基于MATLAB的自动控制原理实验仿真系统的设计_田晴

基于MATLAB的自动控制原理实验仿真系统的设计_田晴
基于MATLAB的自动控制原理实验仿真系统的设计_田晴

基于MATLAB的自动控制原理实验仿真系统的设计

田晴,张茁

(河北联合大学电气工程学院,河北唐山063000)

摘要:MATLAB的图形用户界面(GUI)为基于对象的可视化编程,本文以此为基础,进行了自动控制原理实验仿真系统的软件设计,仿真实验系统囊括了控制理论的大部分要点,较实验室传统性实验更全面、具体。应

用GUIDE的设计,该系统操作简单,知识点表现清晰明了,学生能够在轻松的环境下,且不受地域时域的限制,掌握控制理论知识。

关键词:自动控制原理;实验仿真系统;MATLAB;GUIDE

中图分类号:G642.41文献标志码:A文章编号:1674-9324(2015)27-0228-02

一、引言

《自动控制原理》是自动化专业的基础课程,是控制科学与工程学科的一门方法论课程,主要培养学生掌握控制系统的分析和设计方法,其内容之多,理论性之强,决定了课程学习的难度。而实验课作为课堂教学的辅助内容,是培养学生自主性和创新性的重要环节。

目前实验室的实验教学采用模拟电路实验台,将集成电路模块进行连线,形成典型系统,通过示波器观察响应曲线。传统性实验训练了学生对以传递函数为核心的控制系统与模拟电路系统之间的联系的认识和实践能力,但也存在其局限性:(1)价格昂贵,占地很大,因为实验台有限,只能几个同学共用一个实验台,难以满足几百学生实验教学的需要;(2)同一个实验,教师要对学生分拨讲解,重复进行,浪费人力、物力;(3)由于实验设备的长期工作,造成电容积分饱和,致使出现实验误差;(4)实验设备高度集成,操作性复杂,参数变化有限,局限了综合性设计性实验的开展;(5)实验室难以做到全开放性,学生实验受地域和时域的限制。

因此,研制实验仿真系统是解决上述问题的有效措施。

二、软件的总体结构设计

MATLAB的图形用户界面(GUI)可实现可视化编程,不仅形象生动、互动友善、操作灵活,而且为人们提供了定性定量结合、局域全域结合、时域频域结合、模拟数字结合的数据探索、科学分析的仿真平台。

自动控制原理实验仿真系统以MATLAB-GUI为开发工具,采用Windows风格,基于自动控制原理与现代控制理论的主要理论与基本思想,按照实验教学大纲的要求,设计具有独立功能的模块来实现的。模块之间没有数据交流,每个模块表现为一个独立的实验内容,允许用户输入模型参数,选择按钮功能,实验系统的GUI界面中提供了数据结果和图形结果,供用户进行系统分析和设计。实验系统结构体系共分7个子模块。

1.典型环节的暂态特性。主要分析包括比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节和时滞环节的阶跃响应、根轨迹图、奈奎斯特图以及伯德图。观察曲线,并总结环节的主要特点。

2.二阶系统的暂态特性。通过阶跃输入、脉冲输入、斜坡输入,确定不同阻尼比时的输入响应曲线,读取性能指标;并研究零极点对二阶系统性能的影响。

3.控制系统的稳定性分析。通过五种方法,代数稳定判据、根轨迹判别、Nyquist稳定判据、Bode图判别、Lyapunov稳定性判据,给出系统的稳定性结论。

4.控制系统串联校正。属于设计性实验,要求根据已知的开环对数频率特性以及期望的性能指标,设计串联校正环节。可在原图上反复调试实验。

5.非线性典型环节特性。对几个典型的非线性特性,例如:饱和特性、死区特性、继电器特性等仿真其正弦响应。

6.非线性系统研究:通过相平面法和描述函数法绘图,分析非线性系统的稳定性以及自激振荡。

7.状态反馈与极点配置。根据状态空间模型,设计状态反馈增益矩阵K,实现期望极点配置。

三、实验仿真系统的功能实现

图形用户界面开发工具(GUIDE)是一种程式性的设计工具,借助GUIDE平台及其辅助设计工具,制作用户界面,既方便快捷,所得的界面文件也便于理

基金项目:河北联合大学教育教学改革项目,项目编号:Y1340-10【实验平台】

解和维护。

图形用户界面开发工具GUIDE是一种程式性的设计工具,本仿真系统借助GUIDE辅助编程,实现过程以实验四为例。

第一,构思、明确任务阶段。实验四题目为控制系统的串联校正,旨在实现采用频率法设计系统校正环节,达到期望的性能指标。控制理论中应用频率法进行系统的串联校正,根据校正环节的相位特点,有超前校正和滞后校正两种,两种校正方法设计校正环节的思路不同,要求的条件也不相同,但是同样可以改善系统性能。

第二,几何界面的框架软件实现阶段。明确了设计任务,则要在GUI空白模板上进行控件的布局设计。首先在GUI界面中要得到给定系统的开环模型,在实验四中,在“原系统”框给出原系统的基本信息,两个edit编辑框用于用户输入开环传函的分子分母系数多项式向量,“性能指标”框得到时域和频率的性能指标结果,PushBotton按钮“绘图”和“计算”根据用户输入的num和den向量信息,进行绘图和计算,绘图结果显示在“频率特性曲线”和“阶跃响应曲线”框给出axes坐标轴中。

“校正后系统”框,给出期望性能指标,选取校正方式,得到校正环节的传函,进行校正后系统的绘图和计算。

第三,完成各控件间相互关联的回调子函数(CallbackSubfunction)的编写。例如在实验四中,若期望穿越频率大于原系统的穿越频率,则应采用超前校正,此时使“滞后校正”按钮不可用,反之,则相反。若实现上述功能,则在期望穿越频率的编辑框的回调函数中实现,之前设置此编辑框的“Flag”属性为“qomig”。

functionqomig_Callback(hObject,eventdata,han-dles)

%-----以下为实际编写的代码-------

yomig=str2double(get(handles.yomig,'string'));%原穿越频率

qomig=str2double(get(handles.qomig,'string'));%期望穿越频率

ifyomig<qomig期望穿越频率大于原穿越频率

set(handles.lead,'Enable','on');%超前校正按钮能用

set(handles.delay,'Enable','off');%滞后校正按钮不能用

elseifyomig>qomig

set(handles.lead,'Enable','off');

set(handles.delay,'Enable','on');

end

在设计过程中,编写回调函数、调节控件布局可交叉或复合进行。

四、应用举例

以实验四为例,若原系统的开环传递函数为W

(s)=

50

s(s+1)

,要求串联校正后系统期望相位裕量

γ≥30,穿越频率ω

≥10rad/s。设计串联校正环节。

仿真实验系统给出的结果如图1。包括校正前后

频域、时域性能指标的对比,伯德图的对比,时域阶跃

响应的对比,以及校正环节传函W

(s)=

0.3s+1

0.01s+1

五、结束语

软件基于MATLAB中具有可视化编程能力的图形用户界面GUI而设计的,以MATLABm代码以及SIMULINK模型为技术手段开发而成。此软件的使用有效的克服了传统模拟实验的局限性,且与传统模拟实验互相补充,操作简单易行、快速可靠,且界面友好、可读性强。

实验仿真系统包含的7个实验,囊括了自动控制理论的基本知识点,是课堂理论学习的必要的补充,学生通过学习既能加强对基本理论的学习,又能锻炼学生的自主性和创新性,给枯燥的学习带来了很多趣味性和生动性。与此同时,此软件的使用使教学效果事半功倍,提高了教学质量。

参考文献:

[1]薛定宇.控制系统计算机辅助设计——

—MATLAB语言及应用[M].第3版.北京:清华大学出版社,2012.

[2]谢峰云.基于MATLAB的控制系统CAI设计[J].长春大学学报,2007,17(6):33-35.

[3]张翼成.基于MATLAB控制系统仿真分析软件的开发与应用[J].茂名学院学报,2007,27(4):40-43.

[4]张烈平,等.基于MATLAB的“自动控制原理”课程实验CAI的实现[J].桂林工学院学报。2002,(4).

[5]吴子彦,等.自动控制原理课程实验数字化环境的开发[J].实验室研究与探索,2005,24(增刊):

213-215.

图1仿真结果

《自动控制原理》

《自动控制原理》 实验报告 姓名: 学号: 专业: 班级: 时段: 成绩: 工学院自动化系

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、实验原理 1.比例环节的传递函数为 K R K R R R Z Z s G200 , 100 2 ) ( 2 1 1 2 1 2= = - = - = - = 其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-3所示。 三、实验内容 按下列各典型环节的传递函数,建立相应的SIMULINK仿真模型,观察并记录其单位阶跃响应波形。 ①比例环节1 ) ( 1 = s G和2 ) ( 1 = s G; ②惯性环节 1 1 ) ( 1+ = s s G和 1 5.0 1 ) ( 2+ = s s G ③积分环节 s s G1 ) ( 1 = ④微分环节s s G= ) ( 1 ⑤比例+微分环节(PD)2 ) ( 1 + =s s G和1 ) ( 2 + =s s G ⑥比例+积分环节(PI) s s G1 1 ) ( 1 + =和s s G21 1 ) ( 2 + = 四、实验结果及分析 图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK图形

① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G ② 仿真模型及波形图11)(1+= s s G 和1 5.01)(2+=s s G 11)(1+= s s G 1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节

《管理信息系统》课程设计实验报告

《管理信息系统》课程设计实验报告 课程名称:管理信息系统 指导老师: ******* 院系:商学院 专业班级: ******** 姓名: ******** 学号: ******** 实验日期: 2011.7.11 实验地点:一机房

《管理信息系统》课程设计任务书 一.课程设计目的及意义: 《管理信息系统》课程设计是在完成《管理信息系统》课程学习之后的一次实践性教 学,是本课程理论知识的一次综合运用。通过本课程设计,能够进一步加深对信息、信息系 统、管理信息系统等基础理论知识的理解,能初步掌握结构化的生命周期法、面向对象法等 系统工程方法,进一步加强熟练应用管理信息系统的操作技能,并能够借助于管理信息系统 解决实际问题。 二.课程设计要求: 1.本课程设计时间为一周。 2.本课程设计以教学班为单位进行上机操作及实验。 3.按照任务要求完成课程设计内容。 三.课程设计任务要求: 1.任务内容:进入山东轻工业学院主页,在“网络资源”区域进入“网络教学平台”,输入各自的用户名和密码(学生学号及密码),进入本网络教学平台系统,在充分熟悉本系统 的前提下,完成下列任务要求。 2.任务要求: ①按照课程讲解的系统分析步骤和理论对本系统进行系统分析。 ②绘制不少于 3 个的主要业务流程图。 ③描述上述主要业务流程图的逻辑处理功能。 ④分析本系统的优缺点,提出改进意见,并描述改进的逻辑处理功能,绘制业务流 程图。 四.课程设计评分标准: 按照《管理信息系统课程设计大纲》的要求,本课程 1 学分,采用百分制计分,其中 任务要求②占30 分,任务要求③占30 分,任务要求④占30 分,考勤及实践表现占10 分。五.本课程设计自2011 年 6 月 27 日至 2011 年 7 月 1 日。

自动控制原理实验

自动控制原理实验 实验报告 实验三闭环电压控制系统研究 学号姓名 时间2014年10月21日 评定成绩审阅教师

实验三闭环电压控制系统研究 一、实验目的: (1)通过实例展示,认识自动控制系统的组成、功能及自动控制原理课程所要解决的问题。 (2)会正确实现闭环负反馈。 (3)通过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。 二、预习与回答: (1)在实际控制系统调试时,如何正确实现负反馈闭环? 答:负反馈闭环,不是单纯的加减问题,它是通过增量法实现的,具体如下: 1.系统开环; 2.输入一个增或减的变化量; 3.相应的,反馈变化量会有增减; 4.若增大,也增大,则需用减法器; 5.若增大,减小,则需用加法器,即。 (2)你认为表格中加1KΩ载后,开环的电压值与闭环的电压值,哪个更接近2V? 答:闭环更接近。因为在开环系统下出现扰动时,系统前部分不会产生变化。故而系统不具有调节能力,对扰动的反应很大,也就会与2V相去甚远。 但在闭环系统下出现扰动时,由于有反馈的存在,扰动产生的影响会被反馈到输入端,系统就从输入部分产生了调整,经过调整后的电压值会与2V相差更小些。 因此,闭环的电压值更接近2V。 (3)学自动控制原理课程,在控制系统设计中主要设计哪一部份? 答:应当是系统的整体框架及误差调节部分。对于一个系统,功能部分是“被控对象”部分,这部分可由对应专业设计,反馈部分大多是传感器,因此可由传感器的专业设计,而自控原理关注的是系统整体的稳定性,因此,控制系统设计中心就要集中在整个系统的协调和误差调节环节。 二、实验原理: (1)利用各种实际物理装置(如电子装置、机械装置、化工装置等)在数学上的“相似性”,将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设计控制系统时,不必研究每一种实际装置,而用几种“等价”的数学形式来表达、研究和设计。又由于人本身的自然属性,人对数学而言,不能直接感受它的自然物理属性,这给我们分析和设计带来了困难。所以,我们又用替代、模拟、仿真的形式把数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样,就可以“秀才不出门,遍知天下事”。实际上,在后面的课程里,不同专业的学生将面对不同的实际物理对象,而“模拟实物”的实验方式可以做到举一反三,我们就是用下列“模拟实物”——电路系统,替代各种实际物理对象。

自动控制原理MATLAB仿真实验报告

实验一 MATLAB 及仿真实验(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 impulse ③ ),(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.

系统设计实验报告

系统设计实验报告——远程在线考试系统

目录软件需求说明书························1 引言··························· 1.1编写目的······················· 1.2背景························· 1.3定义························· 1.4参考资料······················· 2 程序系统的结构························ 3 程序设计说明·························

1引言 1.1编写目的 本文档的编写目的是为远程在线考试系统项目的设计提供: a.系统的结构、设计说明; b.程序设计说明; c. 程序(标识符)设计说明 1.2背景 随着网络技术的飞速发展,现在很多的大学及社会上其它的培训部门都已经开设了远程教育,并通过计算机网络实现异地教育。但是,远程教育软件的开发,就目前来说,还是处于起步的阶段。因此,构建一个远程在线考试系统,还是有很大的实际意义的。 根据用户提出的需求,本项目组承接该系统的开发工作 a.开发软件系统的名称:远程在线考试系统 b.本项目的任务提出者:福州大学软件学院 c.用户:各类大专院校学校、中小学校。 1.3定义 远程在线考试系统 远程在线考试系统是基于用Browser/Web模式下的,可以实现考试题库管理、多用户在线考试、自动阅卷功能的系统。

1.4参考资料 ?GB 8566 计算机软件开发规范 ?GB 8567 计算机软件产品开发文件编制指南?软件设计标准 ?《ASP与SQL-Server2000》清华大学出版社?《可行性研究报告》 ?《项目计划文档》 ? 2程序系统的结构 3程序1(标识符)设计说明

自动控制原理实验报告

自动控制原理 实验报告 姓名学号 时间地点实验楼B 院系专业 实验一系统的数学模 实验二控制系统的时域分析 实验三控制系统的频域分析

实验一系统的数学模 一、实验目的和任务 1、学会使用MATLAB的命令; 2、掌握MATLAB有关传递函数求取及其零、极点计算的函数。 3、掌握用MATLAB 求取系统的数学模型 二、实验仪器、设备及材料 1、计算机 2、MATLAB软件 三、实验原理 1、MATLAB软件的使用 2、使用MATLAB软件在计算机上求取系统的传递函数 四、实验内容 1、特征多项式的建立与特征根的求取 在命令窗口依次运行下面命令,并记录各命令运行后结果 >>p=[1,3,0,4]; p = 1 3 0 4 >>r=roots(p) r = -3.3553 + 0.0000i 0.1777 + 1.0773i 0.1777 - 1.0773i >>p=poly(r) p = 1.0000 3.0000 -0.0000 4.0000 2、求单位反馈系统的传递函数: 在命令窗口依次运行下面命令,并记录各命令运行后结果 >>numg=[1];deng=[500,0,0]; >>numc=[1,1];denc=[1,2]; >>[num1,den1]=series(numg,deng,numc,denc); >>[num,den]=cloop(num1,den1,-1) num = 0 0 1 1

den = 500 1000 1 1 >>printsys(num,den) num/den = s + 1 --------------------------- 500 s^3 + 1000 s^2 + s + 1 3、传递函数零、极点的求取 在命令窗口依次运行下面命令,并记录各命令运行后结果>>num1=[6,0,1];den1=[1,3,3,1]; >>z=roots(num1) ; >>p=roots(den1) ; >>n1=[1,1];n2=[1,2];d1=[1,2*i];d2=[1,-2*i];d3=[1,3]; >>num2=conv(n1,n2) num2 = 1 3 2 >>den2=conv(d1,conv(d2,d3)) den2 = 1 3 4 12 >>printsys(num2,den2) s^2 + 3 s + 2 ---------------------- s^3 + 3 s^2 + 4 s + 12 >>num=conv(num1,den2);den=conv(den1,num2); >>printsys(num,den) 6 s^5 + 18 s^4 + 25 s^3 + 75 s^2 + 4 s + 12 ------------------------------------------- s^5 + 6 s^4 + 14 s^3 + 16 s^2 + 9 s + 2 >>pzmap(num,den),title(‘极点-零点图’)

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。 6)选择反馈形式。为了形成闭环反馈系统,需选择“Math ” 模块库右边窗口“Sum ”图1-1 SIMULINK 仿真界面 图1-2 系统方框图

北航自动控制原理实验报告(完整版)

自动控制原理实验报告 一、实验名称:一、二阶系统的电子模拟及时域响应的动态测试 二、实验目的 1、了解一、二阶系统阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系 2、学习在电子模拟机上建立典型环节系统模型的方法 3、学习阶跃响应的测试方法 三、实验内容 1、建立一阶系统的电子模型,观测并记录在不同时间常数T时的响应曲线,测定过渡过程时间T s 2、建立二阶系统电子模型,观测并记录不同阻尼比的响应曲线,并测定超调量及过渡过程时间T s 四、实验原理及实验数据 一阶系统 系统传递函数: 由电路图可得,取则K=1,T分别取:0.25, 0.5, 1 T 0.25 0.50 1.00 R2 0.25MΩ0.5M Ω1MΩ C 1μ1μ1μ T S 实测0.7930 1.5160 3.1050 T S 理论0.7473 1.4962 2.9927 阶跃响应曲线图1.1 图1.2 图1.3 误差计算与分析 (1)当T=0.25时,误差==6.12%; (2)当T=0.5时,误差==1.32%; (3)当T=1时,误差==3.58% 误差分析:由于T决定响应参数,而,在实验中R、C的取值上可能存在一定误差,另外,导线的连接上也存在一些误差以及干扰,使实验结果与理论值之间存在一定误差。但是本实验误差在较小范围内,响应曲线也反映了预期要求,所以本实验基本得到了预期结果。 实验结果说明 由本实验结果可看出,一阶系统阶跃响应是单调上升的指数曲线,特征有T确定,T越小,过度过程进行得越快,系统的快速性越好。 二阶系统 图1.1 图1.2 图1.3

系统传递函数: 令 二阶系统模拟线路 0.25 0.50 1.00 R4 210.5 C2 111 实测45.8% 16.9% 0.6% 理论44.5% 16.3% 0% T S实测13.9860 5.4895 4.8480 T S理论14.0065 5.3066 4.8243 阶跃响应曲线图2.1 图2.2 图2.3 注:T s理论根据matlab命令[os,ts,tr]=stepspecs(time,output,output(end),5)得出,否则误差较大。 误差计算及分析 1)当ξ=0.25时,超调量的相对误差= 调节时间的相对误差= 2)当ξ=0.5时,超调量的相对误差==3.7% 调节时间的相对误差==3.4% 4)当ξ=1时,超调量的绝对误差= 调节时间的相对误差==3.46% 误差分析:由于本试验中,用的参量比较多,有R1,R2,R3,R4;C1,C2;在它们的取值的实际调节中不免出现一些误差,误差再累加,导致最终结果出现了比较大的误差,另外,此实验用的导线要多一点,干扰和导线的传到误差也给实验结果造成了一定误差。但是在观察响应曲线方面,这些误差并不影响,这些曲线仍旧体现了它们本身应具有的特点,通过比较它们完全能够了解阶跃响应及其性能指标与系统参数之间的关系,不影响预期的效果。 实验结果说明 由本实验可以看出,当ωn一定时,超调量随着ξ的增加而减小,直到ξ达到某个值时没有了超调;而调节时间随ξ的增大,先减小,直到ξ达到某个值后又增大了。 经理论计算可知,当ξ=0.707时,调节时间最短,而此时的超调量也小于5%,此时的ξ为最佳阻尼比。此实验的ξ分布在0.707两侧,体现了超调量和调节时间随ξ的变化而变化的过程,达到了预期的效果。 图2.2 图2.1 图2.3

自动控制原理实验1-6

实验一MATLAB 仿真基础 一、实验目的: (1)熟悉MATLAB 实验环境,掌握MATLAB 命令窗口的基本操作。 (2)掌握MATLAB 建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。 (3)掌握使用MATLAB 命令化简模型基本连接的方法。 (4)学会使用Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。 二、实验设备和仪器 1.计算机;2. MATLAB 软件 三、实验原理 函数tf ( ) 来建立控制系统的传递函数模型,用函数printsys ( ) 来输出控制系统的函数,用函数命令zpk ( ) 来建立系统的零极点增益模型,其函数调用格式为:sys = zpk ( z, p, k )零极点模型转换为多项式模型[num , den] = zp2tf ( z, p, k ) 多项式模型转化为零极点模型 [z , p , k] = tf2zp ( num, den ) 两个环节反馈连接后,其等效传递函数可用feedback ( ) 函数求得。 则feedback ()函数调用格式为: sys = feedback (sys1, sys2, sign ) 其中sign 是反馈极性,sign 缺省时,默认为负反馈,sign =-1;正反馈时,sign =1;单位反馈时,sys2=1,且不能省略。 四、实验内容: 1.已知系统传递函数,建立传递函数模型 2.已知系统传递函数,建立零极点增益模型 3.将多项式模型转化为零极点模型 1 2s 2s s 3s (s)23++++=G )12()1()76()2(5)(332 2++++++= s s s s s s s s G 12s 2s s 3s (s)23++++= G )12()1()76()2(5)(3322++++++=s s s s s s s s G

操作系统课程设计实验报告

河北大学工商学院 课程设计 题目:操作系统课程设计 学部信息学部 学科门类电气信息 专业计算机 学号2011482370 姓名耿雪涛 指导教师朱亮 2013 年6月19日

主要内容 一、设计目的 通过模拟操作系统的实现,加深对操作系统工作原理理解,进一步了解操作系统的实现方法,并可练习合作完成系统的团队精神和提高程序设计能力。 二、设计思想 实现一个模拟操作系统,使用VB、VC、CB等windows环境下的程序设计语言,以借助这些语言环境来模拟硬件的一些并行工作。模拟采用多道程序设计方法的单用户操作系统,该操作系统包括进程管理、存储管理、设备管理、文件管理和用户接口四部分。 设计模板如下图: 注:本人主要涉及设备管理模块

三、设计要求 设备管理主要包括设备的分配和回收。 ⑴模拟系统中有A、B、C三种独占型设备,A设备1个,B设备2个,C设备2个。 ⑵采用死锁的预防方法来处理申请独占设备可能造成的死锁。 ⑶屏幕显示 注:屏幕显示要求包括:每个设备是否被使用,哪个进程在使用该设备,哪些进程在等待使用该设备。 设备管理模块详细设计 一、设备管理的任务 I/O设备是按照用户的请求,控制设备的各种操作,用于完成I/O 设备与内存之间的数据交换(包括设备的分配与回收,设备的驱动管理等),最终完成用户的I/O请求,并且I/O设备为用户提供了使用外部设备的接口,可以满足用户的需求。 二、设备管理函数的详细描述 1、检查设备是否可用(主要代码) public bool JudgeDevice(DeviceType type) { bool str = false; switch (type) { case DeviceType.a: {

自动控制原理课程实验

上海电力学院实验报告 自动控制原理实验课程 题目:2.1.1(2.1.6课外)、2.1.4(2.1.5课内)班级:gagagagg 姓名:lalalal 学号:hahahahah 时间:zzzzzzzzzzz

实验内容一: 一、问题描述: 已知系统结构图,(1)用matlab编程计算系统的闭环传递函数;(2)用matlab转换函数表示系统状态空间模型;(3)计算其特征根。 二、理论方法分析 (1)根据系统结构图的串并联关系以及反馈关系,分别利用tf ()函数series()函数,parallel函数以及feedback函数构建系统传递函数;(2)已求出系统传递函数G,对于线性定常系统利用函数ss(G)课得到系统的状态空间模型。(3)利用线性定常系统模型数据还原函数[num,den]=tfdata(G,‘v’)可得到系统传递函数的分子多项式num与分母多项式den,利用roots(den)函数可得到系统的特征根。 三、实验设计与实现 新建M文件,编程程序如下文所示: G1=tf([0.2],[1,1,1]); G2=tf([0.3],[1,1]); G3=tf([0.14],[2,1]); G4=series(G2,G3);%G2与G3串联 G5=0.7*feedback(G4,-1,1); G6=0.4*feedback(G1,G5,1); G7=feedback(G6,0.6)

ss(G7)%将系统传递函数转化为状态空间模型 [num den]=tfdata(G7,'v');%还原系统传递函数分子、分母系数矩阵 roots(den)%求系统传递函数特征根 点击Run运行 四、实验结果与分析 M文件如下: 运行结果如下:

自动控制原理实验1-6

实验一 MATLAB 仿真基础 、实验目的: (1) 熟悉MATLAB 实验环境,掌握MATLAB 命令窗口的基本操作。 (2) 掌握MATLAB 建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。 (3) 掌握使用MATLAB 命令化简模型基本连接的方法。 (4) 学会使用Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。 二、实验设备和仪器 1 ?计算机;2. MATLAB 软件 三、实验原理 函数tf ()来建立控制系统的传递函数模型,用函数printsys ()来输出控制系 统的函数,用函数命令zpk ()来建立系统的零极点增益模型,其函数调用格式 为:sys = zpk ( z, p, k 零极点模型转换为多项式模型[num , den] = zp2tf ( z, p, k ) 多项式模型转化为零极点模型 [z , p , k] = tf2zp ( num, den ) 两个环节反馈连接后,其等效传递函数可用 feedback ()函数求得。 则 feedback ()函数调用格式为: sys = feedback (sysl, sys2, sigh 其中sign 是反馈极性,sign 缺省时,默认为负反馈,sign = -1;正反馈时, sig n = 1;单位反馈时,sys2= 1,且不能省略。 四、实验内容: 1. 已知系统传递函数,建立传递函数模型 2 2 5(s 2) (s 6s 7) 3 3 s(s 1) (s 2s 1) 2. 已知系统传递函数,建立零极点增益模型 s 3 飞 2~ s 2s 2s 1 3 ?将多项式模型转化为零极点模型 5(s 2)2(s 2 6s 7) G(s) s 3 s 3 2s 2 2s 1 G(s) G(s)

自动控制原理MATLAB仿真实验

自动控制原理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。 图1-1 SIMULINK仿真界面图1-2 系统方框图

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。 6)选择反馈形式。为了形成闭环反馈系统,需选择“Math ” 模块库右边窗口“Sum ”图标,并用鼠标双击,将其设置为需要的反馈形式(改变正负号)。 7)连接各元件,用鼠标划线,构成闭环传递函数。 8)运行并观察响应曲线。用鼠标单击工具栏中的“”按钮,便能自动运行仿真环境下的系统框图模型。运行完之后用鼠标双击“Scope ”元件,即可看到响应曲线。 三、实验原理 1.比例环节的传递函数为 221211()2100,200Z R G s R K R K Z R =-=-=-== 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。

自动控制原理仿真实验

实验一一阶惯性系统特性仿真分析 1 实验目的:熟悉仿真模块及参数设定方法,研究一阶惯性环节闭环传递函数参数T和K对系统单位阶跃响应性能的影响。 2 实验方法:利用SIMULINK建立系统结构图。见图1。 3 实验内容:按照仿真图要求,从SIMULINK库中取出相应的模块,并连接闭合的系统结构图。闭环传函G(s)=K/(Ts+1),K=1,T=0.2秒,观察阶跃相应曲线。重复改变T 分别为0.5秒、0.8秒观察阶跃相应曲线的变化。计算一阶系统的动态响应指标tr和ts。 4 实验步骤:启动计算机,运行Matlab软件,启动Simulink程序,按照内容要求组装控制系统,做好实验准备。 5 实验结果分析及结论: ①求出一界系统单位阶跃响应函数表达式,计算T=0.2,0.5,0.8时的响应指标tr和ts。 ② T逐渐增大时,上升时间tr和调节时间ts怎样变化? ③ T逐渐减小时,系统的闭环极点怎样变化? ④ T一定K增大时,系统的tr和ts怎样变化?闭环极点怎样变化? ⑤一界系统一定稳定吗?为什么? ⑥结论。 图1 一阶系统仿真

实验二二阶系统单位阶跃响应仿真分析 1 实验目的:学习利用SIMULINK库中的模块构成二阶系统的方法。分析二界系统的阻尼系数zhita对系统稳定性的影响。 2 实验方法:利用SIMULINK建立系统结构图。见图2。 3 实验内容:选择适当的仿真模块构成上述系统。令Wn=1。别选取zhita=1.5>1(过阻尼)、zhita=1(临界阻尼)、0

自动控制原理Matlab实验3(系统根轨迹分析)

《自动控制原理》课程实验报告 实验名称系统根轨迹分析 专业班级 *********** ********* 学 号 姓名** 指导教师李离 学院名称电气信息学院 2012 年 12 月 15 日

一、实验目的 1、掌握利用MATLAB 精确绘制闭环系统根轨迹的方法; 2、了解系统参数或零极点位置变化对系统根轨迹的影响; 二、实验设备 1、硬件:个人计算机 2、软件:MATLAB 仿真软件(版本6.5或以上) 三、实验内容和步骤 1.根轨迹的绘制 利用Matlab 绘制跟轨迹的步骤如下: 1) 将系统特征方程改成为如下形式:1 + KG ( s ) = 1 + K ) () (s q s p =0, 其中,K 为我们所关心的参数。 2) 调用函数 r locus 生成根轨迹。 关于函数 rlocus 的说明见图 3.1。 不使用左边的选项也能画出根轨迹,使用左边的选项时,能 返回分别以矩阵和向量形式表征的特征根的值及与之对应的增益值。 图3.1 函数rlocus 的调用 例如,图 3.2 所示系统特征根的根轨迹及其绘制程序见图 3.3。

图3.2 闭环系统一 图3.3 闭环系统一的根轨迹及其绘制程序

图 3.4 函数 rlocfind 的使用方法 注意:在这里,构成系统 s ys 时,K 不包括在其中,且要使分子和分母中 s 最高次幂项的系数为1。 当系统开环传达函数为零、极点形式时,可调用函数 z pk 构成系统 s ys : sys = zpk([zero],[pole],1); 当系统开环传达函数无零点时,[zero]写成空集[]。 对于图 3.2 所示系统, G(s)H(s)= )2()1(++s s s K *11+s =) 3)(2() 1(+++s s s s K . 可如下式调用函数 z pk 构成系统 s ys : sys=zpk([-1],[0 -2 -3],1) 若想得到根轨迹上某个特征根及其对应的 K 的值,一种方法是在调用了函数 rlocus 并得到了根 轨迹后调用函数 rlocfind 。然后,将鼠标移至根轨迹图上会出现一个可移动的大十字。将该十字的 中心移至根轨迹上某点,再点击鼠标左键,就可在命令窗口看到该点对应的根值和 K 值了。另外一种 较为方便的做法是在调用了函数 rlocus 并得到了根轨迹后直接将鼠标移至根轨迹图中根轨迹上某

软件设计与体系结构实验报告

福建农林大学计算机与信息学院 实验报告 课程名称:软件设计与体系结构 姓名:陈宇翔 系:软件工程系 专业:软件工程 年级:2007 学号:070481024 指导教师:王李进 职称:讲师 2009年12月16日

实验项目列表

福建农林大学计算机与信息学院实验报告 学院:计算机与信息学院专业:软件工程系年级:2007 姓名:陈宇翔 学号:070481024 课程名称:软件设计与体系结构实验时间:2009-10-28 实验室田实验室312、313计算机号024 指导教师签字:成绩: 实验1:ACME软件体系结构描述语言应用 一、实验目的 1)掌握软件体系结构描述的概念 2)掌握应用ACMESTUDIO工具描述软件体系结构的基本操作 二、实验学时 2学时。 三、实验方法 由老师提供软件体系结构图形样板供学生参考,学生在样板的指导下修改图形,在老师的指导下进行软件体系结构描述。 四、实验环境 计算机及ACMESTUDIO。 五、实验内容 利用ACME语言定义软件体系结构风格,修改ACME代码,并进行风格测试。 六、实验操作步骤 一、导入Zip文档 建立的一个Acme Project,并且命名为AcmeLab2。如下图:

接着导入ZIP文档,导入完ZIP文档后显示的如下图: 二、修改风格 在AcmeLab2项目中,打开families下的TieredFam.acme.如下图: 修改组件外观 1. 在组件类型中,双击DataNodeT; 在其右边的编辑器中,将产生预览;选择Modify 按钮,将打开外观编辑器对话框。 2. 首先改变图形:找到Basic shape section,在Stock image dropdown menu中选 择Repository类型. 3. 在Color/Line Properties section修改填充颜色为深蓝色。 4. 在颜色对话框中选择深蓝色,并单击 [OK]. 5. 修改图形的边框颜色为绿色 7. 单击Label tab,在Font Settings section, 设置字体颜色为白色,单击[OK] 产生的图形如下图:

自动控制原理实验报告

自动控制原理 实验报告 实验一典型系统的时域响应和稳定性分析 (2) 一、实验目的 (3) 二、实验原理及内容 (3) 三、实验现象分析 (5) 方法一:matlab程序 (5) 方法二:multism仿真 (12)

方法三:simulink仿真 (17) 实验二线性系统的根轨迹分析 (21) 一、确定图3系统的根轨迹的全部特征点和特征线,并绘出根轨迹 (21) 二、根据根轨迹图分析系统的闭环稳定性 (22) 三、如何通过改造根轨迹来改善系统的品质? (25) 实验三线性系统的频率响应分析 (33) 一、绘制图1. 图3系统的奈氏图和伯德图 (33) 二、分别根据奈氏图和伯德图分析系统的稳定性 (37) 三、在图4中,任取一可使系统稳定的R值,通过实验法得到对应的伯德图,并据此导 出系统的传递函数 (38) 实验四、磁盘驱动器的读取控制 (41) 一、实验原理 (41) 二、实验内容及步骤 (41) (一)系统的阶跃响应 (41) (二) 系统动态响应、稳态误差以及扰动能力讨论 (45) 1、动态响应 (46) 2、稳态误差和扰动能力 (48) (三)引入速度传感器 (51) 1. 未加速度传感器时系统性能分析 (51) 2、加入速度传感器后的系统性能分析 (59) 五、实验总结 (64) 实验一典型系统的时域响应和稳定性分 析

一、 实验目的 1.研究二阶系统的特征参量(ξ、ωn )对过渡过程的影响。 2.研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。 3.熟悉Routh 判据,用Routh 判据对三阶系统进行稳定性分析。 二、 实验原理及内容 1.典型的二阶系统稳定性分析 (1) 结构框图:见图1 图1 (2) 对应的模拟电路图 图2 (3) 理论分析 导出系统开环传递函数,开环增益0 1 T K K = 。 (4) 实验内容 先算出临界阻尼、欠阻尼、过阻尼时电阻R 的理论值,再将理论值应用于模拟电路中,观察二阶系统的动态性能及稳定性,应与理论分析基本吻合。在此实验中(图2), s 1T 0=, s T 2.01=,R 200 K 1= R 200 K =?

自动控制原理实验报告73809

-150-100 -50 50 实验一 典型环节的模拟研究及阶跃响应分析 1、比例环节 可知比例环节的传递函数为一个常数: 当Kp 分别为0.5,1,2时,输入幅值为1.84的正向阶跃信号,理论上依次输出幅值为0.92,1.84,3.68的反向阶跃信号。实验中,输出信号依次为幅值为0.94,1.88,3.70的反向阶跃信号, 相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。 2、 积分环节 积分环节传递函数为: (1)T=0.1(0.033)时,C=1μf (0.33μf ),利用MATLAB ,模拟阶跃信号输入下的输出信号如图: T=0.1 T=0.033 与实验测得波形比较可知,实际与理论值较为吻合,理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍,实际上为8/2.6=3.08,在误差允许范围内可认为满足理论条件。 3、 惯性环节 i f i o R R U U -=TS 1 CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=15 20

惯性环节传递函数为: K = R f /R 1,T = R f C, (1) 保持K = R f /R 1 = 1不变,观测T = 0.1秒,0.01秒(既R 1 = 100K,C = 1μf , 0.1μf )时的输出波形。利用matlab 仿真得到理论波形如下: T=0.1时 t s (5%)理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为:(400-300)/300=33.3%,读数误差较大。 K 理论值为1,实验值2.12/2.28, 相对误差为(2.28-2.12)/2.28=7%与理论值 较为接近。 T=0.01时 t s (5%)理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为:(40-30)/30=33.3% 由于ts 较小,所以读数时误差较大。 K 理论值为1,实验值2.12/2.28, 相对误差为(2.28-2.12)/2.28=7%与理论值较为接近 (2) 保持T = R f C = 0.1s 不变,分别观测K = 1,2时的输出波形。 K=1时波形即为(1)中T0.1时波形 K=2时,利用matlab 仿真得到如下结果: t s (5%)理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为:(400-300)/300=33.3% 读数误差较大 K 理论值为2,实验值4.30/2.28, 1 TS K )s (R )s (C +-=

操作系统课程设计实验报告proj2

操作系统课程设计报告 班级: 团队成员:

目录 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。 一、实验要求:建立线程系统................................................................... 错误!未定义书签。 1.1Task 2.1实现文件系统调用 (3) 1.1.1题目要求 (3) 1.1.2题目分析与实现方案 (3) 1.1.3关键点与难点 (4) 1.1.4实现代码 (4) 1.2 Task 2.2 完成对多道程序的支持 (5) 1.2.1题目要求 (5) 1.2.2题目分析与实现方案 (5) 1.2.3关键点与难点 (6) 1.2.4实现代码 (7) 1.3 Task 2.3 实现系统调用 (7) 1.3.1题目要求 (7) 1.3.2题目分析与实现方案 (8) 1.3.3关键点与难点 (9) 1.3.4实现代码 (9) 1.4 Task 2.4 实现彩票调度 (10) 1.4.1题目要求 (10) 1.4.2题目分析与实现方案 (10) 1.4.3关键点与难点 (11) 1.4.4实现代码 (11) 二、测试结果............................................................................................ 2错误!未定义书签。

自动控制原理实验指导书(2017-2018-1)

自动控制原理实验指导书 王娜编写 电气工程与自动化学院 自动化系 2017年11月 实验一控制系统的时域分析

[实验目的] 1、熟悉并掌握Matlab 操作环境和基本方法,如数据表示、绘图等命令; 2、掌握控制信号的拉氏变换与反变换laplace 和ilaplace ,控制系统生成模型的常用函数命令sys=tf(num,den),会绘制单位阶跃、脉冲响应曲线; 3、会构造控制系统的传递函数、会利用matlab 函数求取系统闭环特征根; 4、会分析控制系统中n ζω, 对系统阶跃、脉冲响应的影响。 [实验内容及步骤] 1、矩阵运算 a) 构建矩阵:A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 解: >> A=[1 2;3 4] A = 1 2 3 4 >>B=[5 5;7 8] B = 5 5 7 8 b) 已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] ,求矩阵A 的特征值、特征多项式和特征向量. 解:>> A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4]; >> [V ,D]=eig(A) V = 0.4181 -0.4579 - 0.3096i -0.4579 + 0.3096i -0.6044 0.6211 -0.1757 + 0.2740i -0.1757 - 0.2740i 0.0504 0.5524 0.7474 0.7474 -0.2826 0.3665 -0.1592 - 0.0675i -0.1592 + 0.0675i 0.7432 D = 13.0527 0 0 0 0 -4.1671 + 1.9663i 0 0 0 0 -4.1671 - 1.9663i 0 0 0 0 2.1815 >> p=poly(A) p = -6.9000 -77.2600 -86.1300 604.5500 2. 基本绘图命令 a) 绘制余弦曲线y=cos(x),x ∈[0,2π] 解:>> x=linspace(0,2*pi); >> y=cos(x); >> plot(x,y)

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