计算机控制系统仿真实验-LIN
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计算机控制系统 仿真实验
实验及报告要求： 1.预习： 实验之前在实验报告上书写实验目的， 实验原理， 实验内容及理论计算部分； 看懂实验指导书上的例题。 2.上机：根据实验指导书及 Matlab 的 help 文件学习函数调用方法，自己编程序实现 实验内容的要求。 3.报告：将实验程序及输出数据（中间数据可以省略）或图形保存为电子文档，页面 设置纸型大小统一为 A4，打印并粘贴在实验报告合适位置（每段程序及图形应标注出相应 实验内容） ；根据实验结果回答思考题。 注：要求实验报告书写整洁，在规定时间内完成并上交。根据实验内容及报告完成情 况给出实验成绩（优、良、中、差） ，迟交者适当降低当次成绩，不交者当次成绩为 0，所 有实验成绩经综合后按合后将以比例记入本课程期末综合成绩中。 编码规范 1 每个程序文件（.m 文件）开头的 Help 部分 1)简要描述程序实现的功能； 2)程序名尽量使用完整的英文单词组成； 3)列出程序的调用格式； 4)分别列出输入输出参数的意义，格式（标量、矢量、矩阵）以及其它限制。 邮件写成 word 文件以附件形式寄往 yonglin@yeah.net，邮件名格式为“学号姓名第 几次实验报告” 。一共 7 个实验，第一次完成 1、2，第二次完成 3、4，第三次完成 5、6， 第四次完成 7.
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计算机控制系统 仿真实验
图 1.9
S 函数的界面
图 1.10 三、实验内容 1．熟悉 Simulink 和环境和各实验模块 2．熟悉 Simulink 中的离散系统模块
S 函数的设置界面
四、实验预习要求 1．自学 MATLAB 语言； 2．掌握 MATLAB 有关的命令；
第6页Baidu Nhomakorabea
2. 信号基本运算的 MATLAB 实现 信号基本运算是乘法、加法、尺度、反转、平移、微分、积分，实现方法有数值法和符号法 例 1-11 以 f(t)为三角信号为例，求 f(2t) , f(2-2t) t=-3:0.001:3; ft=tripuls(t,4,0.5); subplot(3,1,1); plot(t,ft); grid on; title ('f(t)'); ft1= tripuls(2*t,4,0.5); subplot(3,1,2); plot(t,ft1); grid on; title ('f(2t)'); ft2= tripuls(2-2*t,4,0.5); subplot(3,1,3); plot(t,ft2); grid on; title ('f(2-2t)'); 例 1-12 已知 f1(t)=sinwt , f2(t)=sin8wt , w=2pi , 求 f1(t)+f2(t)和 f1(t)f2(t) 的波形图 w=2*pi; t=0:0.01:3; f1=sin(w*t); f2=sin(8*w*t); subplot(211) plot(t,f1+1,':',t,f1-1,':',t,f1+f2)
正弦信号 正弦信号在 MATLAB 中用 sin 函数表示。 调用格式为 ft=A*sin(w*t+phi) A=1; w=2*pi; phi=pi/6; t=0:0.01:8; %定义时间点 ft=A*sin(w*t+phi); %计算这些点的函数值 plot(t,ft); %画图命令 grid on; %在图上画方格 抽样信号 抽样信号 Sa(t)=sin(t)/t 在 MATLAB 中用 sinc 函数表示。
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计算机控制系统 仿真实验
实验〇 熟悉仿真环境
一、实验目的 1．学习使用 Simulink 仿真软件； 2．学会建立基于 Simulink 的控制系统仿真模型。 二、Simulink 的基础知识和相关模块 1．启动 MATLAB 计算机启动后，打开 MATLAB 软件，有两种方法：一是双击桌面上
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计算机控制系统 仿真实验
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计算机控制系统 仿真实验
实验一
一、实验目的
基本信号在 MATLAB 中的表示和运算
1. 学会用 MATLAB 表示常用连续信号的方法； 2. 学会用 MATLAB 进行信号基本运算的方法； 二、实验原理 1. 连续信号的 MATLAB 表示 MATLAB 提供了大量的生成基本信号的函数，例如指数信号、正余弦信号。 表示连续时间信号有两种方法，一是数值法，二是符号法。数值法是定义某一时间范围和取样 时间间隔，然后调用该函数计算这些点的函数值，得到两组数值矢量，可用绘图语句画出其波形； 符号法是利用 MATLAB 的符号运算功能，需定义符号变量和符号函数，运算结果是符号表达的解 析式，也可用绘图语句画出其波形图。 例 1-1 指数信号 指数信号在 MATLAB 中用 exp 函数表示。
例 1-4 三角信号 三角信号在 MATLAB 中用 tripuls 函数表示。 调用格式为 ft=tripuls(t,width,skew)，产生幅度为 1，宽度为 width，且以 0 为中心左右各展开 width/2
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计算机控制系统 仿真实验
大小，斜度为 skew 的三角波。width 的默认值是 1，skew 的取值范围是-1~+1 之间。一般最大幅度 1 出 现在 t=(width/2)*skew 的横坐标位置。 t=-3:0.01:3; ft=tripuls(t,4,0.5); plot(t,ft); grid on; axis([-3,3,-0.5,1.5]); 例1-5 虚指数信号 调用格式是 f=exp((j*w)*t) t=0:0.01:15; w=pi/4; X=exp(j*w*t); Xr=real(X); %取实部 Xi=imag(X); %取虚部 Xa=abs(X); %取模 Xn=angle(X); %取相位 subplot(2,2,1),plot(t,Xr),axis([0,15,-(max(Xa)+0.5),max(Xa)+0.5]), title('实部'); subplot(2,2,3),plot(t,Xi),axis([0,15,-(max(Xa)+0.5),max(Xa)+0.5]), title('虚部'); subplot(2,2,2), plot(t,Xa),axis([0,15,0,max(Xa)+1]),title('模'); subplot(2,2,4),plot(t,Xn),axis([0,15,-(max(Xn)+1),max(Xn)+1]),title('相角'); %subplot(m,n,i) 命令是建立 m 行 n 列画图窗口，并指定画图位置 i 例1-6 复指数信号 调用格式是 f=exp((a+j*b)*t) t=0:0.01:3; a=-1;b=10; f=exp((a+j*b)*t); subplot(2,2,1),plot(t,real(f)),title('实部') subplot(2,2,3),plot(t,imag(f)),title('虚部') subplot(2,2,2),plot(t,abs(f)),title('模') subplot(2,2,4),plot(t,angle(f)),title('相角')
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计算机控制系统 仿真实验
图 1.2 3．打开 Simulink 的库
打开 Simulink 的界面
Simulink 的工具栏如图 1.3 所示，打开其中的 图 1.4 所示。
即可进入 Simulink 库的界面，具体如
图 1.3
Simulink 的工具栏
图 1.4 4．实验中用到的模块介绍 （1）传递函数模块
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计算机控制系统 仿真实验
syms t y=sin(pi/4*t) ezplot(y,[-16,16]) 或者 f=sym('sin(pi/4*t)') ezplot(f,[-16,16]) j)
%定义符号变量 t %符号函数表达式 %符号函数画图命令 %定义符号函数表达式
单位阶跃信号 MATTLAB 符号数学函数 Heaviside 表示阶跃信号， 但要画图需在工作目录创建 Heaviside 的 M 文件 function f=Heaviside(t) f=(t>0); 保存，文件名是 Heaviside ，调用该函数即可画图，例 t=-1:0.01:3; f=heaviside(t); plot(t,f) axis([-1,3,-0.2,1.2]) 或者 y=sym('Heaviside(t)'); ezplot(y,[-1,5]);grid on
例 1-7 矩形脉冲信号 矩形脉冲信号可用 rectpuls 函数产生， 调用格式为 y=rectpuls(t,width),幅度是 1，宽度是 width，以 t=0 为对称中心。 t=-2:0.01:2; width=1; ft=2*rectpuls(t,width); plot(t,ft) grid on; 例 1-8 单位阶跃信号 单位阶跃信号 u(t)用“t>=0”产生，调用格式为 ft=(t>=0) t=-1:0.01:5; ft=(t>=0); plot(t,ft); grid on; axis([-1,5,-0.5,1.5]); 例 1-9 正弦信号符号算法
例 1-3
定义为 Sa (t ) sin c (t / ) t=-3*pi:pi/100:3*pi; ft=sinc(t/pi); plot(t,ft); grid on; axis([-10,10,-0.5,1.2]); title('抽样信号')
%定义画图范围，横轴，纵轴 %定义图的标题名字
传递函数的设置界面
控制系统方框图中的比较器在 Simulink－Math Operations 中，具体如图 1.6 所示，即 Sum 模块。
图 1.6 （3）示波器（显示监视点的波形）
比较器的界面
示波器在 Simulink－Sinks 中，具体如图 1.7 所示，即 Scope 模块。
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at
如 f (t ) Ae ，调用格式为 A=1; a=-0.4; t=0:0.01:10; ft=A*exp(a*t); plot(t,ft); grid on; 例 1-2
ft=A*exp(a*t) 程序是
%定义时间点 %计算这些点的函数值 %画图命令，用直线段连接函数值表示曲线 %在图上画方格
图标：一是
点击开始菜单的程序，从级联菜单中找到“MATLAB” ，单击“MATLAB”即可。其界面 如图 1.1 所示。
图 1.1 MATLAB 界面
2．启动 Simulink 打开 MATLAB 主界面中的文件菜单，选择 Model 即可打开 Simulink 仿真环境。其界 面如图 1.2 所示。
Simulink 库的界面
打开 Simulink 库中的“Continuous” ，在右边一栏中即可见到传递函数模块，即如图 4
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计算机控制系统 仿真实验
中的蓝色模块。 传递函数模块的设置是在弹出框中分别输入分子和分母的系数即可， 具体界面如图 1.5 所示。
图 1.5 （2）比较器
计算机控制系统 仿真实验
图 1.7 （4）信号源
示波器的界面
信号源是用来提供各种系统输入信号，如阶跃信号，速度信号等，信号源模块在 Simulink-Sources 中， 阶跃信号即为 Step 模块， 速度信号为 Ramp 模块， 具体如图 1.8 所示。
图 1.8 （5）S 函数
信号源的界面
S 函数是提供 Simulink 与.m 文件的接口，S 函数模块在 Simulink－ User－Defined Functions 中 S－Function 模块，具体如图 1.9 所示。S 函数的设置是通过双击 S 函数模块， 在其弹出界面中分别输入需要链接的.m 函数的函数名和相应的参数，如果需要链接的.m 函数为 pidcon.m，其参数分别为 1，0.75，0.3，0.03，10，则其界面如图 1.10 所示。
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实验及报告要求： 1.预习： 实验之前在实验报告上书写实验目的， 实验原理， 实验内容及理论计算部分； 看懂实验指导书上的例题。 2.上机：根据实验指导书及 Matlab 的 help 文件学习函数调用方法，自己编程序实现 实验内容的要求。 3.报告：将实验程序及输出数据（中间数据可以省略）或图形保存为电子文档，页面 设置纸型大小统一为 A4，打印并粘贴在实验报告合适位置（每段程序及图形应标注出相应 实验内容） ；根据实验结果回答思考题。 注：要求实验报告书写整洁，在规定时间内完成并上交。根据实验内容及报告完成情 况给出实验成绩（优、良、中、差） ，迟交者适当降低当次成绩，不交者当次成绩为 0，所 有实验成绩经综合后按合后将以比例记入本课程期末综合成绩中。 编码规范 1 每个程序文件（.m 文件）开头的 Help 部分 1)简要描述程序实现的功能； 2)程序名尽量使用完整的英文单词组成； 3)列出程序的调用格式； 4)分别列出输入输出参数的意义，格式（标量、矢量、矩阵）以及其它限制。 邮件写成 word 文件以附件形式寄往 yonglin@yeah.net，邮件名格式为“学号姓名第 几次实验报告” 。一共 7 个实验，第一次完成 1、2，第二次完成 3、4，第三次完成 5、6， 第四次完成 7.
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图 1.9
S 函数的界面
图 1.10 三、实验内容 1．熟悉 Simulink 和环境和各实验模块 2．熟悉 Simulink 中的离散系统模块
S 函数的设置界面
四、实验预习要求 1．自学 MATLAB 语言； 2．掌握 MATLAB 有关的命令；
第6页Baidu Nhomakorabea
2. 信号基本运算的 MATLAB 实现 信号基本运算是乘法、加法、尺度、反转、平移、微分、积分，实现方法有数值法和符号法 例 1-11 以 f(t)为三角信号为例，求 f(2t) , f(2-2t) t=-3:0.001:3; ft=tripuls(t,4,0.5); subplot(3,1,1); plot(t,ft); grid on; title ('f(t)'); ft1= tripuls(2*t,4,0.5); subplot(3,1,2); plot(t,ft1); grid on; title ('f(2t)'); ft2= tripuls(2-2*t,4,0.5); subplot(3,1,3); plot(t,ft2); grid on; title ('f(2-2t)'); 例 1-12 已知 f1(t)=sinwt , f2(t)=sin8wt , w=2pi , 求 f1(t)+f2(t)和 f1(t)f2(t) 的波形图 w=2*pi; t=0:0.01:3; f1=sin(w*t); f2=sin(8*w*t); subplot(211) plot(t,f1+1,':',t,f1-1,':',t,f1+f2)
正弦信号 正弦信号在 MATLAB 中用 sin 函数表示。 调用格式为 ft=A*sin(w*t+phi) A=1; w=2*pi; phi=pi/6; t=0:0.01:8; %定义时间点 ft=A*sin(w*t+phi); %计算这些点的函数值 plot(t,ft); %画图命令 grid on; %在图上画方格 抽样信号 抽样信号 Sa(t)=sin(t)/t 在 MATLAB 中用 sinc 函数表示。
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实验〇 熟悉仿真环境
一、实验目的 1．学习使用 Simulink 仿真软件； 2．学会建立基于 Simulink 的控制系统仿真模型。 二、Simulink 的基础知识和相关模块 1．启动 MATLAB 计算机启动后，打开 MATLAB 软件，有两种方法：一是双击桌面上
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实验一
一、实验目的
基本信号在 MATLAB 中的表示和运算
1. 学会用 MATLAB 表示常用连续信号的方法； 2. 学会用 MATLAB 进行信号基本运算的方法； 二、实验原理 1. 连续信号的 MATLAB 表示 MATLAB 提供了大量的生成基本信号的函数，例如指数信号、正余弦信号。 表示连续时间信号有两种方法，一是数值法，二是符号法。数值法是定义某一时间范围和取样 时间间隔，然后调用该函数计算这些点的函数值，得到两组数值矢量，可用绘图语句画出其波形； 符号法是利用 MATLAB 的符号运算功能，需定义符号变量和符号函数，运算结果是符号表达的解 析式，也可用绘图语句画出其波形图。 例 1-1 指数信号 指数信号在 MATLAB 中用 exp 函数表示。
例 1-4 三角信号 三角信号在 MATLAB 中用 tripuls 函数表示。 调用格式为 ft=tripuls(t,width,skew)，产生幅度为 1，宽度为 width，且以 0 为中心左右各展开 width/2
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大小，斜度为 skew 的三角波。width 的默认值是 1，skew 的取值范围是-1~+1 之间。一般最大幅度 1 出 现在 t=(width/2)*skew 的横坐标位置。 t=-3:0.01:3; ft=tripuls(t,4,0.5); plot(t,ft); grid on; axis([-3,3,-0.5,1.5]); 例1-5 虚指数信号 调用格式是 f=exp((j*w)*t) t=0:0.01:15; w=pi/4; X=exp(j*w*t); Xr=real(X); %取实部 Xi=imag(X); %取虚部 Xa=abs(X); %取模 Xn=angle(X); %取相位 subplot(2,2,1),plot(t,Xr),axis([0,15,-(max(Xa)+0.5),max(Xa)+0.5]), title('实部'); subplot(2,2,3),plot(t,Xi),axis([0,15,-(max(Xa)+0.5),max(Xa)+0.5]), title('虚部'); subplot(2,2,2), plot(t,Xa),axis([0,15,0,max(Xa)+1]),title('模'); subplot(2,2,4),plot(t,Xn),axis([0,15,-(max(Xn)+1),max(Xn)+1]),title('相角'); %subplot(m,n,i) 命令是建立 m 行 n 列画图窗口，并指定画图位置 i 例1-6 复指数信号 调用格式是 f=exp((a+j*b)*t) t=0:0.01:3; a=-1;b=10; f=exp((a+j*b)*t); subplot(2,2,1),plot(t,real(f)),title('实部') subplot(2,2,3),plot(t,imag(f)),title('虚部') subplot(2,2,2),plot(t,abs(f)),title('模') subplot(2,2,4),plot(t,angle(f)),title('相角')
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图 1.2 3．打开 Simulink 的库
打开 Simulink 的界面
Simulink 的工具栏如图 1.3 所示，打开其中的 图 1.4 所示。
即可进入 Simulink 库的界面，具体如
图 1.3
Simulink 的工具栏
图 1.4 4．实验中用到的模块介绍 （1）传递函数模块
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syms t y=sin(pi/4*t) ezplot(y,[-16,16]) 或者 f=sym('sin(pi/4*t)') ezplot(f,[-16,16]) j)
%定义符号变量 t %符号函数表达式 %符号函数画图命令 %定义符号函数表达式
单位阶跃信号 MATTLAB 符号数学函数 Heaviside 表示阶跃信号， 但要画图需在工作目录创建 Heaviside 的 M 文件 function f=Heaviside(t) f=(t>0); 保存，文件名是 Heaviside ，调用该函数即可画图，例 t=-1:0.01:3; f=heaviside(t); plot(t,f) axis([-1,3,-0.2,1.2]) 或者 y=sym('Heaviside(t)'); ezplot(y,[-1,5]);grid on
例 1-7 矩形脉冲信号 矩形脉冲信号可用 rectpuls 函数产生， 调用格式为 y=rectpuls(t,width),幅度是 1，宽度是 width，以 t=0 为对称中心。 t=-2:0.01:2; width=1; ft=2*rectpuls(t,width); plot(t,ft) grid on; 例 1-8 单位阶跃信号 单位阶跃信号 u(t)用“t>=0”产生，调用格式为 ft=(t>=0) t=-1:0.01:5; ft=(t>=0); plot(t,ft); grid on; axis([-1,5,-0.5,1.5]); 例 1-9 正弦信号符号算法
例 1-3
定义为 Sa (t ) sin c (t / ) t=-3*pi:pi/100:3*pi; ft=sinc(t/pi); plot(t,ft); grid on; axis([-10,10,-0.5,1.2]); title('抽样信号')
%定义画图范围，横轴，纵轴 %定义图的标题名字
传递函数的设置界面
控制系统方框图中的比较器在 Simulink－Math Operations 中，具体如图 1.6 所示，即 Sum 模块。
图 1.6 （3）示波器（显示监视点的波形）
比较器的界面
示波器在 Simulink－Sinks 中，具体如图 1.7 所示，即 Scope 模块。
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如 f (t ) Ae ，调用格式为 A=1; a=-0.4; t=0:0.01:10; ft=A*exp(a*t); plot(t,ft); grid on; 例 1-2
ft=A*exp(a*t) 程序是
%定义时间点 %计算这些点的函数值 %画图命令，用直线段连接函数值表示曲线 %在图上画方格
图标：一是
点击开始菜单的程序，从级联菜单中找到“MATLAB” ，单击“MATLAB”即可。其界面 如图 1.1 所示。
图 1.1 MATLAB 界面
2．启动 Simulink 打开 MATLAB 主界面中的文件菜单，选择 Model 即可打开 Simulink 仿真环境。其界 面如图 1.2 所示。
Simulink 库的界面
打开 Simulink 库中的“Continuous” ，在右边一栏中即可见到传递函数模块，即如图 4
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中的蓝色模块。 传递函数模块的设置是在弹出框中分别输入分子和分母的系数即可， 具体界面如图 1.5 所示。
图 1.5 （2）比较器
计算机控制系统 仿真实验
图 1.7 （4）信号源
示波器的界面
信号源是用来提供各种系统输入信号，如阶跃信号，速度信号等，信号源模块在 Simulink-Sources 中， 阶跃信号即为 Step 模块， 速度信号为 Ramp 模块， 具体如图 1.8 所示。
图 1.8 （5）S 函数
信号源的界面
S 函数是提供 Simulink 与.m 文件的接口，S 函数模块在 Simulink－ User－Defined Functions 中 S－Function 模块，具体如图 1.9 所示。S 函数的设置是通过双击 S 函数模块， 在其弹出界面中分别输入需要链接的.m 函数的函数名和相应的参数，如果需要链接的.m 函数为 pidcon.m，其参数分别为 1，0.75，0.3，0.03，10，则其界面如图 1.10 所示。
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