实验三 二阶系统MATLAB仿真(DG)
MATLAB与控制系统仿真实验报告
MATLAB与控制系统仿真实验报告第一篇：MATLAB与控制系统仿真实验报告《MATLAB与控制系统仿真》实验报告2013-2014学年第 1 学期专业：班级：学号：姓名：实验三 MATLAB图形系统一、实验目的：1.掌握绘制二维图形的常用函数。
2.掌握绘制三维图形的常用函数。
3.熟悉利用图形对象进行绘图操作的方法。
4.掌握绘制图形的辅助操作。
二、实验原理：1，二维数据曲线图（1）绘制单根二维曲线plot(x,y);（2）绘制多根二维曲线plot(x,y)当x是向量，y是有一维与x同维的矩阵时，则绘制多根不同颜色的曲线。
当x，y是同维矩阵时，则以x，y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。
（3）含有多个输入参数的plot函数plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn)（4）具有两个纵坐标标度的图形plotyy(x1,y1,x2,y2)2,图形标注与坐标控制1）title(图形名称)；2）xlabel（x轴说明）3）ylabel（y轴说明）4）text（x，y图形说明）5）legend（图例1，图例2，…）6）axis（[xmin xmax ymin ymax zmin zmax]）3, 图形窗口的分割 subplot（m,n,p）4,三维曲线plot3（x1,y1,z1,选项1，x2,y2，选项2，…,xn,yn,zn,选项n）5，三维曲面mesh(x,y,z,c)与surf(x,y,z,c)。
一般情况下，x，y，z是维数相同的矩阵。
X，y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同高度下的颜色范围。
6，图像处理1）imread和imwrite函数这两个函数分别用于将图象文件读入matlab工作空间，以及将图象数据和色图数据一起写入一定格式的图象文件。
2）image和imagesc函数这两个函数用于图象显示。
为了保证图象的显示效果，一般还应使用colormap函数设置图象色图。
《机械工程控制基础》Matlab仿真实验报告单(实验三)
红河学院工学院实验报告单《机械工程控制基础》Matlab仿真实验报告单课程名称：《机械工程控制基础》实验姓名：日期：成绩：年级专业：2011级机械工程学号：实验场地：任美福楼222实验三：二阶线性系统时域性能指标的Matlab仿真实验一、实验内容。
1、二阶线性系统2424s s++单位阶跃响应的时域性能指标。
2、二阶线性系统236 1236s sξ++，当0.1,0.4,0.7,1,2,3ξ=时，单位阶跃响应的Matlab仿真。
3、二阶线性系统222nn ns sωωω++，当0.5,1,1.5,3,5,10nω=时，单位阶跃响应的Matlab仿真。
二、实验目的。
1、熟悉Matlab操作；2、常握Matlab中二阶线性系统的时域性能指标的求法。
3、常握Matlab中二阶线性系统无阻屁固有频率不变，阻尼比变化时对单位阶跃响应的影响，以及阻尼比不变时，无阻尼固有频率变化时对单位阶跃响应的影响。
三、相关Matlab仿真程序与仿真图形。
四、根据实验结果，讨论：（1）当二阶线性系统无阻尼固有频率不变时，阻尼ω比ξ对调节时间的影响；（2）当二阶线性系统阻尼比不变时，无阻尼固有频率n 对调节时间的影响；附件：程序1 二阶线性系统2848s s ++单位阶跃响应的时域性能指标。
clearnum=[8];den=[1 4 8];disp('二阶系统传递函数') %运行结果显示“二阶系统传递函数”这样的字样。
disp是一命令。
Gs=tf(num,den)disp('无阻尼固有频率与阻尼比')[Wn Xita ]=damp(Gs) %damp 是一个命令，用于求取传递函数的无阻尼固有频率、阻尼比、极点。
Wn 是一变量符号，表示无阻尼固有频率n ω，Xita 一变量符号，表示阻尼比ξ。
Wn=Wn(1) %取无阻尼固有频率。
Xita= Xita(1) %取阻尼比disp('二阶系统性能指标如下')tr=(pi-atan(sqrt(1-Xita^2)/ Xita))/Wn/sqrt(1-Xita^2) %上升时间tp=pi/Wn/sqrt(1-Xita^2) %峰值时间ts= 3.5/Xita/Wn %调整时间Mp= exp(-pi*Xita/sqrt(1-Xita^2))*100 %最大超调量程序2 二阶线性系统2641664s s ξ++，当0.1,0.2,0.4,0.7,1.0,2.0ξ=时，单位阶跃响应的Matlab 仿真。
自动控制原理实验二阶系统的阶跃响应
自动控制原理实验二阶系统的阶跃响应一、实验目的通过实验观察和分析阶跃响应曲线，了解二阶系统的动态特性，掌握用MATLAB仿真二阶系统阶跃响应曲线的绘制方法，提高对二阶系统动态性能指标的计算与分析能力。
二、实验原理1.二阶系统的传递函数形式为：G(s)=K/[(s+a)(s+b)]其中，K为系统增益，a、b为系统的两个特征根。
特征根的实部决定了系统的稳定性，实部小于零时系统稳定。
2.阶跃响应的拉氏变换表达式为：Y(s)=G(s)/s3.阶跃响应的逆拉氏变换表达式为：y(t)=L^-1{Y(s)}其中，L^-1表示拉氏逆变换。
三、实验内容1.搭建二阶系统，调整增益和特征根，使系统稳定，并记录实际的参数数值。
2.使用MATLAB绘制二阶系统的阶跃响应曲线，并与实际曲线进行对比分析。
四、实验步骤1.搭建二阶系统，调整增益和特征根，使系统稳定。
根据实验要求，选择适当的数字电路元件组合，如电容、电感、电阻等，在实际电路中搭建二阶系统。
2.连接模拟输入信号。
在搭建的二阶系统的输入端接入一个阶跃信号发生器。
3.连接模拟输出信号。
在搭建的二阶系统的输出端接入一个示波器，用于实时观察系统的输出信号。
4.调整增益和特征根。
通过适当调整二阶系统的增益和特征根，使系统达到稳定状态。
记录实际调整参数的数值。
5.使用MATLAB进行仿真绘制。
根据实际搭建的二阶系统参数，利用MATLAB软件进行仿真，绘制出二阶系统的阶跃响应曲线。
6.对比分析实际曲线与仿真曲线。
通过对比分析实际曲线与仿真曲线的差异，分析二阶系统的动态特性。
五、实验结果与分析1.实际曲线的绘制结果。
根据实际参数的输入，记录实际曲线的绘制结果，并描述其特点。
2.仿真曲线的绘制结果。
利用MATLAB软件进行仿真，绘制出仿真曲线，并与实际曲线进行对比分析。
3.实际曲线与仿真曲线的对比分析。
通过对比实际曲线与仿真曲线的差异，分析二阶系统的动态特性，并讨论影响因素。
六、实验讨论与结论1.实验过程中遇到的问题。
自动控制原理MATLAB仿真实验(于海春)
自动控制原理MATLAB仿真实验（于海春）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、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imulink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imulink仿真环境常规模板。
图1-1SIMULINK仿真界面图1-2系统方框图3．在imulink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imulink下的“Continuou”，再将右边窗口中“TranferFen”的图标用左键拖至新建的“untitled”窗口。
2）改变模块参数。
在imulink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imulink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imulink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。
matlab自控仿真实验报告
目录实验一 MATLAB及仿真实验（控制系统的时域分析） (1)实验二 MATLAB及仿真实验（控制系统的根轨迹分析） (4)实验三 MATLAB及仿真实验（控制系统的频域分析） (7)实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析）学习利用MATLAB 进行以下实验，要求熟练掌握实验内容中所用到的指令，并按内容要求完成实验。
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 (一) 稳定性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den=[1 3 4 2 7 2]; p=roots(den) 输出结果是：p =-1.7680 + 1.2673i -1.7680 - 1.2673i 0.4176 + 1.1130i 0.4176 - 1.1130i -0.2991有实部为正根，所以系统不稳定。
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告一、实验目的本实验旨在通过MATLAB软件进行控制系统的仿真，并通过仿真结果分析控制系统的性能。
二、实验器材1.计算机2.MATLAB软件三、实验内容1.搭建控制系统模型在MATLAB软件中，通过使用控制系统工具箱，我们可以搭建不同类型的控制系统模型。
本实验中我们选择了一个简单的比例控制系统模型。
2.设定输入信号我们需要为控制系统提供输入信号进行仿真。
在MATLAB中，我们可以使用信号工具箱来产生不同类型的信号。
本实验中，我们选择了一个阶跃信号作为输入信号。
3.运行仿真通过设置模型参数、输入信号以及仿真时间等相关参数后，我们可以运行仿真。
MATLAB会根据系统模型和输入信号产生输出信号，并显示在仿真界面上。
4.分析控制系统性能根据仿真结果，我们可以对控制系统的性能进行分析。
常见的性能指标包括系统的稳态误差、超调量、响应时间等。
四、实验步骤1. 打开MATLAB软件，并在命令窗口中输入“controlSystemDesigner”命令，打开控制系统工具箱。
2.在控制系统工具箱中选择比例控制器模型，并设置相应的增益参数。
3.在信号工具箱中选择阶跃信号，并设置相应的幅值和起始时间。
4.在仿真界面中设置仿真时间，并点击运行按钮，开始仿真。
5.根据仿真结果，分析控制系统的性能指标，并记录下相应的数值，并根据数值进行分析和讨论。
五、实验结果与分析根据运行仿真获得的结果，我们可以得到控制系统的输出信号曲线。
通过观察输出信号的稳态值、超调量、响应时间等性能指标，我们可以对控制系统的性能进行分析和评价。
六、实验总结通过本次实验，我们学习了如何使用MATLAB软件进行控制系统仿真，并提取控制系统的性能指标。
通过实验，我们可以更加直观地理解控制系统的工作原理，为控制系统设计和分析提供了重要的工具和思路。
七、实验心得通过本次实验，我深刻理解了控制系统仿真的重要性和必要性。
MATLAB软件提供了强大的仿真工具和功能，能够帮助我们更好地理解和分析控制系统的性能。
Matlab实验报告
自动控制技术与其应用实验报告系别：班级：XX：学号：实验二典型环节与其阶跃响应（▲）一、实验目的1. 学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。
2. 学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。
3. 学习用MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。
二、实验设备和仪器1．计算机；2. MA TLAB软件三、实验结果分析与结论1.比例环节 G1(S)=1和G2(S)=2（二选一）比例环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图比例环节特点：成比例，无失真和延迟2.惯性环节 G1(S)=1/(S+1)和G2(S)=1/(0.5S+1) （二选一）绘制：仿真结构图、单位阶跃响应波形图(需要注明必要的特殊点)惯性环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图惯性环节特点：输出量不能立即随输入量的变化而变化，存在时间上延迟，输出无振荡3.积分环节G1(S)=(1/S)和G2(S)=(1/（0.5S）)绘制：仿真结构图、单位阶跃响应波形图(需要注明必要的特殊点)积分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图积分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图积分环节特点：输出量反应输入量的时间积累4.微分环节G1(S)=0.5S和G2(S)=2S绘制：仿真结构图、单位阶跃响应波形图(需要注明必要的特殊点)微分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图微分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图微分环节特点：输出能够预示输入信号的变化趋势5.比例微分环节G1(S)=(2+S)和G2(S)=(1+2S)绘制：仿真结构图、单位阶跃响应波形图(需要注明必要的特殊点)比例微分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图比例微分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图比例微分环节特点：调节与时，偏差小，当输出稳定时的幅值与比例环节的比例系数成正比6.比例积分环节G1（S）=(1+1/S)和G2（S）=2（1+1/2S）绘制：仿真结构图、单位阶跃响应波形图(需要注明必要的特殊点)比例积分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图比例积分环节仿真仿真结构图单位阶跃响应波形图比例积分环节特点：应速度变快，其输出与积分时间常数有关四、实验心得与体会通过实验可以更加形象生动、清晰、一目了然，让我们更容易掌握各个环节的特点，同时掌握了MATLAB 的一些基本绘图仿真知识。
线性二阶系统性能的MATLAB仿真
０
０
２
４
６
８
１０ １２
１４ １６
１８ ２０
时间（ｓ）
图 ２ ξ 相同的二阶系统的单位阶跃响应
１．２ 无阻尼固有频率 ωn 对系统的影响 若阻尼比为定值（令 ξ ＝ ０．１）、无阻尼固有频率发生变化时
（若 ωn 分别为 ５ ｒａｄ／ｓ、１０ ｒａｄ／ｓ 、１ ｒａｄ／ｓ），在单位阶跃输入下，系 统的时间响应曲线如图 ２ 所示，由此可知：
ｘ
０．８９
０．８１
０．６８
０．５
０．３
－３．５
－３
－２．５
－２
－１．５
－１
－０．５
０
实轴
图 ３ 二阶系统零极点分布图
45
Equipment Manufactring Technology No.8，2009
３ 二阶系统的分子对系统的影响
在线性系统传递函数的特点中，已知传递函数的分母反
映的是系统本身的固有特性，输入变化不会影响系统传递函
《装备制造技术》２００９ 年第 ８ 期
的简化以及求出系统传递函数。 （３）方法 ３—— —根据零极点图判断系统的稳定性，即二阶
系统的闭环传递函数的极点严格位于左半 s 平面上，则此系统 稳定。ｐｚｍａｐ 函数可以实现零、极点的求取及分布图的绘制。
（４）方法 ４—— —系统的相对稳定性的判定。利用 ＭＡＴＬＡＢ 提供的 ｍａｒｇｉｎ 函数可以求出系统的幅值裕度、相位裕度、幅值 穿越频率、相位穿越频率，用于判定系统的相对稳定性。
本文以第三种方式直观表述二阶系统的稳定性。 ２．２ 系统型阶的区分
二阶系统特征方程形如 F（s） ＝ a２ s２＋ a１ s＋ a０ ，根据特征方 程系数的取值不同可以将系统分为以下几种：
一阶系统及二阶系统时域特性MatLab仿真实验报告
实验一 一阶系统及二阶系统时域特性MatLab 仿真实验一、实验目的1、使学生通过实验中的系统设计及理论分析方法，帮助学生进一步理解自动控制系统的设计与分析方法。
2、熟悉仿真分析软件。
3、利用Matlab 对一、二阶系统进行时域分析。
4、掌握一阶系统的时域特性，理解常数T 对系统性能的影响。
5、掌握二阶系统的时域特性，理解二阶系统重要参数对系统性能的影响。
二、实验设备计算机和Matlab 仿真软件。
三、实验内容1、一阶系统时域特性 一阶系统11)(+=Ts s G ，影响系统特性的参数是其时间常数T ，T 越大，系统的惯性越大，系统响应越慢。
Matlab 编程仿真T=0.4，1.2，2.0，2.8，3.6，4.4系统单位阶跃响应。
2、二阶系统时域特性a 、二阶线性系统 16416)(2++=s s s G 单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位正弦输入响应的 Matlab 仿真。
b 、下图为具有一微分负反馈的位置随动系统框图，求出系统的闭环传递函数，根据系统瞬态性能指标的定义利用Matlab 分别计算微分反馈时间常数τ为0，0.0125，0.025时系统的上升时间、峰值时间、最大超调量和调整时间。
C 、二阶线性系统3612362++s s ξ，当ξ为0.1，0.2，0.5，0.7，1.0，2.0时，完成单位阶跃响应的Matlab 仿真，分析ξ值对系统响应性能指标的影响。
四、实验要求1、进入机房，学生要严格遵守实验室规定。
2、学生独立完成上述实验，出现问题，教师引导学生独立分析和解决问题。
3、完成相关实验内容，记录程序，观察记录响应曲线，响应曲线及性能指标进行比较，进行实验分析4、分析系统的动态特性。
5、并撰写实验报告，按时提交实验报告。
五、Matlab 编程仿真并进行实验分析1、一阶系统时域特性实验代码：运行曲线：实验分析：由上图分析可知，一阶系统时间常数越大，图像图线越晚达到常值输出，即时间常数T影响系统参数，时间常数越大，系统的惯性越大，系统响应越慢。
自控实验—二、三阶系统动态分析
实验二．二、三阶系统动态分析一．实验目的：1．学习二、三阶系统的电模拟方法及参数测试方法；2．观察二、三阶系统的阶跃响应曲线，了解参数变化对动态特性的影响； 3．学习虚拟仪器（超抵频示波器）的使用方法； 4．使用MATLAB 仿真软件进行时域法分析； 5．了解虚拟实验的使用方法。
二．实验设备及仪器1．模拟实验箱； 2．低频信号发生器；3．虚拟仪器(低频示波器)； 4．计算机；5．MATLABL 仿真软件。
三．实验原理及内容实验原理：1、二阶系统的数学模型系统开环传递函数为系统闭环传递函数为2、 二阶系统暂态性能(a) 延迟时间t d : 系统响应从 0 上升到稳态值的 50% 所需的时间。
)2s (s n 2nςω+ω为阻尼比（，为无阻尼自然振荡频率其中：ςωω+ςω+ω==n 2nn 22ns 2s )s (G )s (R )s (C(b) 上升时间t r : 对于欠阻尼系统是指 , 系统响应从 0 上升到稳态值所需的时间 ; 对于过阻尼系统则指 , 响应从稳态值的 10% 上升到 90% 所需的时间。
(c) 峰值时间t p : 系统响应到达第一个峰值所需的时间。
(d) 最大超调量σp ( 简称超调量 ) : 系统在暂态过程中输出响应超过稳态值的最大偏离量。
通常以单位阶跃响应稳态值的百分数来表示 , 即%100e e esin 1e)t sin(1e1)y(t )y()y()y(t σ22pn pn pn 11t 2t p d 2t p p p ⨯===-=+--=-=∞∞-=-------ζπζζπζζωζωζωϕζϕωζ超调量)t sin(1e 1)t (y d 2tn ϕωζζω+--=- 2n d p d 1ωπωπt 0)t sin()t (y ζω-==∴= 峰值时间求导可得对dr t t ωπt 1y(t)rϕ-=== 可令2n21n πϕωξ-=-t ≈n2d n d 2.06.01t 7.01ως+ς+ως+≈或n2d n d2.06.01t 7.01t ως+ς+≈ως+≈或(e) 调节时间t s : 系统响应到达并不再越出稳态值的容许误差带±Δ所需的最短时间 , 即通常取Δ为稳态值的 5% 或 2% 。
典型二阶系统的控制仿真实验
图1
3.在取 1 的某一固定值时，T 取大于 0 的三个不同值，输入参数如下： 取 Kosai1=0.5，T1=0.如图 2：
图2 4.在 MATLAB—Simulink 仿真环境下绘制曲线： 在固定时间常数情况下：
图3 其中黄线、紫线、蓝线的参数分别为： Kosai1=0.5，T1=2;Kosai2=1，T2=2; Kosai=1.8，T3=2
其总体布置图为：
图4 其中每个图形如下：
图 5Kosai1=0.5，T1=2
图 6 Kosai2=1，T2=2
图 8Kosai=1.8，T3=2 在固定阻尼情况下：Kosai1=0.5，T1=0.5;Kosai2=0.5，T2=1; Kosai=0.5，T3=2
实验一 典型二阶系统的控制仿真实验
一、 实验目的
1. 了解 MATLAB 语言的简单程序设计。 2. 了解 MATLAB Simulink 仿真环境，并能简单建立二阶系统模型。 3. 分别在计算环境和 Simulink 环境下， 通过调整系统参数， 观察系统输出， 加深理解典型二阶系统各参数的意义。
四、 实验结果
1.编制 MATLAB 程序如下： clear all %清除当前窗口中所有的变量 Kosai1=input('Input Kosai1:'); %输入阻尼比ξ1 T1=input('Input T1:'); %输入时间常数 T1 M1=[0 0 1]; %输入传递函数的分子数组 D1=[T1^2 2*Kosai1*T1 1]; %输入传递函数的分母数组 step(M1,D1); %输入阶跃命令 grid on %打开坐标网格 title('二阶系统单位阶跃响应曲线'); %输入图形标题 hold on %保留当前图形窗口 %· · · · · · · · ·重复输入参数、绘制输出响应曲线· · · · · · · · · · · · · · · · Kosai2=input('Input Kosai2:'); T2=input('Input T2:'); M2=[0 0 1]; D2=[T2^2 2*Kosai2*T2 1]; step(M2,D2); hold on Kosai3=input('Input Kosai3:'); T3=input('Input T3:'); M3=[0 0 1]; D3=[T3^2 2*Kosai3*T3 1]; step(M3,D3); hold on 2.在固定时间常数的情况下，输入参数分别为： Kosai1=0.5，T1=2;Kosai2=1，T2=2; Kosai=1.8，T3=2 输出图形如下截图：
matlab仿真实验
matlab仿真实验实验一典型环节的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、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。
图1-1 SIMULINK 仿真界面图1-2 系统方框图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。
经典-二阶系统的MATLAB仿真设计
《二阶系统单位阶跃响应MATLAB 仿真设计》设计的题目：控制系统开环传递函数为()()1100.51K G s s s =+，要求5/v K s =0.5,ζ=2s t s ≥。
设计目的：1．学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。
学会使用硬件仿真软件对系统进行模拟仿真。
2．掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。
设计要求：1、未校正系统的分析，利用MATLAB 绘画未校正系统的开环和闭环零极点图，绘画根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能（稳定性、快速性）；编写M 文件作出单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响应的性能指标。
绘出系统开环传函的bode 图，利用频域分析方法分析系统的频域性能指标（相角裕度和幅值裕度，开环振幅）。
2、利用频域分析方法，根据题目要求选择校正方案，要求有理论分析和计算。
并与Matlab 计算值比较。
选定合适的校正方案（串联滞后/串联超前/串联滞后-超前），理论分析并计算校正环节的参数，并确定何种装置实现。
3、绘画已校正系统的bode 图，与未校正系统的bode 图比较，判断校正装置是否符合性能指标要求，分析出现大误差的原因4、根据选用的装置，使用multisim 电路设计仿真软件（或其他硬件电路仿真软件）绘画模拟电路。
求此系统的阶跃响应曲线。
分析采用的校正装置的效果。
目录1.未校正系统分析 (4)1.1未校正系统的开环和闭环零极点图 (4)1.1.1校正前开环零极点图 (4)1.1.2 校正前系统的闭环零极点 (5)1.2 未校正系统的根轨迹及性能分析 (5)1.3单位阶跃输入下的系统响应及系统性能分析 (6)1.4开环传递函数的bode图及系统的频域性能分析 (7)2.校正方案的计算与选择 (8)3.已校正系统Bode图及性能分析 (9)4.电路设计仿真 (12)5.总结与心得 (14)5.1设计总结 (14)5.2设计心得 (15)6.参考文献 (16)1.未校正系统的分析：由静态速度误差5/v K s ，可以取K=0.51.1利用MATLAB 绘画未校正系统的开环和闭环零极点图 1.1.1开环零极点图 程序如下： >> num=[5];>>den=conv([1 0],[0.5 1]); >>pzmap(num,den)得如下未校正系统的开环零极点：从图象中看出，未校正的开环传递函数的没有零点，极点有2个，分别为：s=0,s=-2。
matlab二阶系统数值仿真程序
《Matlab二阶系统数值仿真程序：深度与广度的探索》一、引言在工程学和科学研究中，对于控制系统和信号处理系统的分析和设计是非常重要的。
而二阶系统作为控制系统中常见的一种类型，其数值仿真程序的编写和应用更是至关重要。
在本文中，我们将深入探讨Matlab中二阶系统的数值仿真程序，帮助读者全面理解并灵活运用这一主题。
二、Matlab中二阶系统数值仿真程序的基本原理在Matlab中，我们可以使用一系列内置函数来构建二阶系统的数值仿真程序。
我们需要定义二阶系统的参数，包括阻尼比、自然频率和初始条件等。
我们可以利用Matlab中的控制系统工具箱来建立系统的传递函数或状态空间模型。
通过调用相关的数值仿真函数，如step()和impulse()等，可以对二阶系统进行时域响应和频域分析，从而深入理解其特性和行为。
三、深入探讨二阶系统数值仿真程序的应用1. 时域响应分析：利用Matlab中的step()函数，我们可以得到二阶系统的阶跃响应曲线。
通过观察阶跃响应曲线的波形和参数，我们可以了解系统的过渡过程、稳态性能以及动态特性。
2. 频域分析：利用Matlab中的bode()函数，我们可以绘制二阶系统的频率响应曲线。
通过分析频率响应曲线的幅频特性和相频特性，我们可以了解系统的频率选择性、共振特性以及稳定性边界。
3. 参数变化分析：利用Matlab中的sensitivity()函数，我们可以对二阶系统的参数进行变化分析。
通过观察不同参数对系统特性的影响，我们可以进行灵活的系统设计和优化。
四、对二阶系统数值仿真的个人观点和理解在我看来，Matlab中二阶系统的数值仿真程序是非常实用和强大的工具。
通过深入探索和灵活应用，我们可以更好地理解和分析控制系统的性能和特性。
我也认为在实际工程和科学项目中，对于二阶系统数值仿真的深度和广度探索，能够为我们带来更多有价值的思考和经验。
五、总结与回顾在本文中，我们深入探讨了Matlab中二阶系统数值仿真程序的基本原理和应用。
实验三-二阶系统matlab仿真(dg)
利用simulink进行仿真的步骤1.双击桌面图标打开Matlab软件；2.在Command Window命令行>>后输入simulink并回车或点击窗口上部图标直接进入simulink界面；3.在simulink界面点击就可以在Model上建立系统的仿真模型了；4.在左面的器件模型库中找到所需模型，用鼠标将器件模型拖到建立的Model上，然后用鼠标将它们用连线连起来，系统的仿真模型就建立起来了；5.点击界面上部的图标‘’进行仿真，双击示波器就可以看到仿真结果。
实验要用到的元件模型的图标及解释如下：阶跃信号：在simulink-source中可以找到，双击可以设定阶跃时间。
sum：在simulink-math operations中可以找到，双击可以改变器属性以实现信号相加还是相减；比例环节：在simulink-math operations中可以找到，双击可以改变器属性以改变比例系数；积分环节：在simulink-continues中可以找到；传函的一般数学模型表达形式：在simulink-continues中可以找到，双击可以对传递函数进行更改（通过设定系数）。
示波器：在simulink-sinks中可以找到。
传递函数的Matlab定义传递函数以多项式和的形式（一般形式、标准形式）给出10111011()m m m m n n n n b s b s b s b G s a s a s a s a ----+++=+++ 用如下语句可以定义传递函数G(s)>> num=[b 0,b 1,b 2…b m ] ；只写各项的系数>> den=[a 0,a 1,a 2,…a n ] ；只写各项的系数>> g=tf(num,den)或>>g=tf([b0,b1,b2…bm],[a0,a1,a2,…an])例：用Matlab 定义二阶系统2223()(0.6,3)2*0.6*33n G s s s ζω===++并用Matlab 语句绘制此二阶系统在单位阶跃信号输入下的输出曲线c(t)（即单位阶跃响应）。
本部《Matlab与控制系统仿真》实验报告
（1）画出调试好的数控机床进给系统的PI速度控制和PID位置控制的Simulink模块图。
（2）比较分析仿真结果。
实验编号：
实验七MATLAB数字控制器设计初步
姓名
指导教师
时间
地点
一、实验目的和要求
二、实验设备及材料
三、实验记录
（1）序列 ，的z变换结果。
（2）离散系统的系统函数 ，求其冲激响应h(k)
clear%清除变量
t =0:0.001:2*pi;
subplot(2,2,1);
polar(t, 1+cos(t))
subplot(2,2,2);
plot(cos(t).^3,sin(t).^3)
subplot(2,2,3);
polar(t,abs(sin(t).*cos(t)))
subplot(2,2,4);
实验编号：
实验五MATLAB控制系统工具箱使用
姓名
指导教师
时间
地点
一、实验目的和要求
二、实验设备及材料
三、实验记录
(1)写出传递函数 的部分展开式
（2）编程构建系统
(3)编程绘制单位负反馈的开环传递函数 的伯德图。
实验编号：
实验六数控机床SIMULINK仿真
姓名
指导教师
时间
地点
一、实验目的和要求
二、实验设备及材料
(3)画出离散系统的系统函数 ，的零极点图
（4）若描述离散系统的差分方程为 ，已知激励 ，初始状态y(-1)=1,y(-2)=0，求系统的零输入响应，零状态响应。
（5）已知 ，通过部分分式展开法求F(z)。
实验编号：
实验八MATLAB数字控制器设计
基于MATLAB的二阶线性系统分析与仿真
第26卷第5期 河池学院学报 Vol .26No .52006年10月 JOURNAL OF HECH IUN I V ERSI TY Oct .2006基于MAT LAB 的二阶线性系统分析与仿真才娟,肖洪祥,邵彭飞(桂林工学院 电子与计算机系,广西 桂林 541004)[摘 要] 二阶线性系统应用非常广泛,MAT LAB 语言是功能十分强大的工程计算及数值分析软件,它提供了高效的信号处理工具箱。
介绍利用MAT LAB 语言对二阶线性系统进行分析与仿真的方法,尤其对系统稳定性的分析,并给出相关的例子、程序和相应的仿真结果。
[关键词] MAT LAB 语言;二阶线性系统;稳定性;仿真[中图分类号] TP391.9 [文献标识码] A [文章编号] 1672-9021(2006)05-0085-03[作者简介] 才娟(1979-),女(满族),辽宁义县人,桂林工学院电子与计算机系硕士研究生,主要研究方向为检测技术与自动化装置;肖洪祥(1965-),男,湖北武汉人,桂林工学院电子与计算机系高级工程师,主要研究方向为检测技术与自动化装置。
在控制工程中,不仅二阶线性系统的典型应用极为普遍,而且不少高阶系统的特性在一定条件下可用二阶系统的特性来表征。
因此,对二阶线性系统的分析具有较大的实际意义[1]。
MAT LAB 已经成为国际上最流行的科学与工程计算的软件工具,现在的MAT LAB 已经不仅仅是一个“矩阵实验室”了,它已经成为了一种具有广泛应用前景的、全新的计算机高级编程语言,有人称它为“第四代”计算机语言,MAT LAB 语言的功能越来越强大。
它在国内外高校和研究部门正扮演着重要的角色,在科学运算、信号处理、自动控制与科学绘图等许多领域得到了广泛的应用。
本文探讨MAT LAB 语言在线性系统分析中的应用,主要研究在给定典型输入信号下求取系统的输出信号以及系统的稳定性。
t 图1 不同阻尼比ξ下系统的单位阶跃响应1 二阶线性系统阶跃响应的分析二阶线性系统的闭环传递函数为Φ(s )=ω2n s 2+2ξωn s +ω2n,当输入不同时,对其单位阶跃响应进行比较和仿真。
自控大作业-三阶系统
内容为三阶系统，三阶系统的方框图和模拟电路如图1-2所示。
图1-2 三阶系统图中，21=K ，RW K +⨯⨯=36210100101，363101i R K ⨯=，321K K K K =，161101f C T ⨯⨯=，262101,f C T ⨯⨯=，363101f C T ⨯⨯=。
实验一：求取系统的临界开环比例系数KC实验二：系统的开环比例系数K 对稳定性的影响。
在对此问题的学习上，我们将分别用计算理论值、matlab 编程仿真、matlab 中simulink 仿真、multism 仿真四种方法进行研究。
方法一：理论值计算实验一：求取系统的临界开环比例系数KC根据三阶系统的方框图和模拟电路，将Cf1=Cf2=Cf3=0.47u ；Ri3=1M 代入，可以得到开环传递函数为：1231232()111210.4710.4710.471O K K K G s T s T s T s K s s s =+++=+++由此可求出系统的闭环传递函数为12312312312322232111()1111210.4710.4710.471 2110.4710.4710.4712 (0.471)2C K K K T s T s T s G s K K K T s T s T s K s s s K s s s K s K +++=+++++++=++++=++为求取临界开环比例系数，根据劳斯判据可以得到3322233222202 0.4730.4730.47120. is: 0.47 30.47 30.47 1+2 28 28s s s K The array of coefficients s s K s K s K +⨯+⨯++=⨯⨯--由劳斯判据可知，当第一列有零的时候说明系统不稳定，存在虚轴或复平面右半平面的点；当有全零行的时候，有右半平面和虚轴上的点。
同时，第一列中如果位于零上面的系数符号与位于零下面的系数符号相同，则表明有一对虚根存在。
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积分环节：在 simulink-continues 中可以找到；
传函的一般数学模型表达形式：在 simulink-continues 中可以找到， 双击可以对传递函数进行更改（通过设定系数）。
； ( 0.6)
>> step(tf(4^2,[1,2*0.7*4,4^2]))
； ( 0.7)
>> step(tf(4^2,[1,2*0.8*4,4^2]))
； ( 0.8)
>> step(tf(4^2,[1,2*0.9*4,4^2]))
； ( 0.9)
=1（临界阻尼）
>> figure
的仿真模型了； 4. 在左面的器件模型库中找到所需模型，用鼠标将器件模型拖到建立
的 Model 上，然后用鼠标将它们用连线连起来，系统的仿真模型就 建立起来了； 5. 点击界面上部的图标‘ ’进行仿真，双击示波器就可以看到仿真结 果。
实验要用到的元件模型的图标及解释如下：
阶跃信号：在 simulink-source 中可以找到，双击可以设定阶跃时间。 sum：在 simulink-math operations 中可以找到，双击可以改变器属性以实现 信号相加还是相减；
； ( 0.2)
>> step(tf(4^2,[1,2*0.3*4,4^2]))
； ( 0.3)
>> step(tf(4^2,[1,2*0.4*4,4^2]))
； ( 0.4)
>> step(tf(4^2,[1,2*0.5*4,4^2]))
； ( 0.5)
>> step(tf(4^2,[1,2*0.6*4,4^2]))
利用 simulink 进行仿真的步骤
1. 双击桌面图标 打开 Matlab 软件； 2. 在 Command Window 命令行>>后输入 simulink 并回车或点击窗口上
部图标 直接进入 simulink 界面； 3. 在 simulink 界面点击 File-New-Model 就可以在 Model 上建立系统
(1)对于标准二阶系统,当n=4,改变值对性能的影响
-1<<0（负阻尼）
>> step(tf(4^2,[1,2*(-0.5)*4,4^2]))
； ( 0.5)
<-1（负阻尼）
>> step(tf(4^2,[1,2*(-1.5)*4,4^2]))
； ( 1.5)
＝0（零阻尼）
三、实验报告要求：
4
1、记录由 matlab 仿真所得到的阶跃响应曲线。 2、分析二阶系统的特征参数阻尼比和无阻尼自然频率n 对系统动态性能的影响。
5
； ( 2) ； ( 4) ； ( 8)
(2)对于标准二阶系统,当＝0.5，改变ωn 时的情况：
>> figure >> step(tf(1^2,[1,2*0.5*1,1^2])) ；（ωn＝1） >> hold on >> step(tf(2^2,[1,2*0.5*2,2^2])) ；（ωn＝2） >> step(tf(4^2,[1,2*0.5*4,4^2])) ；（ωn＝4） >> step(tf(8^2,[1,2*0.5*8,8^2])) ；（ωn＝8）
Amplitude
Step Response 1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Time (sec)
2
上述语句实现的功能也可以以一条语句实现：
>> step(tf(3^2,[1,2*0.6*3,3^2]))
实验二 二阶系统的 Matlab 仿真 一、实验目的
1、研究二阶系统的特征参数―阻尼比和无阻尼自然频率n 对系统动态性能 的影响。
2、利用 simulink 工具和 MATLAB 语句实现二阶系统的仿真。 3、熟悉 MATLAB 语句对二阶系统传函的表达形式以及阶跃响应的表达形式。
二、实验内容
1、simulink 仿真（标准二阶系统n=1,＝0.5） 构建如下系统，观察系统输出 c(t)。
等效为如下系统：
2、用 Matlab 语句实现二阶系统仿真
>> step(tf(4^2,[1,2*1*4,4^2]))
； ( 1)
>1（过阻尼）
>> hold on >> step(tf(4^2,[1,2*2.0*4,4^2]))
>> step(tf(4^2,[1,2*4.0*4,4^2]))
>> step(tf(4^2,[1,2*8.0*4,4^2]))
>> step(tf(4^2,[1,2*0*4,4^2]))
； ( 0)
3
0<<1（欠阻尼）
>> figure
>> step(tf(4^2,[1,2*0.1*4,4^2]))
； ( 0.1)
>>hΒιβλιοθήκη ld on ；（保留已经绘制的曲线）
>> step(tf(4^2,[1,2*0.2*4,4^2]))
示波器：在 simulink-sinks 中可以找到。
1
传递函数的 Matlab 定义
传递函数以多项式和的形式（一般形式、标准形式）给出
G(s)
b0 s m a0 s n
b1sm1 a1sn1
bm1s an1s
bm an
用如下语句可以定义传递函数 G(s)
>> num=[b0,b1,b2…bm] >> den=[a0,a1,a2,…an] >> g=tf(num,den)
；只写各项的系数 ；只写各项的系数
或
>>g=tf([b0,b1,b2…bm],[a0,a1,a2,…an])
例：用 Matlab 定义二阶系统
G(s)
s2
32 2 * 0.6 * 3s
32
( 0.6, n 3)
并用 Matlab 语句绘制此二阶系统在单位阶跃信号输入下的输出曲线 c(t)（即单位 阶跃响应）。 （1）定义函数： >> num=3^2 >> den=[1,2*0.6*3, 3^2] >> g=tf(num,den) （2）求系统的单位阶跃响应 c(t)： >> step(g) 可得到系统的单位阶跃响应