控制系统仿真实验报告要点
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。
控制系统仿真实验报告一
end
figure(1)
plot([0:hStep:nCounter*hStep]',Hlevel)
Grid
2、函数文件
functionNewX=my_wsh(h,t0,x0,u0)
K1=l_2(t0,x0,u0);
K2=l_2(t0+h/2,x0+h*K1/2,u0);
K3=l_2(t0+h/2,x0+h*K2/2,u0);
U=0.55,h=30 U=0.55,h=40
U=0.55,h=41 U=0.55,h=42
U=0.55,h=45 U=0.55,h=48
结论：由图可知，当h大于41时RK4变得不稳定
（3）ode45脚本文件
clc
clear
close
[t,H]=ode45('ode4_5',[1 200],[1.2 1.1]);
function[dh]=l_2(t,x,u)
A=2;
ku=0.1/0.5;
alpha12 = 0.25/sqrt(1.5);
alpha2 = 0.25/sqrt(1.4);
dh(1)=(ku*(u(1))-x(1,1)/(2*sqrt(1.5)/alpha12)+u(2))/A;
dh(2)=(x(1,1)/(2*sqrt(1.5)/alpha12)-x(1,2)/(2*sqrt(1.4)/alpha2))/A;
控制工程实训课程学习总结基于MATLAB的系统建模与仿真实验报告
控制工程实训课程学习总结基于MATLAB 的系统建模与仿真实验报告摘要：本报告以控制工程实训课程学习为背景，基于MATLAB软件进行系统建模与仿真实验。
通过对实验过程的总结，详细阐述了系统建模与仿真的步骤及关键技巧，并结合实际案例进行了实验验证。
本次实训课程的学习使我深入理解了控制工程的基础理论，并掌握了利用MATLAB进行系统建模与仿真的方法。
1. 引言控制工程是一门应用广泛的学科，具有重要的理论和实践意义。
在控制工程实训课程中，学生通过实验来加深对控制系统的理解，并运用所学知识进行系统建模与仿真。
本次实训课程主要基于MATLAB软件进行，本文将对实验过程进行总结与报告。
2. 系统建模与仿真步骤2.1 确定系统模型在进行系统建模与仿真实验之前，首先需要确定系统的数学模型。
根据实际问题，可以选择线性或非线性模型，并利用控制理论进行建模。
在这个步骤中，需要深入理解系统的特性与工作原理，并将其用数学方程表示出来。
2.2 参数识别与估计参数识别与估计是系统建模的关键，它的准确性直接影响到后续仿真结果的可靠性。
通过实际实验数据，利用系统辨识方法对系统的未知参数进行估计。
在MATLAB中，可以使用系统辨识工具包来进行参数辨识。
2.3 选择仿真方法系统建模与仿真中，需要选择合适的仿真方法。
在部分情况下，可以使用传统的数值积分方法进行仿真；而在其他复杂的系统中，可以采用基于物理原理的仿真方法，如基于有限元法或多体动力学仿真等。
2.4 仿真结果分析仿真结果的分析能够直观地反映系统的动态响应特性。
在仿真过程中，需对系统的稳态误差、动态响应、鲁棒性等进行综合分析与评价。
通过与理论期望值的比较，可以对系统的性能进行评估，并进行进一步的优化设计。
3. 实验案例及仿真验证以PID控制器为例，说明系统建模与仿真的步骤。
首先，根据PID控制器的原理以及被控对象的特性，建立数学模型。
然后，通过实际实验数据对PID参数进行辨识和估计。
控制系统的典型环节的模拟实验报告
课程名称：控制实际乙指导教师：成果：之公保含烟创作实验名称：控制系统典型环节的模拟实验类型：同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、把持办法和实验步伐五、实验数据记载和处置六、实验后果与剖析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1．熟悉超低频扫描示波器的使用办法2．掌握用运放组成控制系统典型环节的电子电路3．丈量典型环节的阶跃响应曲线4．铜鼓哦是暗夜男了解典型环节中参数的变卦对输出静态性能的影响二、实验内容和原理以运算缩小器为中心元件，由其分歧的RC输入网络和反应网络组成的各种典型环节，如下图所示.右图中可以失掉：由上式可求得有下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单元阶跃响应1．积分环节衔接电路图如下图所示和第一个实验相同，电源为峰峰值为30V 的阶跃函数电源，运放为LM358型号运放.在这次实验中，R2其实不出现在电路中，所以我们可以同时调节R1的值和C 的值来改动该传递函数的其他参量值.详细表达式为：式中：RC T =由表达式可以画出在阶跃函数的鼓励下，电路所出现的阶跃响应图像实验要求积分环节的传递函数需要到达（1）ss G 1)(1=（2）ss G 5.01)(2= 2．比例微分环节衔接电路图如下图所示在该电路中，实验器材和第一次实验与第二次实验不变，R2仍然固定为1M 不改动.R1与C 并联之后与运算缩小器的负端相连，R2接在运放的输出端和负输入端两端，起到了负反应调节作用.详细表达式为： 式中，12R R K =，C R T 1= 由表达式可以画出在阶跃函数的鼓励下，电路所出现的阶跃响应图像实验要求惯性环节的传递函数需要到达（1）s s G +=2)(1（2）s s G 21)(2+=3．惯性环节衔接电路图如图所示在该图中，电源由控制实际电子模拟箱中的阶跃响应电源来替代，电源的峰峰值为30V ；在模拟电子箱中，运算缩小器采用LM358型号的运算缩小器.在控制实际电子模拟箱中，R2是一个固定值，固定为1M Ω，所以我们可以调整R1和C 来改动阶跃响应函数图像的其他参数.电阻R2和电容C 并联接入在运放的负输入端和输出端之间，起到了负反应调节作用.详细导出式如下 式中，12R R K =，C R T 2= 由表达式可以画出在阶跃函数的鼓励下，电路所出现的阶跃响应图像实验要求惯性环节的传递函数需要到达（1）11)(1+=s s G （2）15.01)(2+=s s G 三、主要仪器设备1．控制实际电子模拟实验箱一台2．超低频慢扫描示波器一台3．万用表一只四、把持办法和实验步伐（1）依照电路原理图，将实际的电路图衔接起来（2）依据实验要求的传递函数算出R 1与C 的值.在实验1中，T=RC=1，所以取R 1=1M Ω，C=1μF ；在实验2中，T=RC=0.5，所以取R1=1M ΩμF （由两个1μμF 的电容）（3）将示波器的两个表笔接入输出端和输入端（4）接通电源，按下按钮，察看在阶跃函数的直流电源鼓励下，输出端的阶跃响应.2．比例微分环节（1）依照电路原理图，将实际的电路图衔接起来（2）依据实验要求的传递函数算出R2、R1与C的值.由于R2固定为1MΩ，所以只能调整R1和C的值来完成实验.在实验1中，K=2，T=1，所以取R1=0.5，R2Ω，C=1/R1=2μF （由两个1MΩΩ的电阻，由两个1μF并联起来失掉2μF的电容）在实验2中，K=1，T=2，所以R1=R2=1MΩ，C=1μF（3）将示波器的两个表笔接入输出端和输入端（4）接通电源，按下按钮，察看在阶跃函数的直流电源鼓励下，输出端的阶跃响应.3．惯性环节（1）依照电路原理图，将实际的电路图衔接起来（2）依据实验要求的传递函数算出R1、R2与C的值.实验箱中R2电阻固定为1MΩ.在实验1中，T=1，K=1，所以R1=R2=1MΩ，C=1μF；在实验2中，T=0.5，K=1，所以R1=R2=1MΩμF（由两个1μμF的电容）（3）将示波器的两个表笔接入输出端和输入端（4）接通电源，按下按钮，察看在阶跃函数的直流电源鼓励下，输出端的阶跃响应.五、实验数据记载和处置1．积分环节（1）ss G 1)(1= （2）s s G 5.01)(2=2. 比例积分环节（1）s s G +=2)(1（2）s s G 21)(2+=3. 惯性环节（2）15.01)(2+=s s G 六、实验后果与剖析1．实验后果剖析（1）积分环节 ①ss G 1)(1= 实际值：上升时间为15s ，输出电压为15V.实际值：输出电压为14.2V ，上升时间为13.0s.误差为9.0%与5.3% ②ss G 5.01)(2=实际值：上升时间为7.5s ，输出电压为15V.实际值：输出电压为14.2V ，上升时间为7.32s.误差为3.0%与5.3%（2）比例积分环节①s s G +=2)(1实际值：上升时间70ms ，上升电压15V实际值：上升时间72.0ms ，上升电压14.8V .误差为2.8%和1.3%.②s s G 21)(2+=实际值：上升时间140ms ，上升电压15V实际值：上升时间为132ms ，上升电压为14.2V.误差为5.7%和5.3%（3）惯性环节 ①11)(1+=s s G 实际值：时间常数为1s ，上升时间为4s ，上升电压1V实际值：上升时间为3.02s ，上升电压为1.00V. ②15.01)(2+=s s G 实际值：时间常数为0.5s ，上升时间为2s ，上升电压1V 实际值：上升时间为1.38V ，上升电压为1.00V.2．实验误差剖析（1）运算缩小器任务状态下其实不是理想状态，招致实际值和实际值相差较多.（2）示波器的读数时，采用了光标丈量的办法.用肉眼估量是否到达平衡值，造成了一定的误差.（3）惯性环节的误差比拟年夜，能够是我们没有比及储能式电容全部将电量完全放出就守旧了电源，持续了下一步实验，招致上升时间和实际值相比，误差很年夜，甚至出现了毛病.（4）积分环节和比例积分环节的上升电压均没有到达15V，原因能够是微小电流在较年夜电阻值上发作了压降，从而使被测值与实际值存在误差.（5）比例积分环节的输出电压到达稳定之后，出现了一定范围内的坚定，使得波形十分复杂.原因能够是因为电容在不竭充电和放电的进程中，造成了一定范围内的阻尼震荡.3．实验思考题剖析（1）用运放模拟典型环节时，其传递函数实在那两个假定条件下近似导出的？答：假定运放具有理想的“虚短”和“虚断”特性；运放的静态量为零，输入量、输出量和反应量都可以用瞬时值暗示其静态变卦.（2）积分环节和惯性环节主要分歧是什么？在什么条件县，惯性环节可以近似地视为积分环节？在什么条件下，又可以视为比例环节？答：惯性环节的特点是，当输入作阶跃变卦时，输出信号不能立即到达稳态值，稳态输出以指数规律变卦，而级分环节，当输入为单元阶跃信号的时候，输出为输入对时间的积分，输出信号随时间出现直线增长，当t趋向于无穷年夜的时候，惯性环节可以近似的视为积分环节，当趋于0的时候，惯性环节可以近似的视为比例环节.（3）如何依据阶跃响应的波形，确定积分环节和惯性环节的时间常数？答：用示波器的“时标”开关测出渡过时间t.由公式T=t/4计算时间常数.七、讨论、心得1.阶跃响应的输入不宜过年夜，否则会烧坏运算缩小器.2.电容式储能元件，使用完之后一定要先对其停止放点处置，才华停止下一次实验.3.波形察看末端会出现阻尼震荡，是电容充电和放电的时候出现的情况.4.惯性环节的特点是，当输入x（t）作阶跃变卦时候，输出y （t）不能立即到达稳态值，瞬态输出以指数规律变卦.二积分环节，当输入为单元阶跃信号的额时候，输出为输入对时间的积分，输出波形随时间出现增长.5.当t趋向于无穷年夜时（s趋近于0），惯性环节可以近似视为积分环节；当t趋近于0（s趋近于无穷年夜）时，惯性环节课近似视为比例环节.6.通过本次实验，将课上学过的实际剖析和实验进程和后果剖析严密的结合在一起，在了解了怎样实现积分环节、比例微分环节和惯性环节的电路的同时，也充沛了解传递函数在电路系统的控制环节傍边的重要性.这次实验虽然很复杂，但却对我们以后的控制实际实验打下了根底.。
控制系统仿真实验报告书
一、实验目的1. 掌握控制系统仿真的基本原理和方法；2. 熟练运用MATLAB/Simulink软件进行控制系统建模与仿真；3. 分析控制系统性能，优化控制策略。
二、实验内容1. 建立控制系统模型2. 进行仿真实验3. 分析仿真结果4. 优化控制策略三、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 软件环境：MATLAB R2020a、Simulink3. 硬件环境：个人电脑一台四、实验过程1. 建立控制系统模型以一个典型的PID控制系统为例，建立其Simulink模型。
首先，创建一个新的Simulink模型，然后添加以下模块：（1）输入模块：添加一个阶跃信号源，表示系统的输入信号；（2）被控对象：添加一个传递函数模块，表示系统的被控对象；（3）控制器：添加一个PID控制器模块，表示系统的控制器；（4）输出模块：添加一个示波器模块，用于观察系统的输出信号。
2. 进行仿真实验（1）设置仿真参数：在仿真参数设置对话框中，设置仿真时间、步长等参数；（2）运行仿真：点击“开始仿真”按钮，运行仿真实验；（3）观察仿真结果：在示波器模块中，观察系统的输出信号，分析系统性能。
3. 分析仿真结果根据仿真结果，分析以下内容：（1）系统稳定性：通过观察系统的输出信号，判断系统是否稳定；（2）响应速度：分析系统对输入信号的响应速度，评估系统的快速性；（3）超调量：分析系统超调量，评估系统的平稳性；（4）调节时间：分析系统调节时间，评估系统的动态性能。
4. 优化控制策略根据仿真结果，对PID控制器的参数进行调整，以优化系统性能。
调整方法如下：（1）调整比例系数Kp：增大Kp，提高系统的快速性，但可能导致超调量增大；（2）调整积分系数Ki：增大Ki，提高系统的平稳性，但可能导致调节时间延长；（3）调整微分系数Kd：增大Kd，提高系统的快速性，但可能导致系统稳定性下降。
五、实验结果与分析1. 系统稳定性：经过仿真实验，发现该PID控制系统在调整参数后，具有良好的稳定性。
控制系统设计与仿真实验报告
控制系统设计与仿真上机实验报告学院：自动化学院班级：自动化姓名：学号：一、 第一次上机任务1、熟悉matlab 软件的运行环境，包括命令窗体，workspace 等，熟悉绘图命令。
2、采用四阶龙格库塔法求如下二阶系统的在幅值为1脉宽为1刺激下响应的数值解。
222()2nn nG s s s ωξωω=++ ，0.5,10n ξω== 3、采用四阶龙格库塔法求高阶系统阶单位跃响应曲线的数值解。
222()(2)(1)nn nG s s s Ts ωξωω=+++，0.5,10n ξω==，5T =4、 自学OED45指令用法，并求解题2中二阶系统的单位阶跃响应。
程序代码如下：;曲线如下：二、 第二次上机任务1、试用simulink 方法解微分方程，并封装模块，输出为i x 。
得到各状态变量的时间序列，以及相平面上的吸引子。
112322331223x x x x x x x xx x x x αββγ=-+⎧⎪=-+⎨⎪=-+-⎩&&&参数入口为,,αβγ的值以及i x 的初值。
（其中8/3,10,28αβγ===，以及初值分别为1230,0,0.001x x x ===） 提示：1s模块输入是输出量的微分。
Simulink :曲线如下:2、用simulink搭建PI控制器的控制回路，被控对象传递函数：151s+，分别分析（1）、比例系数由小到大以及积分时间由小到大对阶跃响应曲线的影响。
（2）、控制器输出有饱和以及反馈有时滞情况下，阶跃响应曲线的变化。
（3）、主控制回路传递函数为：1201s+，副回路为：151s+，主回路采用PI控制器，副回路采用P控制器，分析控制系统对主回路以及副回路的阶跃扰动的抑制。
注：PI控制器表达式为1()(1)()iU s Kp E sT s=+，串级控制如图所示。
（1）（2）(3)3.编写S函数模块，实现两路正弦信号的叠加，正弦信号相位差为60度。
控制系统仿真实验报告(20200717013819)
控制系统仿真实验报告班级：测控 1402 班姓名：王玮学号： 14050402072018 年 01 月实验一经典的连续系统仿真建模方法一实验目的 :1了解和掌握利用仿真技术对控制系统进行分析的原理和步骤。
2掌握机理分析建模方法。
3深入理解阶常微分方程组数值积分解法的原理和程序结构，学习用Matlab 编写数值积分法仿真程序。
4掌握和理解四阶 Runge-Kutta法，加深理解仿真步长与算法稳定性的关系。
二实验内容 :1.编写四阶 Runge_Kutta 公式的计算程序，对非线性模型（3）式进行仿真。
（1）将阀位u增大 10％和减小 10％，观察响应曲线的形状;（2）研究仿真步长对稳定性的影响，仿真步长取多大时RK4 算法变得不稳定？（3）利用 MATLAB 中的 ode45() 函数进行求解，比较与（1）中的仿真结果有何区别。
2.编写四阶 Runge_Kutta 公式的计算程序，对线性状态方程（18）式进行仿真（1）将阀位增大 10％和减小 10％，观察响应曲线的形状;（2）研究仿真步长对稳定性的影响，仿真步长取多大时RK4 算法变得不稳定？（4）阀位增大 10％和减小 10％，利用 MATLAB中的 ode45() 函数进行求解阶跃响应，比较与（ 1）中的仿真结果有何区别。
三程序代码 :龙格库塔 :%RK4文件clccloseH=[1.2,1.4]';u=0.55; h=1;TT=[];XX=[];for i=1:h:200k1=f(H,u);k2=f(H+h*k1/2,u);k3=f(H+h*k2/2,u);k4=f(H+h*k3,u);H=H+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;TT=[TT i];XX=[XX H];end;hold onplot(TT,XX(1,:),'--',TT,XX(2,:));xlabel('time')ylabel('H')gtext('H1')gtext('H2')hold on水箱模型 :function dH=f(H,u)k=0.2;u=0.5;Qd=0.15;A=2;a1=0.20412;a2=0.21129;dH=zeros(2,1);dH(1)=1/A*(k*u+Qd-a1*sqrt(H(1)));dH(2)=1/A*(a1*sqrt(H(1))-a2*sqrt(H(2)));2 编写四阶Runge_Kutta公式的计算程序，对线性状态方程（18）式进行仿真：1阀值 u 对仿真结果的影响U=0.45;h=1;U=0.5;h=1;U=0.55;h=1;2 步长 h 对仿真结果的影响:U=0.5;h=5;U=0.5;h=20;U=0.5;h=39U=0.5;h=50由以上结果知 , 仿真步长越大 , 仿真结果越不稳定。
控制系统仿真实验报告
哈尔滨理工大学实验报告控制系统仿真专业：自动化12—1学号：123０１30101姓名:一。
分析系统性能一．实验目得及内容:1、熟悉MATＬAB软件得操作过程；2、熟悉闭环系统稳定性得判断方法；3、熟悉闭环系统阶跃响应性能指标得求取.二．实验用设备仪器及材料:ＰC，Matlab 软件平台三、实验步骤１、编写ＭAＴLＡＢ程序代码；2、在ＭAＴＬAT中输入程序代码,运行程序；3、分析结果.四.实验结果分析：1、程序截图得到阶跃响应曲线得到响应指标截图如下2、求取零极点程序截图得到零极点分布图3、分析系统稳定性根据稳定得充分必要条件判别线性系统得稳定性最简单得方法就是求出系统所有极点，并观察就是否含有实部大于０得极点,如果有系统不稳定。
有零极点分布图可知系统稳定。
二.单容过程得阶跃响应一、实验目得１、熟悉ＭAＴLAB软件得操作过程２、了解自衡单容过程得阶跃响应过程3、得出自衡单容过程得单位阶跃响应曲线二、实验内容已知两个单容过程得模型分别为与，试在Sｉmulink中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。
三、实验步骤1、在Sｉmｕliｎｋ中建立模型,得出实验原理图。
2、运行模型后,双击Ｓcope,得到得单位阶跃响应曲线。
四、实验结果１.建立系统Simulink仿真模型图,其仿真模型为2．过程阶跃响应曲线为三.单容过程得阶跃响应一、实验目得1、了解比例积分调节得作用；2、了解积分调节强弱对系统性能得影响。
二、实验内容已知控制系统如下图所示，其中，Ｈ（s）为单位反馈，且在第二个与第三个环节（即与)之间有累加得扰动输入（在５秒时幅值为0、２得阶跃扰动）.对系统采用比例积分控制,比例系数为，积分时间常数分别取,试利用Ｓｉmｕlinｋ求各参数下系统得单位阶跃响应曲线与扰动响应曲线。
三、实验步骤１、在Simulｉnｋ中建立仿真模型，其模型为２、运行模型后，双击Ｓcope,得到得单位阶跃响应曲线为3、置阶跃输入为0，在5秒时，加入幅值为0、2得阶跃扰动,得到扰动响应曲线为四。
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哈尔滨理工大学实验报告控制系统仿真专业：自动化12-1学号：1230130101姓名：一．分析系统性能课程名称控制系统仿真实验名称分析系统性能时间8.29 地点3#姓名蔡庆刚学号1230130101 班级自动化12-1 一．实验目的及内容：1. 熟悉MATLAB软件的操作过程；2. 熟悉闭环系统稳定性的判断方法；3. 熟悉闭环系统阶跃响应性能指标的求取。
二．实验用设备仪器及材料：PC, Matlab 软件平台三、实验步骤1. 编写MATLAB程序代码；2. 在MATLAT中输入程序代码，运行程序；3.分析结果。
四．实验结果分析：1.程序截图得到阶跃响应曲线得到响应指标截图如下2.求取零极点程序截图得到零极点分布图3.分析系统稳定性根据稳定的充分必要条件判别线性系统的稳定性最简单的方法是求出系统所有极点,并观察是否含有实部大于0的极点，如果有系统不稳定。
有零极点分布图可知系统稳定。
二．单容过程的阶跃响应一、实验目的1. 熟悉MATLAB软件的操作过程2. 了解自衡单容过程的阶跃响应过程3. 得出自衡单容过程的单位阶跃响应曲线二、实验内容已知两个单容过程的模型分别为1()0.5G ss=和51()51sG s es-=+，试在Simulink中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。
三、实验步骤1. 在Simulink中建立模型，得出实验原理图。
2. 运行模型后，双击Scope，得到的单位阶跃响应曲线。
四、实验结果1．建立系统Simulink仿真模型图，其仿真模型为2．过程阶跃响应曲线为三．单容过程的阶跃响应一、实验目的1. 了解比例积分调节的作用；2. 了解积分调节强弱对系统性能的影响。
二、实验内容已知控制系统如下图所示，其中01()(1)(21)(51)G s s s s =+++，H(s)为单位反馈，且在第二个和第三个环节（即1(21)s +和1(51)s +）之间有累加的扰动输入（在5秒时幅值为0.2的阶跃扰动）。
对系统采用比例积分控制，比例系数为2p K =，积分时间常数分别取3,6,12i T =，试利用Simulink 求各参数下系统的单位阶跃响应曲线和扰动响应曲线。
KpG 0(s)H(s)R(s)C(s)-三、实验步骤1. 在Simulink中建立仿真模型，其模型为2. 运行模型后，双击Scope，得到的单位阶跃响应曲线为3.置阶跃输入为0，在5秒时，加入幅值为0.2的阶跃扰动，得到扰动响应曲线为四．PID 控制器参数整定一、实验目的1. 通过实验进一步熟悉过程控制系统的结构组成；2. 掌握简单控制系统的投运和参数整定的方法；3. 定性地分析P 、PI 、PID 控制规律对系统性能的影响。
二、实验内容已知控制系统如下图所示，其中01()(1)(5)G s s s s =++，试采用临界比例度法计算系统P 、PI 、PID 控制器的参数，并绘制整定后系统的单位阶跃响应曲线。
Gc(s)G 0(s)R(s)C(s)-三、实验步骤1. 在Simulink 中建立仿真模型2. 在Simulink 中把反馈连线、微分器的输出连线、积分器的输出连线都断开，Kp 的值从大到小进行试验，直到输出等幅振荡曲线为止，记下此时的Kp 和Tk 。
通过试验得到Kp 为30时输出等幅震荡曲线3.根据临界振荡经验公式计算P控制时的比例放大系数Kp，并将模型中Kp置为该值，仿真运行。
运行完毕后双击Scope，得到P控制时系统的单位阶跃响应曲线。
4. 根据临界振荡经验公式计算PI控制时的比例放大系数Kp和积分时间常数Ti，并将模型中比例和积分器参数置为计算所得值，将积分器的输出连线连上，仿真运行，运行完毕后双击Scope，得到PI控制时系统的单位阶跃响应曲线。
表4－1 临界比例度法整定经验公式5. 根据临界振荡经验公式计算PID控制时的比例放大系数Kp，积分时间常数Ti，微分时间常数Td，并将模型中比例系数，积分器及微分器参数置为相应计算所得值，将微分器的输出连线连上，仿真运行，运行完毕后双击Scope，得到PID控制时系统的单位阶跃响应曲线。
四、实验结果1．参数整定结果为表4－2 各控制规律下参数整定结果Kp Ti Td P 15PI 13.64 2.3885PID 17.65 1.405 0.36532.系统阶跃响应曲线为五．串级控制系统一、实验目的1. 通过实验进一步熟悉串级控制系统的结构组成；2. 了解串级控制系统的作用效果。
二、实验内容串级与单回路控制对比仿真，分别获取系统的阶跃响应输出，一次扰动作用下的系统输出响应，二次扰动作用下的系统输出响应。
系统输入及一次扰动和二次扰动均取阶跃信号。
对比仿真结果分析系统串级控制的作用效果。
三、实验步骤1. 在Simulink 中建立单回路控制时系统的模型：q1为一次扰动，q2为二次扰动，012190331G s s =++为主对象，023211021171G s s s =+++为副对象，r 为系统输入，q1、q2、r 均为单位阶跃函数，在示波器上观测输出。
（1） PID 参数设置中，取输入比例系数为3.7，积分系数为38，微分系数为0时运行系统，得到系统阶跃响应输出。
在Simulink 中建立仿真模型，如下运行结果，得到的图形如下（2）采用同样的PID参数时，使二次扰动q2作用，运行系统，得到二次扰动作用下的系统输出响应。
（3）采用同样的PID参数时，使一次扰动q1作用，运行系统，得到一次扰动作用下的系统输出响应。
2. 在Simulink中建立串级控制时系统的模型：PID C1为主控制器，采用PI控制；PID C2为副控制器，采用P控制；其余同单回路控制系统。
在Simulink中建立仿真模型，如下（1）主控制器PID C1输入参数取比例系数为8.4，积分系数为12.8，微分系数为0；副控制器PID C2取比例系数10，积分系数0，微分系数0，运行系统，得到系统阶跃响应输出。
（2）采用同样的PID参数时，在二次扰动q2作用下，运行系统，得到系统的输出响应。
（3）采用同样的PID参数时，在二次扰动q1作用下，运行系统，得到系统的输出响应。
四、实验结果表5－1 单回路控制与串级控制对比控制品质指标单回路控制串级控制衰减比3：1 4：1 4：1 4：1 4：1 4：1 调节时间（s）280 280 280 70 80 70 余差0 0 二次扰动最大偏差0.7 0.6一次扰动最大偏差0.6 0.7六．串级控制的参数整定一、实验目的1. 通过实验进一步熟悉串级控制系统的结构组成；2. 掌握串级控制系统参数整定的方法；二、实验内容已知某隧道窑系统，烧成带温度为主变量、燃烧室温度为副变量构成的串级控制系统中，主副对象的传递函数分别为：011()(301)(31)G s s s =++，0221()(101)(1)G s s s =++试整定PID 控制器的参数，并绘制整定后系统的单位阶跃响应曲线。
三、实验步骤1．在Simulink 中建立仿真模型。
其仿真模型运行程序得到2. 使用任意一种串级控制系统参数整定方法整定主副控制器参数。
选取PI整定仿真模型3．绘制系统单位阶跃响应曲线。
四、实验结果1．主副调节器参数整定结果。
表6－1 主副调节器整定参数Kp Ti TdP 主副10PI 主9 10副8PID 主副七．控制系统数学模型一、实验目的1. 掌握传递函数模型与状态空间模型的转换；2. 掌握模型连接的MATLAB 实现方法；二、实验内容已知某单位负反馈系统开环传递函数为21()52s G s s s +=++，试利用Simulink 建立系统在单位阶跃输入作用下的模型，利用MATLAB 建立传递函数模型并得出状态空间模型，获取系统的单位阶跃响应曲线。
三、实验步骤1．在Simulink 中建立仿真模型。
其运行结果2. 用[numc,denc]=cloop(num,den,-1)命令获取传递函数模型结果如下3．用[A,B,C,D]=tf2ss(num,den)命令将传递函数模型转换为状态空间。
其仿真模型运行结果八．系统可控性可观性分析一、实验目的1. 熟悉系统可控性、可观性的分析；2. 掌握MATLAB 在可控可观标准型中的应用；二、实验内容给定系统的状态方程:'11'22'33123010002101011[100]x x x x u x x x y x x ⎧⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=-+⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎪⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎪⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎨⎪⎡⎤⎪⎢⎥=⎪⎢⎥⎪⎢⎥⎣⎦⎩利用MATLAB 进行以下分析：（1）建立控制系统的数学模型； （2）分析系统的可控性、可观性； （3）绘制系统的阶跃响应曲线。
三、实验步骤1．打开MATLAB 工作窗口用ss()命令建立系统的状态空间模型2. 检验系统的可控性、可观性3．绘制系统单位阶跃响应曲线。
运行结果4．判断系统的稳定性。
程序运行结果结论：系统是稳定的。