控制系统数字仿真与CAD张晓华版课后答案第四章
4-2设典型闭环结构控制系统如图4-47所示，当阶跃输入幅值 20R =时，用sp4_1.m 求取输出()y t 的响应。
解：用sp4_1.m 求解过程如下：
在MA TLAB 语言环境下，输入以下命令语句 >> a=[0.016 0.864 3.27 3.42 1]; >> b=[30 25];
>> X0=[0 0 0 0]; %系统状态向量初值为零 >> V=2; %反馈系数2v = >> n=4;
>> T0=0;Tf=10;
>> h=0.01;R=20 ; %仿真步长h=0.01，阶跃输入幅值20R = >> sp4_1 %调用sp4_1.m 函数 >> plot(t,y) 运行结果为：
附：sp4_1.m 函数为
b=b/a(1);a=a/a(1);A=a(2:n+1);
A=[rot90(rot90(eye(n-1,n)));-fliplr(A)]; B=[zeros(1,n-1),1]'; m1=length(b);
C=[fliplr(b),zeros(1,n-m1)]; Ab=A-B*C*V; X=X0'; y=0;t=T0;
N=round((Tf-T0)/h); for i=1:N
K1=Ab*X+B*R;
K2=Ab*(X+h*K1/2)+B*R; K3=Ab*(X+h*K2/2)+B*R; K4=Ab*(X+h*K3)+B*R;
X=X+h*(K1+2*K2+2*K3+K4)/6; y=[y,C*X]; t=[t,t(i)+h]; end
4-4系统结构图如图4-48，写出该系统的联结矩阵W 和0W ，并写出联结矩阵非零元素阵IJ W 。 解：根据图4-48中i u ,i y 拓扑连结关系，可写出每个环节输入i u 受哪些环节输出i y 的影响， 现列如入下:
把环节之间的关系和环节与参考输入的关系分别用矩阵表示出来，00U WY W Y =+
即W =00000000
00010000000010010000000000010000010000010000000000010000010000010000000000100000000000100000
0000010
000????-??????-????
?
?-????????????????，0W =100
0000000??
????????
??
??????
????
??
????????，10121129132143148154
165161017618619711071IJ W ??
??????-????????-????=??????-????????????????
4-6若系统为图4-5b 双输入-双输出结构，试写出该系统的联接矩阵W ，0W ，说明应注意什么？
解：根据图4-5b 中i u ,i y 拓扑连结关系，可列写如下关系式:
转换成矩阵形式为
所以联接矩阵W =0
000101000000
10000001000000001000100?????????
?????
??????，0
W =1
000000
10000??
?????????????
???
?? 此时应注意输入联接矩阵0W 变为62?型。
4-8求图4-49非线性系统的输出响应y(t),并与无非线性环节情况进行比较。
解：（1）不考虑非线性环节影响时，求解过程如下：
1） 先将环节编号标入图中。
2) 在MATLAB 命令窗口下，按编号依次将环节参数输入P 阵； >> P=[0.1 1 0.5 1;0 1 20 0;2 1 1 0;10 1 1 0];
3) 按各环节相对位置和联接关系，有联接矩阵如下：
0001100001000
010W -?????
?=??????， 01000W ??????=??????，所以非零元素矩阵 1
011
412
11321431I J W ????-????=?
???????
>> WIJ=[1 0 1;1 4 -1;2 1 1;3 2 1;4 3 1] ;
4）由于不考虑非线性影响，则非线性标志向量和参数向量均应赋零值； >> Z=[0 0 0 0];S=[0 0 0 0];
5）输入运行参数：开环截至频率1L c ω约为1，故计算步长h 取经验公式值，即
1
0.0250c
h ω≤
=，取h=0.01；每0.25秒输出一点。故取1L =25。 >>h=0.01; >>L1=25; >>n=4; >>T0=0 >>Tf=20; >>nout=4; >>Y0=10; >>sp4_4;
>> plot(t,y,'r') >> hold on
运行结果如图中红色实线所示。
(2)考虑非线性环节N 影响时，只需将非线性标志向量Z 和参数向量S 的相应分量正确输入即可。
在MA TLAB 命令窗口中输入下列语句：
>> Z=[4 0 0 0];S=[5 0 0 0]; %第一个线性环节后有饱和非线性，参数值为5。 >> sp4_4; >> plot(t,y,'--')
运行结果如图中蓝色虚线所示。
从图中可以清楚的地看出，饱和非线性环节对线性系统输出响应的影响。
附：sp4_4函数为:
A=P(:,1);B=P(:,2); C=P(:,3);D=P(:,4); m=length(WIJ(:,1));
W0=zeros(n,1);W=zeros(n,n); for k=1:m
if (WIJ(k,2)==0); W0(WIJ(k,1))=WIJ(k,3); else W(WIJ(k,1),WIJ(k,2))=WIJ(k,3); end; end; for i=1:n
if(A(i)==0); FI(i)=1;
FIM(i)=h*C(i)/B(i); FIJ(i)=h*h*(C(i)/B(i))/2; FIC(i)=1;FID(i)=0; if(D(i)~=0);
FID(i)=D(i)/B(i); else end else
FI(i)=exp(-h*A(i)/B(i)); FIM(i)=(1-FI(i))*C(i)/A(i);
FIJ(i)=h*C(i)/A(i)-FIM(i)*B(i)/A(i); FIC(i)=1;FID(i)=0; if(D(i)~=0);
FIC(i)=C(i)/D(i)-A(i)/B(i); FID(i)=D(i)/B(i);
控制系统数字仿真与CAD第一二章习题答案
1-1什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？ 答：仿真是建立在控制理论，相似理论，信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助专家经验知识，统汁数据和信息资料对试验结果进行分析和研究，进而做出决策的一门综合性的试验性科学。 它所遵循的基本原则是相似原理。 1-2在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区別？各有什么特点？ 答：解析法就是运用已掌握的理论知识对控制系统进行理论上的分析，il?算。它是一种纯物理意义上的实验分析方法，在对系统的认识过程中具有普遍意义。由于受到理论的不完善性以及对事物认识的不全而性等因素的影响，其应用往往有很大局限性。 仿真法基于相似原理，是在模型上所进行的系统性能分析与研究的实验方法。 1-3数字仿真包括那几个要素？其关系如何？ 答：通常情况下，数字仿真实验包括三个基本要素，即实际系统，数学模型与让算机。由图可见，将实际系统抽象为数学模型，称之为一次模型化，它还涉及到系统辨识技术问题，统称为建模问题：将数学模型转化为可在计算机上运行的仿真模型，称之为二次模型化，这涉及到仿真技术问题，统称为仿真实验。 1-4为什么说模拟仿真较数字仿真精度低？其优点如何？o 答：由于受到电路元件精度的制约和容易受到外界的下?扰，模拟仿真较数字仿真精度低 但模拟仿真具有如下优点： （1）描述连续的物理系统的动态过程比较自然和逼真。 （2）仿真速度极快，失真小，结果可信度髙。 （3）能快速求解微分方程。模拟汁算机运行时0运算器是并行工作的，模拟机的解题速度与原系统的复杂程度无关。 （4）可以灵活设置仿真试验的时间标尺，既可以进行实时仿真，也可以进行非实时仿真。 （5）易于和实物相连。 1-5什么是CAD技术？控制系统CAD可解决那些问题？ 答：CAD技术，即计算机辅助设计（Computer Aided Design），是将计算机高速而精确的计算能力, 大容量存储和数据的能力与设讣者的综合分析，逻辑判断以及创造性思维结合起来，用以快速设计进程，缩短设计周期，提髙设计质量的技术。 控制系统CAD可以解决以频域法为主要内容的经典控制理论和以时域法为主要内容的现代控制理论。此外，自适应控制，自校正控制以及最优控制等现代控制测略都可利用CAD技术实现有效的分析与设计。 1-6什么是虚拟现实技术？它与仿真技术的关系如何？ 答：虚拟现实技术是一种综合了计算机图形技术，多媒体技术，传感器技术，显示技术以及仿真技术等多种学科而发展起来的高新技术。 1-7什么是离散系统？什么是离散事件系统？如何用数学的方法描述它们？ 答：本书所讲的“离散系统”指的是离散时间系统，即系统中状态变量的变化仅发生在一组离散时刻上的系统*它一般采用差分方程.离散状态方程和脉冲传递函数来描述。 离散事件系统是系统中状态变量的改变是由离散时刻上所发生的事件所驱动的系统。这种系统的输入输出是随机发生的，一般采用概率模型来描述。 1-8如图1-16所示某卫星姿态控制仿真实验系统，试说明： （1）若按模型分类，该系统属于那一类仿真系统？ （2）图中“混合汁算机”部分在系统中起什么作用？ （3）与数字仿真相比该系统有什么优缺点？ 答：（1）按模型分类，该系统属于物理仿真系统“ （2）混合计算机集中了模拟仿真和数字仿真的优点，它既可以与实物连接进行实时仿真，计算一些复杂函数，又可以对控制系统进行反复迭代讣算。其数字部分用来模拟系统中的控制器，而模拟部分用于模拟控制对象。（4）与数字仿真相比，物理仿真总是有实物介入，效果逼真，精度高，具有实时性与在线性的特点, 但其构成复杂，造价较髙，耗时过长，通用性不强。
《控制系统仿真与CAD》学习的感想
《控制系统仿真与CAD》学习的感想 学习了《控制系统仿真与CAD》这门课程。在这一过程中我学了很多东西，最直接的就是将控制理论和MATLAB软件联系起来，用计算机来仿真在《自动控制原理》中所学的内容，即利用MATLAB软件来对自动控制系统进行仿真，以验证所学的知识并且得到比较直观的结论。 控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。控制系统仿真是建立在控制系统模型基础之上的控制系统动态过程试验，目的是通过试验进行系统方案论证，选择系统结构和参数，验证系统的性能指标等。 MATLAB不仅仅是一门编程语言，还是一个集成的软件平台，它包含以下几个主要部分：MATLAB语言、集成工作环境、MATLAB图形系统、数学函数库、交互式仿真环境Simulink、编译器、应用程序接口API、工具箱、Notebook 工具。而在控制系统CAD中我们较多的是使用MATLAB数学函数库中的函数来对控制系统进行仿真与处理。另外，也利用MATLAB交互式仿真环境Simulink 来构建系统的结构框图，这样更直接的应用于不知道系统传递函数的情况下来得到系统的仿真结果，从而省去了计算传递函数的复杂计算。 MATLAB它具有丰富的可用于控制系统分析和设计的函数，MATLAB的控制系统工具箱提供对线性系统分析、设计和建模的各种算法；MATLAB的仿真工具箱(Simulink)提供了交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。通过在传递函数的建立、绘制响应的曲线等方面谈了我学习的经历，以及整个对控制系统仿真的整体过程。 在学习过程中还有利用Simulink工具箱绘出系统的结构框图，再调用这个框图来产生出传递函数再进行仿真计算。这样的话可以更方便的对控制系统进行仿真与设计，而不用去通过复杂的方式去求去传递函数，然后再去计算响应，绘制响应曲线。MATLAB软件的强大的功能和优点以及MATLAB语言的特点，在控制系统仿真中带来了很大帮助，在实际中经常将控制系统的数学模型用零点、极点和增益来描述，在对于单神经元自适应PID控制，通过仿真定性的分析了
控制系统仿真与CAD-实验报告
《控制系统仿真与CAD》 实验课程报告
一、实验教学目标与基本要求 上机实验是本课程重要的实践教学环节。实验的目的不仅仅是验证理论知识，更重要的是通过上机加强学生的实验手段与实践技能，掌握应用 MATLAB/Simulink 求解控制问题的方法，培养学生分析问题、解决问题、应用知识的能力和创新精神，全面提高学生的综合素质。 通过对MATLAB/Simulink进行求解，基本掌握常见控制问题的求解方法与命令调用，更深入地认识和了解MATLAB语言的强大的计算功能与其在控制领域的应用优势。 上机实验最终以书面报告的形式提交，作为期末成绩的考核内容。 二、题目及解答 第一部分：MATLAB 必备基础知识、控制系统模型与转换、线性控制系统的计算机辅助分析 1. >>f=inline('[-x(2)-x(3);x(1)+a*x(2);b+(x(1)-c)*x(3)]','t','x','flag','a','b','c');[t,x]=ode45( f,[0,100],[0;0;0],[],0.2,0.2,5.7);plot3(x(:,1),x(:,2),x(:,3)),grid,figure,plot(x(:,1),x(:,2)), grid
2. >>y=@(x)x(1)^2-2*x(1)+x(2);ff=optimset;https://www.360docs.net/doc/c71852123.html,rgeScale='off';ff.TolFun=1e-30;ff.Tol X=1e-15;ff.TolCon=1e-20;x0=[1;1;1];xm=[0;0;0];xM=[];A=[];B=[];Aeq=[];Beq=[];[ x,f,c,d]=fmincon(y,x0,A,B,Aeq,Beq,xm,xM,@wzhfc1,ff) Warning: Options LargeScale = 'off' and Algorithm = 'trust-region-reflective' conflict. Ignoring Algorithm and running active-set algorithm. To run trust-region-reflective, set LargeScale = 'on'. To run active-set without this warning, use Algorithm = 'active-set'. > In fmincon at 456 Local minimum possible. Constraints satisfied. fmincon stopped because the size of the current search direction is less than twice the selected value of the step size tolerance and constraints are satisfied to within the selected value of the constraint tolerance.
控制系统仿真与CAD课程设计(二阶弹簧—阻尼系统的PID控制器设计及其参数整定)
设计一：二阶弹簧—阻尼系统的PID 控制器 设计及其参数整定 一设计题目 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 ，F （S ）=1。 图1 弹簧－阻尼系统示意图 弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为： F kx x b x M =++ 25211) ()()(2 2 ++= ++= = s s k bs Ms s F s X s G 二设计要求 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，改变积分时间常数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。(例如当kp=50时，改变积分时间常数) 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。
图2 闭环控制系统结构图 三设计内容 1. 控制器为P 控制器时，改变比例系数p k 大小 P 控制器的传递函数为：()P P G s K ，改变比例系数p k 大小，得到系统的阶跃响应曲线 00.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Step Response Time (sec) A m p l i t u d e 仿真结果表明：随着Kp 值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。Kp 偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。随着Kp 增大，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大Kp 只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。 程序： num=[1]; den=[1 2 25]; sys=tf(num,den); for Kp=[1,10:20:50]
控制系统仿真与CAD课程设计报告..
控制系统仿真与CAD 课程设计 学院：物流工程学院 专业：测控技术与仪器 班级：测控102 姓名：杨红霞 学号：201010233037 指导教师：兰莹 完成日期：2013年7月4日
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。 一、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、设计课题 设计一：二阶弹簧—阻尼系统的PID控制器设计及其参数整定 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，F（S）=1。 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，改变积分时间常数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。(例如当kp=50时，改变积分时间常数) （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。
控制系统数字仿真与CAD第五章习题答案
5-1 设控制系统的开环传递函数为 2(1) ()()(1)(416) K s G s H s s s s s += -++ 试画出该系统的根轨迹。 解: 在Matlab 窗口中输入下列命令： num=[1 1]; a=[1 0]; b=[1 -1]; c=[1 4 16]; d=conv(a,b); den=conv(d,c); rlocus(num,den) grid on 可得到系统的根轨迹如下图所示：
5-2 某反馈控制系统的开环传递函数为 ()()()() 2 4420K G s H s s s s s = +++ 试绘制其根轨迹。 解：在MATLAB 命令窗口中输入下列命令： num=1; den=conv(conv([1,0],[1,4]),[1,4,20]); rlocus(num,den) grid on 运行结果为：
5-3.已知某系统传递函数为 2180(1)100()11(1)[()20.31]40200200 s W s s s s += ++??+ 试绘制其伯德图。 解：分子分母同乘100*200得到 2 80200(100) ()(2.5100)(20.3200) 200 s W s s s s ?+= ++?+ 在Matlab 窗口中输入下列命令： k=80*200; num=[1 100]; a=[2.5 100]; b=[(1/200) 2*0.3 200]; den=conv(a,b); w=logspace(-1,1,100); [m,p]=bode(k*num,den,w); subplot(2,1,1); semilogx(w,20*log10(m)); grid; xlabel('Frequency(rad/sec)'); ylabel('Gain(dB)'); subplot(2,1,2); semilogx(w,p); grid; xlabel('Frequency(rad/s)'); ylabel('Phase(deg)'); 可绘制该系统的伯德图如下所示。
《控制系统数字仿真与CAD》张晓华版课后答案doc
2-2.用MATLAB语言求下列系统的状态方程 （1）状态方程模型参数:编写matlab 程序如下 >>num=[1 7 24 24]; >>den=[1 10 35 50 24]; >>[AB C D]=tf2ss(num,den) (2) 零极点增益:编写程序>> num=[1 7 24 24]; >> den=[1 10 35 50 24]; >> [ZPK]=tf2zp(num,den) 得到结果Z= -2.7306 + 2.8531 , -2.7306 -2.8531i ,-1.5388 P=-4, -3 ,-2 ,-1 K=1 (3) 部分分式形式:编写程序>> num=[1 7 24 24]; >> den=[1 10 35 50 24]; >> [R PH]=residue(num,den) 得到结果R= 4.0000 ,-6.0000, 2.0000, 1.0000 P= -4.0000, -3.0000 , -2.0000 ,-1.0000 H=[] （2）解：（1）传递函数模型参数： 编写程序>>A=[2.25 -5 -1.25 -0.5;2.25 -4.25 -1.25 -0.25;0.25 -0.5 -1.25 -1;1.25 -1.75 -0.25 -0.75]；>> B=[4 2 2 0]; >> C=[0 2 0 2]; >> D=[0]; >> [num den]=ss2tf(A,B,C,D) 得到结果 num = 0 4.0000 14.0000 22.0000 15.0000 den=1.0000 4.0000 6.2500 5.2500 2.2500 (2) 零极点增益模型参数: A=[2.25 -5 -1.25 -0.5: 2.25 -4.25 -1.25 -0.25 :0.25 -0.5 -1.25 -1: 1.25 -1.75 -0.25 -0.75]； B=[4 2 2 0]; C=[0 2 0 2]; D=[0]; [Z,P,K]=ss2zp(A,B,C,D) （3）部分分式形式的模型参数： A=[2.25 -5 -1.25 -0.5 2.25 -4.25 -1.25 -0.25 0.25 -0.5 -1.25 -1 1.25 -1.75 -0.25 -0.75]； B=[4 2 2 0]'; C=[0 2 0 2]; D=[0]; [num den]=ss2tf(A,B,C,D) [R,P,H]=residue(num,den) 2-6 (1)解：m 文件程序为h=0.1; disp('函数的数值解为'); %显示‘’中间的文字% disp('y='); %同上% y=1; fort=0:h:1 m=y;
《计算机仿真技术与CAD》习题答案
第0章绪论 0-1 什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？ 答： 仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算机技术等理论基础之上的，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助专家经验知识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析和研究，进而做出决策的一门综合性的试验性科学。 它所遵循的基本原则是相似原理。 0-2 仿真的分类有几种？为什么？ 答： 依据相似原理来分：物理仿真、数学仿真和混合仿真。 物理仿真：就是应用几何相似原理，制作一个与实际系统相似但几何尺寸较小或较大的物理模型（例如飞机模型放在气流场相似的风洞中）进行实验研究。 数学仿真：就是应用数学相似原理，构成数学模型在计算机上进行研究。它由软硬件仿真环境、动画、图形显示、输出打印设备等组成。 混合仿真又称数学物理仿真，它是为了提高仿真的可信度或者针对一些难以建模的实体，在系统研究中往往把数学仿真、物理仿真和实体结合起来组成一个复杂的仿真系统，这种在仿真环节中有部分实物介入的混合仿真也称为半实物仿真或者半物理仿真。 0-3 比较物理仿真和数学仿真的优缺点。 答： 在仿真研究中，数学仿真只要有一台数学仿真设备（如计算机等），就可以对不同的控制系统进行仿真实验和研究，而且，进行一次仿真实验研究的准备工作也比较简单，主要是受控系统的建模、控制方式的确立和计算机编程。数学仿真实验所需的时间比物理仿真大大缩短，实验数据的处理也比物理仿真简单的多。 与数学仿真相比，物理仿真总是有实物介入，效果直观逼真，精度高，可信度高，具有实时性与在线性的特点；但其需要进行大量的设备制造、安装、接线及调试工作，结构复杂，造价较高，耗时过长，灵活性差，改变参数困难，模型难以重用，通用性不强。 0-4 简述计算机仿真的过程。 答： 第一步：根据仿真目的确定仿真方案 根据仿真目的确定相应的仿真结构和方法，规定仿真的边界条件与约束条件。 第二步：建立系统的数学模型 对于简单的系统，可以通过某些基本定律来建立数学模型。而对于复杂的系统，则必须利用实验方法通过系统辩识技术来建立数学模型。数学模型是系统仿真的依据，所以，数学模型的准确性是十分重要。
控制系统仿真与CAD试题-电气06(A卷)
《控制系统仿真与CAD 》试题（A 卷） 用MATLAB 语言编程实现下列各题： 一、（15分）已知某二阶系统的传递函数为： 2 100 ()4100 G s s s =++ 编程判断该系统是否为欠阻尼系统，若为欠阻尼系统，计算其阶跃响应的过渡过程时间（±2%）。 二、（10分）已知两输入两输出系统的传递函数矩阵为： 22 13(5)(1)()2(22)0(1)(2)(3)s s s G s s s s s s +? ?-?? -??=?? -+?? ---?? 建立该系统的零极点增益模型。 三、（15分）已知系统的方框图如下图所示： 其中3111232 169104632312682 4002125,,,()479112280223521512131410s s s A B C G s s s s +?????? ??????++????? ???====??????+++?????????? ,
32(1) ()2 s G s s += +，建立以1u 、2u 为输入，1y 、3y 、4y 为输出的系统模型。 四、（15分）已知某单位负反馈系统的开环传递函数为： 1 ()(0.11)(0.23) o G s s s s = ++ 根据四阶龙格—库塔法求系统对单位斜坡输入信号的输出响应。 五、（15分）用Simulink 建立如下图所示的文件名为ExamA.mdl 的系统仿真模型文件，要求输入信号从单位斜坡信号到5倍斜坡信号变化，利用sim 命令对这五种情况分别进行仿真并计算稳态误差，将输出曲线绘制在同一张图中进行比较。 六、（10分）已知某离散系统的开环脉冲传递函数为： 4324 320.821 ()o z z z z G z z ++-+= 要求判断单位负反馈系统的稳定性，并给出不稳定极点。 七、（10分）已知某单位负反馈系统的开环传递函数为： 2 2 (2) ()(43) o K s G s s s +=++ 绘制出闭环系统的根轨迹，并绘制当K 1=10和K 2=100时闭环系统的单位脉冲响应曲线。 八、（10分）已知某单位负反馈系统的开环传递函数为： 10 ()(1)(2)(+3) o G s s s s = ++ 绘制出系统的Nyquist 曲线，并求出闭环系统的单位斜坡响应。
控制系统仿真与CAD课程设计(二阶系统串联校正装置设计与分析)
设计二：二阶系统串联校正装置设计与分析 一设计题目 设某被控系统的传递函数G(s)如下： )2()(+= s s K s G 二设计要求 选用合适的方法设计一个串联校正装置K(s)，使闭环系统的阶跃响应曲线超调量%20%<σ，过渡过程时间)(5.1s T s ≤，开环比例系数)/1(10s K v ≥，并分析串联校正装置中增益、极点和零点对系统性能的影响。 三设计内容 1. 设计方法：采用根轨迹校正工具进行串联校正 2. 设计步骤： [1] 启动SISO 设计器 在MATLAB 命令窗口中直接键入sisotool 命令，启动SISO Design Tool [2] 控制系统结构图 选择串联校正系统结构图：控制器C 与控制对象G 串联，在引入单位负反馈构成闭环系统 [3] 输入系统模型 当选定系统的结构后，为所设计的线性系统输入模型数据。 根据设计要求：开环比例系数)/1(01s K v ≥ 即 20102 )(lim 0 ≥≥= =→k k s sG k s v 得 取k=40, 传递函数) 2(40 )(+= s s s G 在控制器C 取值为常数1的情况下，绘制此单位负反馈线性系统的根轨迹图、系统的伯德图以及闭环阶跃响应曲线
10 101010 Frequency (rad/sec) Open-Loop Bode E ditor (C) Root Locus E ditor (C) Real Axis Step Response Time (sec) A m p l i t u d e 由阶跃响应曲线可以看到，此时在没有串联校正装置情况下，超调量 %20%60%>=σ，过渡过程时间)(5.1)(5.3s s T s >=达不到指标要求。 [4] 系统设计 在完成线性系统数据的输入之后，在SISO Design Tool 窗口中，对控制器C 进行设置。利用增加和删除零极点的设置菜单，对控制器C 的零极点任意设置。同时对控制器C 的增益进行设置。 [5] 系统分析 在系统设计完成后，需要对其做进一步分析。分析校正后闭环系统的阶跃响应，计算超调量、调整时间等指标，以确保系统满足设计要求。若不满足设计要求，重复步骤4，最终达到设计要求。 重复执行多次步骤4、步骤5后，发现串联校正装置中增益、极点和零点对系统性能产生一定的影响。 ①校正装置中增益对系统性能的影响 可以改变开环增益的大小，从而改善稳态误差 ②校正装置中极点对系统性能的影响
控制系统数字仿真与CAD张晓华版课后答案第四章
4-2设典型闭环结构控制系统如图4-47所示，当阶跃输入幅值 20R =时，用sp4_1.m 求取输出()y t 的响应。 解：用sp4_1.m 求解过程如下： 在MA TLAB 语言环境下，输入以下命令语句 >> a=[0.016 0.864 3.27 3.42 1]; >> b=[30 25]; >> X0=[0 0 0 0]; %系统状态向量初值为零 >> V=2; %反馈系数2v = >> n=4; >> T0=0;Tf=10; >> h=0.01;R=20 ; %仿真步长h=0.01，阶跃输入幅值20R = >> sp4_1 %调用sp4_1.m 函数 >> plot(t,y) 运行结果为： 附：sp4_1.m 函数为 b=b/a(1);a=a/a(1);A=a(2:n+1); A=[rot90(rot90(eye(n-1,n)));-fliplr(A)]; B=[zeros(1,n-1),1]'; m1=length(b); C=[fliplr(b),zeros(1,n-m1)]; Ab=A-B*C*V; X=X0'; y=0;t=T0; N=round((Tf-T0)/h); for i=1:N K1=Ab*X+B*R; K2=Ab*(X+h*K1/2)+B*R; K3=Ab*(X+h*K2/2)+B*R; K4=Ab*(X+h*K3)+B*R; X=X+h*(K1+2*K2+2*K3+K4)/6; y=[y,C*X]; t=[t,t(i)+h]; end 4-4系统结构图如图4-48，写出该系统的联结矩阵W 和0W ，并写出联结矩阵非零元素阵IJ W 。 解：根据图4-48中i u ,i y 拓扑连结关系，可写出每个环节输入i u 受哪些环节输出i y 的影响， 现列如入下: 把环节之间的关系和环节与参考输入的关系分别用矩阵表示出来，00U WY W Y =+
《控制系统仿真与CAD》习题集
《控制系统仿真与CAD》习题集 第1章仿真软件——MATLAB 1-1：利用MATLAB 的文本文件求函数y= 1-2：利用MATLAB的函数文件，求函数： 2??y1=3x1+x2+x3 ?2=??y3xxx?123?2x3在x=?4时的值。 在x1=?2,x2=3,x3=1时的值。 1-3：利用图形窗口分割方法将下列极坐标方程： ρ=sin(2θ)cos(2θ) 用四种绘图方式画在不同的窗口中。 1-4：绘制函数图形：y(t)=1?2e?tsin(t)（0≤t≤30）且在x轴写上“Time”标号，y轴写上“Amplitude”标号，图形的标题为“Decaying-oscillating Exponential”。 1-5：求S=∑i的值。 i=1100 1-6：求满足∑i>1000的最小m值。 i=1m 1-7：分别利用for和while循环语句求满足S=∑i2<1000的m 的最大值。 i=1m 1-8：求函数f(x)=3x?x3的最小值。
1-9：求以下非线性方程组的解。 ?sinx+y2+lnz?7=0?3 ?3x+2y?z+1=0 ?x+y+z?5=0? 1-10：求以下线性方程组的解。 ?x?y=0 ?xy60+?=? ??(0)=0下的解。1-11：求下列微分方程在初始条件x(0)=1,x ??????+x=0 x?(1?x2)x ?12?1-13：对于矩阵A=??，MATLAB以下四条命令：34??1-12 ：求积分y=∞?x∫e2/2dx的解。 A.^0.5;A^0.5;sqrt(A);sqrtm(A) 所得结果相同吗？哪些结果是复数矩阵？ 1-14：一个3位整数各位数字的立方和等于该数本身则称该数为水仙花数，输出100~999之间的 全部水仙花数。 1-15：编写函数文件求半径为r的圆的面积和周长。1-16：已知y= 1111 +2+2+????2，当n=100时，求y的值。2 123n 1-17：利用函数的递归调用，求n!。 1-18：编制程序，计算1+2+??+n<2000的最大n值。1-19：分别用for和while循环结构编写程序，求出S=∑2i。
控制系统仿真与CAD期末考试模拟题
控制系统仿真与CAD 期末考试模拟题 考试说明：．．．．． 1、 请在E 盘目录下建立一个以自己姓名、班级和学号为名字的文件夹， 格式为“姓名_班级_学号”，例如“张三_自动化041_28” 。并在 该文件夹下建立名为“控制系统仿真与CAD 答卷_试卷类型”的 WORD 文件，其中试卷类型写你所做试卷的类型码，例如“控制系 统仿真与CAD 答卷_A ” ，在本次考试中所有结果（包括源程序， 图或曲线以及运行结果等）均保存在该文件中； 2、 答案中要求保留利用MATLAB 软件进行计算和仿真的过程； 3、 要求在答卷上写清题号，并按顺序写答案。 1、已知矩阵??????????-=6921255431A ,???? ? ?????--=0088116117B ,]126[-=C 求以下矩阵运算的结果： （1）'C * B （2）2.^C （3）)3(|ones A （4）A C * （5）))((*2A size rand B >= （6）A(2,:).*C (7)B(:,3)*C (8)inv(A) (9)A&B (10)(A-B)/B 2、实现如下功能： （1）利用diag()和ones()生成如下矩阵： 10 0 0 -5 0 2 0 0 0 9 0 0 -5 0 0 0
0 0 8 0 0 -5 0 -2 0 0 0 7 0 0 -5 0 0 0 0 0 6 0 0 -5 5 0 0 0 0 5 0 0 0 3 0 0 0 0 4 0 0 0 1 0 0 0 0 3 （2）用rand 函数生成一个6阶的方阵，然后抽取出第2—4列元素，用reshape 函数生成一个4阶方阵。 （3）生成如下对角阵： 3 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 8 3、编程。 （1）请编制函数M 文件，求)3/()4(12-+∑=i i n i 的值，函数名为kaoti ，输入参 数为n 。并利用该函数M 文件求出当30=i 时的值。 （2）找到一个1005!>n 的值，用两种方法编程实现。 （3）判断y 向量的元素属于3n 、3n+1或3n+2，设y=[2 3 5 23 21 36]。 （4）用for 循环语句实现1～500的和，用两种方法编程实现。 （5）用while 循环语句实现1～500的和，用两种方法编程实现。 4、请在同一个坐标系内画出以下三个图形： （1）y1=tan(x)； （2）y2=cos(x)sin(x+2)； （3）y3=4x 要求y1为绿色、虚线；y2为黄色、点划线；y3为红色、实线。并对该图形定义坐标轴范围，[,]x ππ∈-，]3,3[-∈y ，x 的步长取0.01，并加上网格。 5、已知单位负反馈系统开环传递函数为：
实验七 控制系统仿真及CAD
实验七控制系统仿真及CAD 【设计要求】 要求采用MATLAB语言，编制.m文件实现，对于给定的题目，要求完成控制器的设计，程序编制，系统调试，性能指标的计算，结果演示以及系统分析等任务。 【报告要求】 a) 设计题目的任务及要求； b) 控制器的设计； c) 系统框图及仿真程序； d) 系统性能的计算及分析； e) 调试过程总结、分析及体会。 【实验内容】 某化工过程中计算机控制系统如下图所示 : (1) 试用环节离散化方法对该系统做仿真研究, 设计PID调节器参数, 使该系统动态性能达到最佳。 （2）试用smith预估控制方法对该系统进行重新设计，并用仿真的方法分析滞后参数对系统动态性能的影响。 PID参数整定程序： T3=10; Kp=0.10;Ti=0.042;Td=0.1; r=1; T0=0; Tf=100; T=0.01;t=0;f=0; h=0.002; e=zeros(3,1); u=zeros(2,1); yout=0; M1=fix(T3/h); M2=T3/h-M1; ylag=zeros(M1+2,1); Y=[0;0]; Uk=[0;0]; FI=[exp(-h*2);exp(-h*3)]; FIM=[(1-exp(-h*2))*0.05;(1-exp(-h*3))/3]; FIJ=[h*0.05-(1-exp(-h*2))*0.05*0.5;h/ 3-(1-exp(-h*3))/9]; nout=2; N=round((Tf-T0)/T); for k=1:N for i=1:T/h Ub=Uk; Uk=[u(1);Y(1)]; Udot=(Uk-Ub)/h; Y=FI.*Y+FIM.*Uk+FIJ.*Udot; ylag=[Y(nout);ylag(1:M1+1)]; y=(1-M2)*ylag(M1+1)+M2*ylag(M1+ 2);
控制系统仿真论文
课程论文 题目: 控制系统的仿真 课程: 控制系统仿真与CAD 姓名: 专业: 机械设计制造及其自动化班级: 学号: 指导教师: 职称: 讲师 2014 年10 月25 日
控制系统的仿真 摘要：本文介绍了控制系统仿真的含义、应用和仿真软件以及控制系统模型在MATLAB中的表示方法。并通过伯德图的实例分析，着重的介绍了计算机仿真的一般过程。利用MATLAB语言开发的控制系统仿真，可以加深对课程内容的理解和掌握。 关键词：MATLAB控制系统；伯德图；计算机仿真 The simulation of control system Abstract: this paper introduces the meaning, application and simulation of control system simulation software and control system model representation method in MATLAB. Bode plots and through the example analysis, emphatically introduces the general process of computer simulation. Control system simulation using MATLAB language development, can deepen the understanding and grasp of the course content. Keywords: MATLAB control system; bode; The computer 系统介绍 控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。 控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。控制系统仿真是建立在控制系统模型基础之上的控制系统动态过程试验,目的是通过试验进行系统方案论证,选择系统结构和参数,验证系统的性能指标等。如果这种试验是在计算设备上实现的,就称为计算机仿真。 Matlab它具有丰富的可用于控制系统分析和设计的函数，Matlab 的控制系统工具箱提供对线性系统分析、设计和建模的各种算法；MATLAB 的仿真工具箱(Simulink)提供了交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。 伯德图分析 对数频率特性图也称伯德图，由对数幅频特性和对数相频特性两条曲线组成， 实质是用()ωA 和 ()ωΦ 两个实变函数表示复变函数 ()ωj G ，只是在作图时频率轴 虽然以ω标注，却以ω Lg进行线性分度。采用对数频率轴的优点是可以在有限 的范围内扩大频率的表示范围，对数幅频特性的纵轴以 ()()ω ωA L lg 20 =线性 分度且以()ωL 标注，单位为分贝 ()dB ，对数相频特性曲线的纵轴以 ()ωΦ 线性