基于Matlab环境仿真基础实验
现代控制理论-基于MATLAB的实验指导书课程设计指导书
现代控制理论基于MATLAB的实验指导书第一部分实验要求1．实验前做好预习。
2．严格按照要求操作实验仪器，用毕恢复原状。
3．实验完成后，由指导教师检查实验记录、验收仪器后，方可离开。
4．实验报告应包括以下内容：1）实验目的；2）实验原理图；3）实验内容、步骤；4）仿真实验结果（保留仿真实验波形，读取关键参数）；5）仿真实验结果分析。
第二部分MATLAB平台介绍实际生产过程中，大部分的系统是比较复杂的，并且要考虑安全性、经济性以及进行实验研究的可能性等，这在现场实验中往往不易做到，甚至根本不允许这样做。
这时，就需要把实际系统建立成物理模型或数学模型进行研究，然后把对模型实验研究的结果应用到实际系统中去，这种方法就叫做模拟仿真研究，简称仿真。
到目前为止，已形成了许多各具特色的仿真语言。
其中美国Mathworks软件公司的动态仿真集成软件Simulink与该公司著名的MATLAB软件集成在一起，成为当今最具影响力的控制系统应用软件。
国内MA TLAB软件的著名论坛为“MATLAB中文论坛”，网址为：https:///forum.php，建议同学们注册并参与论坛相关内容的讨论。
图1 MA TLAB仿真环境第三部分 实验实验一线性系统的时域分析实验目的熟悉MATLAB 环境，掌握用MATLAB 控制系统工具箱进行线性定常系统的时域分析、能控性与能观性分析、稳定性分析的方法。
实验要求完成指导书规定的实验内容，记录并分析实验结果，写出实验报告。
实验内容1．已知系统的状态模型，求系统在单位阶跃输入下的各状态变量、输出响应曲线。
例：[]⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡2121214493.69691.1,0107814.07814.05572.0x x y u x x x x 。
键入：a = [-0.5572, -0.7814; 0.7814,0]; b = [1; 0]; c = [1.9691,6.4493]; d = 0;[y, x, t]=step(a, b, c, d); plot(t, y); grid （回车，显示输出响应曲线。
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。
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。
基于MATLAB控制系统仿真实验报告
tf 4
y0
0 1
6、求出 G1(s)
2 (s2 2s 1) 与 G2 (s)
1 (2s3
3s2
1)
的单位阶跃响应，并分别
求出状态空间模型。
解：（1） G1(s) 2 (s2 2s 1) 的状态空间模型求解如下：
function shiyan2 b1=[2];
D(z)
0.62(1 0.136z 1)(1 0.183z (1 0.045z 1)(1 0.53z 1)
1 )
分别用仿真算法得到系统在单位阶跃输入作用下的响应，系统在单位速度输
入是的输出响应。
解：（1）首先将 W1(s)转换为 W1(z)，采样周期 T=0.2s，程序清单如下： function shiyan42 num=[10];den=[0.005 0.15 1 0]; ts=0.2;[nc,dc]=c2dm(num,den,ts)
INTRO（注意：intro 为一个用 MATLAB 语言编写的幻灯片程序，主要演示
常用的 MATLAB 语句运行结果。）
然后，根据现实出来的幻灯片右面按钮进行操作，可按 START——NEXT—
—NEXT 按钮一步步运行，观察。
3、自编程序并完成上机编辑，调试，运行，存盘：
（1）用 MATLAB 命令完成矩阵的各种运算，例如：
5、利用 ode23 或 ode45 求解线性时不变系统微分方程 y(t) Ay(t) ，并绘制出 y(t)
曲线，式中
A
0.5
1
1 0.5
t t0 t 如下： function xdot=fun21(t,x) A=[-0.5 1;-1 -0.5]; xdot=A*x; function fzsy22 t0=0;tf=4;tol=1e-6; x0=[0;1];trace=1; [t,x]=ode23('fun21',t0,tf,x0,tol,trace); plot(t,x) 得到的实验结果如下图所示：
基于MATLAB的《自动控制系统》仿真实验系统实现
图 ４ 仿 真 实验 系统 界 面 理， 有助于对相关理论知识的消化和吸收。
参 考文 献
ｆ］ 伯 时 ， １陈 电力 拖 动 自动 控 制 系 统 ［ ． 京 ： Ｍ】 北 机
械 工 业 出版 社 ． ０ ０１ ６ ２ ０ ：－ ．
［］ Ｔ Ａ Ｖ ｒｉｎ ． Ｒ１ ） ｔｗ ｒｓＩｃ ２ＭＡ Ｌ Ｂ ｅｓ ７ ｏ ０（ ４ Ｍａｈ ｏｋ ， ， ｎ
由直 流电源 、 可控晶闸管和电动机 ＿ 二部分组成 ， 如 网 ２所示 。 对仿真模 型中的主要电气元件 Ｇ Ｏ 二极 Ｔ 、 管 和直流 电动机进行参数配置 ，由脉冲发生器 （ ｕｓ ｅ ｅａ ｒ通过 占空 比控制 ＧＴ Ｐ ｌ Ｇ ｎｒｔ ） ｅ ｏ Ｏ的通断 来改变输 出电压的大小 ，实现直流电动机的调 压调速 。为了保证仿 真模 型的运行 ， 须在 Ｓ — ｉ ｅ ｒ ｕａｉ ｌｔｎ菜单下点 击 Ｃ ｎ ｇｒｔ ｎ Ｐ ｒｍ ｔｒ， ｏ ｏｆ ｕａｏ ａａ ｅｅｓ 在 ｉ ｉ 打开 的窗 口中 ｓ ｖｒ 选择 ｏｅ５ （ｂ Ｄ ） ｏ ｅ项 ｌ ｄ ｌｓ ｓ Ｎ Ｆ 算法或 ｏ ｅ３ （ｔｆ Ｒ Ｂ Ｆ ） ｄ２ ｔ Ｓ ｆＴ — Ｄ ２ 算法 ｂ ｉ／ 。运行 之 后观 察示波 器 中显示 的转速 和 电枢 电流 的波 形， ３ 图 为仿真运行结果 。 ４实验系统交互界 面的设计 图形 化 用户 界 面 （ ｒｐ ｉａ Ｕ ｅ ｎｅ一 Ｇ ａｈｃｌ ｓｒＩｔ ｒ
直 流 开 环 调速 系统 仿 真模 型
实验 仿真模 型 主要利 用 ＳＭ ＬＮ 中的 Ｓ — Ｉ Ｕ ＩＫ ｉ ｍ Ｐｗ ｒ ｓ ｍ模 块集 ， ｏ ｅ ｙｔ Ｓ ｅ 如图 １ 所示 。 ３实验仿真模型的建立 以 Ｖ Ｍ开 环 调速 实 验 为例 建 立仿 真模 — 型。 典型的 Ｖ Ｍ直流 电动机开环调速系统主要 —
基于matlab的一阶系统及二阶系统时域特性仿真实验(1)
实验一 一阶系统及二阶系统时域特性MatLab 仿真实验（2学时）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一、一阶系统时域特性:clearclcnum=1for del=0.4:0.8:4.4den=[del 1];step(tf(num,den))hold onendlegend('T=0.4','T=1.2','T=2.0','T=2.8','T=3.6','T=4.4')如图为T=0.4，1.2，2.0，2.8，3.6，4.4系统单位阶跃响应。
塔里木大学MATLAB及仿真应用实验报告8
2.了解Simulink的各个模块。
实验结果分析
1．实验步骤与内容：
1.建立仿真模型： 查看仿真图像；
2.
3.
4.
2．用一个示波器同时显示多个仿真结果：
3.利用simulink仿真 。
4.产生一个高度为1，宽度为4，延时为4秒的矩形脉冲信号
5.系统的微分方程为 ，其中u(t)是幅度为1，角频率为1rad/s的方波输入信号，试建立simulink模型并仿真；
塔里木大学Matlab及仿真应用实验报告
课程名称：
Matlab及仿真应用
任课教师：
陈杰
机房：
逸夫楼207
计算机编号：
实验日：
实验成绩：
实验班级：
学生姓名：
实验名称：
Simulink仿真
实验设备
、设施：
计算机
Matlab7.0
Simulink
实验要求：
附带源程序及结果的截图；并填写实验结果分析。
实验目的：
6.
7.一系统如下图所示：其中 ， ，系统的输入信号为 ，用simulink求取系统输出相应，并将输入输出信号对比显示。
《MATLAB仿真技术》实验指导书2016附问题详解
实验项目及学时安排实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算 2学时实验二 MATLAB数值计算实验 2学时实验三 MATLAB数组应用实验 2学时实验四 MATLAB符号计算实验 2学时实验五 MATLAB的图形绘制实验 2学时实验六 MATLAB的程序设计实验 2学时实验七 MATLAB工具箱Simulink的应用实验 2学时实验八 MATLAB图形用户接口GUI的应用实验 2学时实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算一、实验目的1．熟悉MATLAB开发环境2．掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算二、实验基本知识1.熟悉MATLAB环境:MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件和搜索路径浏览器。
2.掌握MATLAB常用命令3.MATLAB变量与运算符变量命名规则如下：（1）变量名可以由英语字母、数字和下划线组成（2）变量名应以英文字母开头（3）长度不大于31个（4）区分大小写MATLAB中设置了一些特殊的变量与常量，列于下表。
MATLAB运算符，通过下面几个表来说明MATLAB的各种常用运算符4.MATLAB的一维、二维数组的寻访表6 子数组访问与赋值常用的相关指令格式5.MATLAB的基本运算表7 两种运算指令形式和实质涵的异同表6.MATLAB的常用函数表8 标准数组生成函数表9 数组操作函数三、实验容1、学习使用help命令，例如在命令窗口输入help eye，然后根据帮助说明，学习使用指令eye（其它不会用的指令，依照此方法类推）2、学习使用clc、clear，观察command window、command history和workspace等窗口的变化结果。
3、初步程序的编写练习，新建M-file，保存（自己设定文件名，例如exerc1、exerc2、 exerc3……），学习使用MATLAB的基本运算符、数组寻访指令、标准数组生成函数和数组操作函数。
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现代控制理论实验
1
实验目的:
熟悉和了解Matlab 的基本使用环境，通过该实验，使学生初步掌握一项仿真工 具。
了解和掌握 Matlab 的两个主要编程环境 （M-file 、Model ）。
实验要求：（1、2任选其一）
在Model 文件下，建立I 型三阶系统的结构模型，分析输入斜坡响应的静动态 指标。
实验设备:
计算机、Mtalab 软件
PaoeSeti^iM.
1 Filn^fllflb'ihra-k'irslll.m 工址a 吐■'iHUfkl 申呻.E
1 Filnwtfllablwwk'iExlM.m
Cbdtq
图1.1 Matlab 使用界面
实验
基于Matlab 环境仿真基础实验
1、
2、
1、
2、
在M-file 文件下，编制自然频率一定，不同阻尼系数的单位阶跃响应的响应
曲线。
在M-file 文件下，编制自然频率一定，不同阻尼系数的
Bode 图
3、
四、 实验内容及步骤:
1、
使用界面的介绍:
」
A
J M ■吐
CK*O
ibse Command y^ndow w
HodW
Import X A ...
Ed MATLAB k JLT
Srt F ■笛b ，.
FreftfierLcs.
-ICI K|
:t "KWUE Jidp- Erm tht HOP ntira.
rtCtwzlCTr. I F:血皿
"htlp f<T ■oTt info.
现代控制理论实验
2 —
0.1;0.2;0.3;0.4;
跃响应。
解：Matlab
% wn=6 时，
…;1.0;2.0 时，在M — file
文件下，编制程序。
绘制的各自单位阶
程序 阻尼系数
0.1;0.2;0.3……1.0;2.0
的单位阶跃响应
wn=6;
自然振荡频率
kosi=[0.1:0.1:1.0,2.0]; figured) hold on for kos=kosi
num=wn
人2;
den=[1,2*kos*w n,wn 人2];
ste p(nu m,de n) end title(' 阶跃响应')
hold off
执行后单位阶跃响应曲线
阻尼系数
1.8
1.6
1.4
1.2
0.8
0.6
0.4
0.2
阶跃响应
|一 0.1
一
0.2
_ 0.3
一
0L L L g 1 11 B L t L ■ 0123456789
10
Time (sec)
图1.2典型二阶系统的单位阶跃响应曲线
在file\New\M-file 建立M 文件；在file\New\Model 建立模型文件。
在主窗体部
分可以直接输入命令；也可以观看运算结果，它是直接反映运算信息的重要窗口。
2、 对于一个典型二阶系统
H(S
2s2+2^n S +B 2
其中（＞）n 为自然频率（无阻尼振荡频率），匕为相对阻尼系数。
当
轧=6，巴分别为
现代控制理论实验
步骤：
(1)。
在M — file 文件下，编制自然频率一定,
对于一个典型二阶系统
H
(s)
=S+
其中《n 为自然频率(无阻尼振荡频率)
匕为相对阻尼系数。
当
= 6, E 分别为
semilogx(w1,mag) sub plot(2,1,2) hold on semilogx(w1, pha) end
sub plot(2,1,1) grid on title('Bode xlabel(' ylabel(' sub plot(2,1,2)
grid on
xlabel(' 频率(rad/sec )') ylabel(' 相位 deg') hold off
执行后Bode 图
L
0.1;0.2;0.3;0.4; 数的Bode 图： 解：Matlab % wn=6 时， wn=6 kosi=[0.1:0.1:1.0] w=logs pace(-1,1,100) figure(1) num=wnA2 for kos=kosi den=[1 2*kos*w n wn 人2] [mag, pha,w1]=bode( nu m,de n,w) sub plot(2,1,1) hold on
…；1.0;2.0 时,在 M — file 程序 阻尼系数 0.1;0.2;0.3......1.0 文件下，编制程序。
绘制的不同阻尼系
的bude 图
3、
图')
频率(rad/sec )') 增益
db')
Bode 图
现代控制理论实验
4 —
10
= 2
s(s +9s+8)
试分析系统的静态偏差，和响应的动态指标。
思考题
如何调用mi- file 的库文件。
如何快速查找
model 的库元件。
4
、
建立 Model 文件，对I 型三阶系统的动静态性能指标进行分析。
系统开环传递函数:
试对斜坡函数的响应与稳态误差进行分析。
图1.4三阶系统斜坡响应仿真结构图
图1.5三阶系统斜坡响应响应曲线图
G(s) 五、
12、。