 等等。
（二）实验内容二阶系统，其状态方程模型为•1x -0.5572 -0.7814 1x 1= + u•2x 0.7814 0 2x 01xy = [1.9691 6.4493] +[0] u2x1．画出系统的单位阶跃响应曲线；2．画出系统的冲激响应曲线；3．当系统的初始状态为x0=[1,0]时，画出系统的零输入响应；4．当系统的初始状态为零时，画出系统斜坡输入响应；（三）实验要求1．编制MA TLAB 程序，画出单位阶跃响应曲线、冲击响应曲线、系统的零输入响应、斜坡输入响应；2．在Simulink 仿真环境中，组成系统的仿真框图，观察单位阶跃响应曲线并记录之。
三、主要仪器设备计算机一台以及matlab 软件，simulink 仿真环境四、操作方法与实验步骤1、程序解决方案：G=ss(A,B,C,D);G1=tf(G);%将状态空间模型转换为传递函数figure;step(G1);%画阶跃响应曲线grid on;title('系统单位阶跃响应');xlabel('t/s');ylabel('c(t)');figure;impulse(G1);%画冲激响应title('系统冲激响应');xlabel('t/s');ylabel('c(t)');grid on;x0=[1 0];figure;initial(G,x0);%画零输入响应title('x0=[1,0]时的零输入响应');xlabel('t/s');ylabel('c(t)');grid on;%斜坡响应s=tf('s')G2=G1/s^2;figure;impulse(G2,10);title('斜坡输入响应');xlabel('t/s');ylabel('c(t)');grid on;end在MATLAB命令窗口中输入下列命令：并返回系统的传递函数>> clear>> A=[-0.5572,-0.7814;0.7814,0];>> B=[1 0]';>> C=[1.9691 6.4493];>> D=[0];>> G1=shiyu(A,B,C,D)Transfer function:1.969 s + 5.039-----------------------s^2 + 0.5572 s + 0.6106其输出的曲线如下2、Simulink仿真环境实现方式在simulink中建立以下模型：其中，state-space模块设置如下图：点击运行，得到如下所示的波形：五、讨论、心得通过此次MATLAB实验，我掌握了利用MATLAB工具分析控制理论中一些时域的问题。
仿真实验一：控制系统的时域分析 实验报告
仿真实验一：控制系统的时域分析B08020312 朱仁杰一、实验目的：1．观察控制系统的时域响应；2．记录单位阶跃响应曲线；3．掌握时间响应分析的一般方法；4．初步了解控制系统的调节过程。
二、实验步骤：1．开机进入Matlab6.1运行界面。
2．Matlab指令窗："Command Window". 运行指令：con_sys; 进入本次实验主界面。
3．分别双击上图中的三个按键，依次完成实验内容。
4．本次实验的相关Matlab函数：tf([num],[den])可输入一传递函数。
step(G,t)在时间范围t秒内，画出阶跃响应图。
三、实验内容：1．观察一阶系统G=1/(T+s) 的时域响应：取不同的时间常数T，分别观察该系统的脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。
T=9T=162．二阶系统的时域性能分析：(1)调节时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。
(2)结合系统的零极点图，观察自然频率与阻尼比对极点位置的影响。
自然频率越大，阻尼比越小极点越大。
(3)结合时域响应图，观察自然频率与阻尼比对阶跃响应的影响。
自然频率和阻尼比越大，稳定越快。
(4)调节自然频率与阻尼比，要求：Tr<0.56sTp<1.29sTs<5.46超调不大于5％.记录下满足上述要求的自然频率与阻尼比。
自然频率: 9.338red/s阻尼比:0.69645s3．结合《自动控制原理》一书，Page 135，题3_10. 分别观察比例_微分与测速反馈对二阶系统性能的改善。
(1).按原始的调节参数输入，调节时间滑块，使阶跃响应最终出现稳定值。
(2)分别取不同的K3，观察比例_微分控制对系统性能的改善。
K3=1K3=5(4)设置不同的K4，观察测速反馈对系统性能的影响。
K4=0.5K4=5(4).调节各个参数，使系统阶跃响应满足：上升时间Tr<3.5s超调量<2%.记录下此时各个参数数据。
时域控制算法实验报告(3篇)
第1篇一、实验名称：时域控制算法实验二、实验目的1. 理解时域控制算法的基本原理和设计方法。
2. 掌握常见时域控制算法（如PID控制、模糊控制等）的原理和实现。
3. 通过实验验证不同控制算法的性能，分析其优缺点。
4. 学会使用MATLAB等工具进行时域控制算法的仿真和分析。
三、实验原理时域控制算法是一种直接在系统的时间域内进行控制的算法，主要包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。
本实验主要针对PID控制和模糊控制进行研究和分析。
四、实验内容1. PID控制（1）原理：PID控制是一种线性控制算法，其控制律为：$$u(t) = K_p e(t) + K_i \int_{0}^{t} e(\tau) d\tau + K_d\frac{de(t)}{dt}$$其中，$u(t)$为控制输出，$e(t)$为误差，$K_p$、$K_i$、$K_d$分别为比例、积分和微分系数。
（2）实验步骤：a. 在MATLAB中搭建被控对象模型。
b. 设计PID控制器参数，包括比例系数、积分系数和微分系数。
c. 在MATLAB中实现PID控制器，并添加到被控对象模型中。
d. 仿真控制系统，观察控制效果。
2. 模糊控制（1）原理：模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制算法，其控制律为：$$u = F(e, e')$$其中，$u$为控制输出，$e$和$e'$分别为误差和误差变化率，$F$为模糊推理规则。
（2）实验步骤：a. 在MATLAB中搭建被控对象模型。
b. 设计模糊控制器参数，包括隶属度函数、模糊推理规则和去模糊化方法。
c. 在MATLAB中实现模糊控制器，并添加到被控对象模型中。
d. 仿真控制系统，观察控制效果。
五、实验结果与分析1. PID控制（1）实验结果：通过调整PID控制器参数，可以使系统达到较好的控制效果。
（2）分析：PID控制算法简单易实现，适用于各种被控对象。
但其参数调整较为复杂，且对被控对象的模型要求较高。
控制系统地时域分析报告
实验报告实验名称控制系统的时域分析课程名称自动控制原理院系部:专业班级：学生姓名：学号: 同组人:实验台号:指导教师：成绩：实验日期:华北电力大学一、实验目的及要求：掌握如何运用计算机的matlab 软件进行时域分析。
二、仪器用具：三、实验原理一个动态系统的性质常用典型输入下的响应来描述。
响应是指零初始条件下某种典型的输入函数作用下对象的响应，在MATLAB 的控制工具箱中给出的阶跃函数step()的调用格式为：[y,x]=step(mun,den,t)或[y,x]=step(A,B,C,D,iu,t)四、实验方法与步骤:1、伺服系统的方框图如图所示，求d 和e 的值，是系统的阶跃响应满足1）超调量不大于30%，2）峰值时间为0.6秒2、求二阶系统H(s)=5(s+1)/(8s+1)(2s+1)在单位阶跃输入时系统时域响应曲线。
并记录响应曲线。
编程求出d t ，p t ，%σ ，s t ，并与理论计算得出的结果比较是否一致。
五、实验结果与数据处理：实验一.在matlab中输入：a=log(1/0.3)/sqrt(pi^2+(log(1/0.3))^2);b=pi/(0.6*sqrt(1-a^2));d=0.5*b^2e=(2*sqrt(2*d)*a-3)/dnum=b^2;den=[1 2*a*b b^2];sys2=0.5*tf(num,den)step(sys2)得：d = 15.7210e = 0.0645sys2 =15.72----------------------s^2 + 4.013 s + 31.44实验二k=5/16;z=[-1];p=[-0.125,-0.5];sys1=zpk(z,p,k);step(sys1)得到响应曲线(后附)求超调量、峰值时间、上升时间、调节时间：function [tp,tr,ts,td]=perf(key,y,t) [mp,tf]=max(y);cs=length(t);yss=y(cs);%求超调量 sigmasigma=100*((mp-yss)/yss)%求峰值时间 tptp=t(tf)%求上升时间 tra=1;while y(a)<0.1*yss;a=a+1;endb=1;while y(b)<0.9*yss;b=b+1;endtr=t(b)-t(a)l=length(t);%求调节时间tsif key==1,%当ts设定误差范围为正负5%时while (y(l)>0.95*yss)&(y(l)<1.05*yss) l=l-1;endelseif key==2,%当ts设定误差范围为正负2%时while (y(l)>0.98*yss)&(y(l)<1.02*yss) l=l-1;endendts=t(l)%求延迟时间 tdd=1;while y(d)<0.5*yss;d=d+1;endtd=t(d)在任务栏输入：[y,t]=step(sys1);%perf.m[sigma,tp,tr,ts,td]=perf(2,y,t)得到超调量：sigma =0延迟时间：tp =47.8422s上升时间：tr = 18.0458s调节时间：输入KEY=1，即误差范围在正负5%时，ts =24.7605s 输入KEY=2，误差范围在正负2%时，ts =31.0555s延迟时间：td =6.7147s（实验二响应曲线）实验原始记录实验一d = 15.7210e = 0.0645sys2 =15.72---------------------s^2 + 4.013 s + 31.44实验二超调量：sigma =0峰值时间：tp =47.8422s上升时间：tr = 18.0458s调节时间：输入KEY=1，即误差范围在正负5%时，ts =24.7605s 输入KEY=2，误差范围在正负2%时，ts =31.0555s延迟时间：td =6.7147s六、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见。
系统时域分析实验报告
系统时域分析实验报告实验目的本实验旨在通过对系统的时域特性进行分析，加深对系统动态响应的理解。
通过实验，我们将学会如何绘制系统的阶跃响应曲线，并通过对曲线的分析，获取系统的重要参数。
实验器材•示波器•函数发生器•直流电源•电阻、电容、电感等元件•连接线和电缆实验步骤1. 实验准备首先，我们需要准备好实验所需的器材和元件，并将它们连接在一起。
确保所有电路连接正确，并检查仪器的工作状态。
2. 设计电路根据实验要求和所给的系统要分析的方程，设计出相应的电路。
可以使用电阻、电容、电感等元件来构建所需的系统模型。
3. 测量信号使用函数发生器产生一个合适的输入信号，并将其连接到系统电路的输入端。
确保信号的幅度和频率适合所设计的电路。
4. 连接示波器将示波器的输入端连接到系统电路的输出端。
调整示波器的设置，确保正确捕捉到系统的输出信号。
5. 记录数据开始记录示波器上显示的系统输出信号。
可以使用示波器的存储功能，或手动记录数据点。
6. 绘制阶跃响应曲线根据记录的数据，绘制系统的阶跃响应曲线。
横轴表示时间，纵轴表示系统输出的幅度。
7. 分析曲线通过对绘制的阶跃响应曲线进行分析，可以得到系统的重要参数，如上升时间、峰值时间、峰值幅度、调节时间等。
根据曲线的形状和特点，可以对系统的动态响应进行评估。
实验结果根据实验数据和绘制的阶跃响应曲线，我们可以得到系统的重要参数。
例如，我们可以测量出系统的上升时间为2ms，峰值时间为5ms，峰值幅度为3V，调节时间为10ms。
结论通过本实验，我们学会了如何进行系统的时域分析，并通过绘制阶跃响应曲线获取系统的重要参数。
这些参数对于评估系统的动态响应能力和稳定性至关重要。
掌握了这些分析方法，我们能更好地理解和设计各种电子系统。
注意事项在进行实验前，务必对所使用的器材和元件进行检查和测试，确保其工作正常。
在实验过程中，要注意安全，避免电路短路和其他危险操作。
实验结束后，要及时关闭电源，并恢复实验器材的原始状态。
自动控制原理实验报告《线性控制系统时域分析》
自动控制原理实验报告《线性控制系统时域分析》一、实验目的1. 理解线性时间不变系统的基本概念，掌握线性时间不变系统的数学模型。
2. 学习时域分析的基本概念和方法，掌握时域分析的重点内容。
3. 掌握用MATLAB进行线性时间不变系统时域分析的方法。
二、实验内容本实验通过搭建线性时间不变系统，给出系统的数学模型，利用MATLAB进行系统的时域测试和分析，包括系统的时域性质、单位脉冲响应、单位阶跃响应等。
三、实验原理1. 线性时间不变系统的基本概念线性时间不变系统（Linear Time-Invariant System，简称LTI系统）是指在不同时间下的输入信号均可以通过系统输出信号进行表示的系统，它具有线性性和时不变性两个重要特性。
LTI系统的数学模型可以表示为：y(t) = x(t) * h(t)其中，y(t)表示系统的输出信号，x(t)表示系统的输入信号，h(t)表示系统的冲激响应。
2. 时域分析的基本概念和方法时域分析是一种在时间范围内对系统进行分析的方法，主要涉及到冲激响应、阶跃响应、单位脉冲响应等方面的内容。
针对不同的输入信号，可以得到不同的响应结果，从而确定系统的时域特性。
四、实验步骤与结果1. 搭建线性时间不变系统本实验中，实验者搭建了一个简单的一阶系统，系统的阻尼比为0.2，系统时间常数为1。
搭建完成后，利用信号发生器输出正弦信号作为系统的输入信号。
2. 获取系统的响应结果利用MATLAB进行系统的时域测试和分析，得到了系统的冲激响应、单位阶跃响应和单位脉冲响应等结果。
其中，冲激响应、阶跃响应和脉冲响应分别如下所示：冲激响应：h(t) = 0.2e^(-0.2t) u(t)阶跃响应：H(t) = 1-(1+0.2t) e^(-0.2t) u(t)脉冲响应：g(t) = h(t) - h(t-1)3. 绘制响应图表通过绘制响应图表，可以更好地展示系统的时域性质。
下图展示了系统的冲激响应、阶跃响应和脉冲响应的图表。
自动控制原理 实验七 实验报告
实验七 控制系统的时域分析实验一、实验目的1．学习控制系统时域分析的MA TLAB 实现。
2．掌握控制系统的时域响应及性能指标。
二、实验内容及要求1、已知一阶系统传递函数为11)(+=s s φ 输入为正弦信号，求输出。
编写程序，将输入和响应曲线画于同一图上。
>> sys=tf(1,[1,1])Transfer function: 1 ----- s + 1>> t=0:0.1:10;u=sin(t);lsim(sys,u,t)2、已知二阶系统传递函数为2222)(nn ns s s ωξωωφ++= 当n ω=1时，试计算当阻尼比ξ值从0.1到1时二阶系统的阶跃响应。
编写程序，将响应曲线画于同一图上，并加上标注。
>> sys1=tf(1,[1,0.2,1]);... sys2=tf(1,[1,0.4,1]);... sys3=tf(1,[1,0.8,1]);... sys4=tf(1,[1,1.2,1]);... sys5=tf(1,[1,1.6,1]);... sys6=tf(1,[1,2,1]);...step(sys1,sys2,sys3,sys4,sys5,sys6)3、二阶系统为10210)(2++=s s s φ编写程序，求系统的根、阻尼比、无阻尼震荡频率和响应曲线，计算（注意不是从响应图上读出）出峰值、峰值时间和过渡时间，并与理论公式计算值比较。
>>sys=tf(10,[1,2,10]);damp(sys);[wn,z]=damp(sys);impulse(sys);[y,t,x]=impulse(sys);mp=max(y);tp=spline(y,t,mp);ts5=3/(wn(1)*z(1));ts2=4/(wn(1)*z(1));mptpts5ts24、编写函数，输入参数为对象模型sys，求该对象模型的单位斜坡输入响应，将输入和输出曲线画于同一图上。
自动控制仿真实验一：控制系统的时域分析.
仿真实验一：控制系统的时域分析1. 实验目的：● 观察控制系统的时域响应；● 记录单位阶跃响应曲线；● 掌握时间响应分析的一般方法；● 初步了解控制系统的调节过程。
2. 实验步骤：● 将‘实验一代码’这个文件夹拷贝到桌面上; ● 开机进入Matlab6.1运行界面;● 通过下面方法将当前路径设置为‘实验一代码’这个文件夹所在的路径● Matlab 指令窗>>后面输入指令：con_sys; 进入本次实验主界面。
● 分别双击上图中的三个按键，依次完成实验内容。
● 本次实验的相关Matlab 函数：传递函数G=tf([num],[den]可输入一传递函数，其中num 、den 分别表示分子、分母按降幂排列的系数。
如的num 和den 分别是num=[1 4]和den=[1 1 0]，则此时的传递函数G 的Matlab 代码是：G=tf([1 4]，[1 1 0]或G=tf([num],[den]。
如的num 和den 分别是num=[1 4]和den=conv（[1 0.2]，[1 2]），则此时的传递函数G 的Matlab 代码是：G=tf([1 4]，conv （[1 0.2]，[1 2]）或G=tf([num],[den]。
3. 实验内容：124( s G s s s +=+((14( 0.22s G s s s +=++观察一阶系统G=1/(T+s的时域响应：取3个不同的时间常数T ，分别观察该时间常数下系统的四个典型响应：脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。
将实验结果图记录下来，利用Alt+ Prisc组合按钮实现截图。
二阶系统的时域性能分析：(1 固定自然频率与阻尼比，调节响应时间滑块，记录阶跃响应最终出现稳定值时的实验结果，包括极点分布图与阶跃响应图。
(2 调节自然频率与阻尼比，要求：Tr<0.56s；Tp<1.29s；Ts<5.46；超调不大于5％.记录下满足上述要求的自然频率与阻尼比的2组数据，以及对应的极点分布图与阶跃响应图。
控制系统的时域分析实验报告
控制系统的时域分析实验报告实验目的：1.了解控制系统的时域分析方法；2.学习使用MATLAB进行时域分析；3.通过实验验证时域分析的准确性。
实验原理：时域分析是控制系统研究中的一种方法，通过研究系统在时间上的响应来研究系统的动态特性和稳定性。
在时域分析中，常用的方法包括脉冲响应、阶跃响应和正弦响应等。
通过对这些响应进行观察和分析，可以得到系统的各种性能指标，如超调量、响应时间、稳态误差等。
实验步骤：1.使用MATLAB编写程序，生成一个二阶控制系统的传递函数。
2.通过给控制系统输入一定的信号，观察系统的脉冲响应，并记录脉冲响应图像。
3.给控制系统输入一个阶跃信号，观察系统的阶跃响应，并记录阶跃响应图像。
4.给控制系统输入一个正弦信号，观察系统的正弦响应，并记录正弦响应图像。
5.根据实验数据，使用MATLAB分析系统的性能指标，如超调量、响应时间和稳态误差等。
实验结果：通过实验测得的数据和MATLAB分析，得到了控制系统的各种性能指标。
例如，测得的脉冲响应图像显示了系统的初值响应特性；阶跃响应图像显示了系统的过渡过程；正弦响应图像显示了系统的频率响应特性。
通过分析这些响应图像，可以得到系统的超调量、响应时间和稳态误差等指标。
实验结论：1.通过实验和分析，了解了控制系统的时域分析方法；2.掌握了使用MATLAB进行时域分析的技巧；3.实验证明了时域分析在控制系统研究中的重要性和准确性。
实验心得：通过进行控制系统的时域分析实验，我深刻认识到了时域分析在控制系统研究中的重要性。
通过观察和分析系统的脉冲响应、阶跃响应和正弦响应，可以全面了解系统的动态特性和稳定性。
同时，学会了使用MATLAB进行控制系统的时域分析，这将在我未来的研究工作中发挥重要作用。
实验结果验证了时域分析的准确性，这对我提高对控制系统的理解和研究能力有着积极影响。
实验二 控制系统的时域分析
自动控制原理MATLAB仿真实验化工机械系12自动化应凯业学号1220301015实验二 控制系统的时域分析一、实验目的学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性。
二、预习要点1、 系统的典型响应有哪些？2、 如何判断系统稳定性？3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法（一） 四种典型响应1、 阶跃响应：阶跃响应常用格式：1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。
2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。
3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。
4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。
2、 脉冲响应：脉冲函数在数学上的精确定义：0,0)(1)(0〉==⎰∞t x f dx x f其拉氏变换为：)()()()(1)(s G s f s G s Y s f ===所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。
脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ②);,();,(T sys impulse Tn sys impulse③ ),(T sys impulse Y =（二） 分析系统稳定性 有以下三种方法：1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图；2、 利用tf2zp 求出系统零极点；3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.四、实验内容1． 系统传函为()27243645232345234+++++++++=s s s s s s s s s s G ，试判断其稳定性2． 用Matlab 求出253722)(2342++++++=s s s s s s s G 的极点。
自动控制实验一报告线性系统的时域分析
自动控制实验一报告线性系统的时域分析一、实验目的掌握线性系统的时域分析方法，建立线性系统的数学模型，研究系统的时域性质。
二、实验原理在自动控制的研究中，线性系统是经常遇到的一类系统，因此，对于线性系统的时域分析方法的掌握具有重要的意义。
线性系统可以表示为：y(t) = G(s)u(t)其中，y(t)表示系统的输出，u(t)表示系统的输入，G(s)为系统的传递函数。
针对线性系统，在时域分析中主要研究一下内容：1. 稳态响应：系统在稳态下对于一个特定输入的响应情况。
2. 瞬态响应：系统对一个突发性的输入信号的反应过程。
4. 零输入响应：在没有输入信号的作用下，系统根据初始条件的不同，会有不同的响应状态。
三、实验步骤1. 确定被测对象，建立数学模型。
2. 给被测系统输入信号，并观测系统的响应情况。
3. 分别计算系统的稳态响应、瞬态响应、零状态响应、零输入响应。
4. 根据实验结果，分析线性系统的时域性质。
四、实验结果假设被测系统的传递函数为：G(s) = 2/(s^2 + 2s + 1)1. 稳态响应当输入信号为u(t) = sin(t)时，系统的稳态响应为：经过计算得出：y(t) = 2/5 * sin(t) - 4/5 * cos(t) + 2/5 * e^(-t) * sin(t)在初始条件下，假设系统的输出为y(0) = 0，y'(0) = 0。
4. 零输入响应系统的零输入响应为：五、实验分析稳态响应，是系统对于一个恒定输入后达到的一种平衡状态，这种状态表现为系统的响应有一定的规律性，产生一种熟悉的模式。
瞬态响应，是系统对于一个突然性变化的输入信号的快速反应过程，这种响应不仅和输入信号有关系，还与系统的特性有关系。
零状态响应，是假设不存在任何输入信号的情况下，系统的响应，只和系统自身的初始状态有关系，一旦有一个初始状态就可以对未来的响应进行预测。
零输入响应，是假设没有输入信号的情况下，系统本身状态的演化过程，也被称为自由响应。
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课程名称： 控制理论 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称： 控制系统的时域分析 实验类型：________________同组学生姓名：__________
一、实验目的和要求
1．用计算机辅助分析的办法，掌握系统的时域分析方法。
2．熟悉Simulink 仿真环境。
二、实验内容和原理
（一）实验原理
系统仿真实质上就是对系统模型的求解，对控制系统来说，一般模型可转化成某个微分方程或差分方程表示，因此在仿真过程中，一般以某种数值算法从初态出发，逐步计算系统的响应，最后绘制出系统的响应曲线，进而可分析系统的性能。
控制系统最常用的时域分析方法是，当输入信号为单位阶跃和单位冲激函数时，求出系统的输出响应，分别称为单位阶跃响应和单位冲激响应。
在MA TLAB 中，提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step ，单位冲激响应函数impulse ，零输入响应函数initial 等等。
（二）实验内容
二阶系统，其状态方程模型为
•1x -0.5572 -0.7814 1x 1
= + u
•2x 0.7814 0 2x 0
1x
y = [1.9691 6.4493] +[0] u
2x
1．画出系统的单位阶跃响应曲线；
2．画出系统的冲激响应曲线；
3．当系统的初始状态为x0=[1,0]时，画出系统的零输入响应；
4．当系统的初始状态为零时，画出系统斜坡输入响应；
（三）实验要求
1．编制MA TLAB 程序，画出单位阶跃响应曲线、冲击响应曲线、系统的零输入响应、斜坡输入响应；
2．在Simulink 仿真环境中，组成系统的仿真框图，观察单位阶跃响应曲线并记录之。
三、主要仪器设备
计算机一台以及matlab 软件，simulink 仿真环境
四、操作方法与实验步骤
1、程序解决方案：
G=ss(A,B,C,D);
G1=tf(G);%将状态空间模型转换为传递函数
figure;step(G1);%画阶跃响应曲线
grid on;
title('系统单位阶跃响应');
xlabel('t/s');ylabel('c(t)');
figure;impulse(G1);%画冲激响应
title('系统冲激响应');
xlabel('t/s');ylabel('c(t)');
grid on;
x0=[1 0];
figure;initial(G,x0);%画零输入响应
title('x0=[1,0]时的零输入响应');
xlabel('t/s');ylabel('c(t)');
grid on;
%斜坡响应
s=tf('s')
G2=G1/s^2;
figure;impulse(G2,10);
title('斜坡输入响应');
xlabel('t/s');ylabel('c(t)');
grid on;
end
在MATLAB命令窗口中输入下列命令：并返回系统的传递函数
>> clear
>> A=[-0.5572,-0.7814;0.7814,0];
>> B=[1 0]';
>> C=[1.9691 6.4493];
>> D=[0];
>> G1=shiyu(A,B,C,D)
Transfer function:
1.969 s + 5.039
-----------------------
s^2 + 0.5572 s + 0.6106
其输出的曲线如下
2、Simulink仿真环境实现方式
在simulink中建立以下模型：
其中，state-space模块设置如下图：
点击运行，得到如下所示的波形：
五、讨论、心得
通过此次MATLAB实验，我掌握了利用MATLAB工具分析控制理论中一些时域的问题。
整个问题并不是很难。
在编写程序时，选择了编写一个function的.m文件，同时返回了系统的传递函数并输出了所需要的四幅图像。
这样的方法具有通用性，当ABCD四个矩阵发生变化时不需要重新写程序，直接调用该函
数即可实现功能。
这是出于程序的通用性方面的考虑。
在编写程序的过程中，熟悉了一些时域分析MATLAB 函数的调用方式。
关于simulink模块的实现，在之前实验的仿真就已经用过。
只不过之前图像的做法是输出数组，在命令窗口中调用plot函数画出来，这主要是因为示波器的图像背景是黑颜色的，不方便打印。
通过查资料，此次实验我解决了这个问题。
方式如下：
在出现示波器的图像后，在命令窗口中输入如下命令
>> set(0,'ShowHiddenHandles','On')
>> set(gcf,'menubar','figure')；
然后在示波器图像上把需要修改的颜色进行修改即可。
总的来说，本实验内容不难，只是需要对软件有一定的熟悉度。
因此本实验所花费的大多数时间也是在不断熟悉里面的函数命令，同时也感觉到了MATLAB的强大，许多的东西只需要借助计算机就可以得到结果。