典型环节的MATLAB仿真 实验二
MATLAB仿真实验项目
二、实验设备
PC 机，MATLAB 仿真软件。
三、实验内容
10 ，运用串联校正方法，设计控制器，使 0.5s 2 s 系统的性能满足要求。
被控对象 G p ( s)
四、实验步骤
+ 校 正
阶跃信号
10 0.5s 2 s
1、作原系统的 bode 图，求出静态误差系数 K v 0 ，相位裕度 c 0 和开 环截止频率 c 0 。 2、作时域仿真，求出阶跃响应曲线，记录未校正系统的时域性能 Mp 和 ts,并记录下所选择的参数。 3、设计超前校正装置 Gc(s),实现希望的开环频率特性，即
s=-5。
(b)
G2 ( s )
s 2 0.5s 10 s 2 2s 10 ，分子分母多项式阶数相等，即 n=m=2。
(c) G3 ( s) (d) G4 ( s)
s 2 0.5s ，分子多项式零次项系数为零。 s 2 2s 10
s ，原响应的微分，微分系数为 1/10。 s 2s 10
1 修改参数,写出程序分别实现 n1 = n 0 和 n 2 =2 n 0 的响应曲线,并作记录。 2
% n 0 10 3、试作以下系统的脉冲响应，并比较与原系统响应曲线的差别与特点，作出 相应的实验分析结果 (a) G1 (s)
2s 10 ，有系统零点情况，即 s 2 2s 10
2
2、修改参数,分别实现 =1, =2 的响应曲线,并作记录。 程序为: n0=10；d0=[1 2 10]；step（n0，d0 ）
%原系统 =0．36 hold on %保持原曲线 n1=n0，d1=[1 6.32 10]；step（n1，d1） % =1 n2=n0；d2=[1 12.64 10]；step(n2,d2) % =2
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。
自动控制原理MATLAB实验报告
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 ZsG 200,1002)(211212==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1所示。
2．惯性环节的传递函数为uf C K R K R s C R R R Z Z s G 1,200,10012.021)(121121212===+-=+-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图2所示。
图1 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形3．积分环节(I)的传递函数为uf C K R s s CR Z Z s G 1,1001.011)(111112==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图3所示。
4．微分环节(D)的传递函数为uf C K R s s C R Z Z s G 10,100)(111112==-=-=-= uf C C 01.012=<<其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图4所示。
5．比例+微分环节（PD ）的传递函数为)11.0()1()(111212+-=+-=-=s s C R R R Z Z s G uf C C uf C K R R 01.010,10012121=<<===其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图5所示。
图3 积分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形图4 微分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形6．比例+积分环节（PI ）的传递函数为 )11(1)(11212sR s C R Z Z s G +-=+-=-= uf C K R R 10,100121=== 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图6所示。
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 、step ( sys ) ；其中 sys 可以为连续系统，也可为离散系统。
2 、step ( sys ,Tn ) ；表示时间范围0---Tn 。
3 、step ( sys ,T ) ；表示时间范围向量T 指定。
4 、Y step ( sys , T ) ；可详细了解某段时间的输入、输出情况。
2、脉冲响应：f (x)dx 1脉冲函数在数学上的精确定义：f ( x) 0, t 0f ( s) 1其拉氏变换为：Y ( s) G (s) f (s) G ( s)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：①impulse ( sys ) ；impulse ( sys , Tn );②impulse ( sys , T );③Y impulse ( sys ,T )（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4 3 23s 2s 5s 4s 6G s ，试判断其稳定性5 4 3 2s 3s 4 s 2s 7s 22．用 Matlab 求出2s 2 s 2G 的极点。
( s)4 3 2s 7 s 3s 5 s 2%Matlab 计算程序num=[3 2 5 4 6];den=[1 3 4 2 7 2];G=tf(num,den);pzmap(G);p=roots(den)运行结果：p =-1.7680 + 1.2673i-1.7680 - 1.2673i0.4176 + 1.1130i0.4176 - 1.1130i-0.2991Pole-Zero Map 1.510.5sixAyranigamI-0.5-1-1.5-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5Real Axis图 1-1 零极点分布图由计算结果可知，该系统的 2 个极点具有正实部，故系统不稳定。
实验二-基于MATLAB的2ASK和2FSK调制仿真
实验二基于MATLAB的2ASK和2FSK调制仿真（综合性实验）要求编写2ASK和2FSK调制程序，任意给定一组二进制数，计算经过这两种调制方式的输出信号。
程序书写要规范，加必要的注释；经过程序运行的调制波形要与理论计算出的波形一致。
1）熟悉2ASK和2FSK调制原理。
2）编写2ASK和2FSK调制程序。
3）画出原信号和调制信号的波形图。
实验报告要求如下内容：1）2ASK和2FSK调制原理；对给定信号画出理论调制波形；实验原理1．2ASK二进制振幅键控（2ASK）信号码元为：S(t)=A(t)cos(w0t+θ) 0﹤t≤T式中w0=2πf0为载波的角频率；A(t)是随基带调制信号变化的时变振幅，即╱A 当发送“1”时A(t)=╲0 当发送“0”时在式中给出的基带信号码元A(t)的波形是矩形脉冲。
产生2ASK的调制方法，主要有两种。
第一种方法采用相乘电路，用基带信号A（t）和载波cosw0t相乘就得到已调信号输出。
第二种方法是采用开关电路，开关由输入基带信号A（t）控制，用这种方法可以得到同样的输出波形。
2. 2FSK二进制频移键控（2FSK）信号码元的“1”和“0”分别用两个不同频率的正弦波形来传送，而其振幅和初始相位不变。
故其表达式为；╱Acos（w1t+Φ1）发送“1”时S（t）=╲Acos（w0t+Φ0）发送“0”时式中，假设码元的初始相位分别为Φ1和Φ0；w1 =2πf1和w0 =2πf0为两个不同频率码元的角频率；A为一常数，表明码元的包络是矩形脉冲。
2FSK信号的调制方法主要有两种。
第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其能够输出两个不同频率的码元。
第二种方法是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出。
2) 程序设计思想，画出流程图;编程思想：对于2ASK1首先假设一个随机序列来代表二进制基带信号：a=[1,1,0,0,1,0,1];2设定二进制载波信号为A cos（w1t+Φ1）为5cos（2*pi*t），则：╱5 cos（2*pi*t）当发送“1”时S(t)=A(t)cos(w0t+θ)=╲0 当发送“0”时设置周期T为13条件判断，如果a为1时，则在一个周期内，2ASK图像中对应一个5 cos（2*pi*t），a为0时，在一个周期内输出为0，并用plot画图画出来。
Matlab仿真实验报告
Matlab仿真实验报告姓名：黄涛学号：2011302540056学院：电气工程学院[在此处键入文档的摘要。
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]实验一直流电路一实验目的1、加深对直流电路的节点电压法和网孔电流法的理解。
2、学习MATLAB的矩阵运算方法。
二、实验内容：1、电阻电路的计算如图，已知：R1=2，R2=6,R3=12,R4=8,R5=12,R6=4,R7=2.(1) 如Us=10V,求i3,u4,u7;(2) 如U4=4V,求Us,i3,i7.（1）Z = [20 -12 0;-12 32 -12;0 -12 18];V = [10 0 0]';I = inv(Z)*V;i3 = I(1)-I(2);u4 = 8*I(2);u7 = 2*I(3);fprintf('i3=%f \n',i3)fprintf('u4=%f \n',u4)fprintf('u7=%f \n',u7)仿真结果：i3=0.357143u4=2.857143u7=0.476190（2）Z = [0 8 0;-12 32 -12;0 -12 18];V = [4 0 0]';I = inv(Z)*V;Us = 20*I(1)-12*I(2);i3 = I(1)-I(2);i7 = I(3);fprintf('Us=%f \n',Us)fprintf('i3=%f \n',i3)fprintf('i7=%f \n',i7)仿真结果：Us=14.000000i3=0.500000i7=0.3333332、求解电路里的电压，例如V1,V2,……V5.Y = [1 -1 2 -2 0;0 5 -13 8 0;2 0 4 -11 0;176 -5 5 -196 0;0 0 0 0 1];I = [0 -200 -120 0 24]';V = inv(Y)*I;fprintf('V1=%fV\nV2=%fV\nV3=%fV\nV4=%fV\nV5=%fV\n',V(1),V(2),V(3),V(4),V(5))仿真结果：V1=117.479167VV2=299.770833VV3=193.937500VV4=102.791667VV5=24.000000V3、如图，已知R1=R2=R3=4,R4=2,控制常数k1=0.5,k2=4,is=2,求i1和i2.Z = [1 0 0 0;-4 16 -8 -4;0 0 1 0.5;0 -8 4 6];V = [2 0 0 0]';I = inv(Z)*V;i1 = I(2)-I(3);i2 = I(4);fprintf('i1=%f V\ni2=%f V\n',i1,i2)仿真结果：i1=1.000000 Vi2=1.000000 V三、实验总结Matlab可用于计算矩阵，方便电路分析过程中的计算。
MATLAB仿真实验报告
MATLAB仿真实验报告MATLAB仿真实验报告实验三PID控制仿真实验一、实验目的1．掌握MATLAB6.5软件的使用方法。
2．完成直流伺服电机PID典型控制系统结构图设计及调试。
二、实验内容1．熟悉MATLAB6.5软件各菜单作用。
2．完成直流伺服电机PID典型系统结构图设计并调试成功。
三、实验设备微型计算机1台四、实验步骤1．双击桌面MATLAB6.5快捷图标，进入MATLAB仿真环境。
2．单击菜单simulink选项，进入其界面。
单击filenew--model进入新建文件界面。
3．在新建文件界面中，通过simulink选项的下拉菜单中选择仿真需要的函数及器件，组成仿真系统结构图。
4．仿真调试：鼠标单击“黑三角”图标，再双击“SCOPE”示波器，即可显示仿真结果。
5．改变参数，观察调试结果。
五、实验报告要求1．写出实验具体过程。
2．画出仿真结果图和仿真系统结构图。
实验四直流电机双闭环系统仿真实验一、实验目的1．掌握MATLAB6.5软件的使用方法。
2．完成双闭环典型系统结构图设计及调试。
二、实验内容1．熟悉MATLAB6.5软件各菜单作用。
2．完成PID典型系统结构图设计并调试成功。
三、实验设备微型计算机1台四、实验步骤1．双击桌面MATLAB6.5快捷图标，进入MATLAB仿真环境。
2．单击菜单simulink选项，进入其界面。
单击filenewmodel进入新建文件界面。
3．在新建文件界面中，通过simulink选项的下拉菜单中选择仿真需要的函数及器件，组成仿真系统结构图。
4．仿真调试：鼠标单击“黑三角”图标，再双击“SCOPE”示波器，即可显示仿真结果。
5．改变参数，观察调试结果。
五、实验报告要求1．写出实验具体过程。
2．画出仿真结果图和仿真系统结构图。
实验五直流电机控制模型仿真实验一、实验目的1．掌握MATLAB6.5软件的使用方法。
2．完成直流电机仿真系统结构图设计及调试。
二、实验内容1．熟悉MATLAB6.5软件各菜单作用。
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。
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实验六① 典型环节的MATLAB 仿真
实验内容
1.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 SIMULINK 仿真模型:
单位阶跃响应波形:
② 惯性环节1
1)(1+=
s s G SIMULINK 仿真模型:
单位阶跃响应波形:
③ 积分环节s
s G 1)(1
SIMULINK 仿真模型:
单位阶跃响应波形:
④ 微分环节s s G =)(1 SIMULINK 仿真模型:
单位阶跃响应波形:
⑤ 比例+微分环节(PD)2)(1+=s s G SIMULINK 仿真模型:
单位阶跃响应波形:
⑥ 比例+积分环节(PI)s
s G 11)(1+=
SIMULINK 仿真模型:
单位阶跃响应波形:
2.观察1
()1
G s Ts =
+,随着T 的变化输出波形的变化
T=1时:
T=2时:
T=5时:
T=50时:
结论:随着T的增大,输出波形的变化会越来越慢.
实验六② 典型系统的时域响应和稳定性分析
1.实验目的
(1)研究二阶系统的特征参数（n ως，）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和系统的稳定性。
(3)熟悉Routh 判据，用Routh 判据对三阶系统进行稳定性分析。
2.实验原理及内容
(1)典型的二阶系统稳定性分析(取T0=1,T1=0.2,K1=200/R,其中R=10,50,160,200) ●
结构框图
●
模拟电路图
● 系统的开环传递函数
To K K S T S To
K S T ToS K s G /;
)
1(/)1()(11111=+=+=
开环增益
● 实验内容
(1)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。
图1.14中的：
40
1025;1010/5/2)(;
/200;2.0;111
2
122211R R T K T K s s T K s s s W R K s T s To n n n n n ====
++=++====ωςωωςωω其中：闭环传递函数为： (2)典型的三阶系统稳定性分析 （T0=1,T1=0.1,T2=0.5,K=8,12,20）
●
结构框图
● 模拟电路图
● 系统的开环传递函数
2020120)()(1/500;)
15.0)(11.0(/500)()(23=+++⇒=+=++=
K s s s s H s G R K S S S R
s H s G 系统统特征方程开环传递函数：
实验前由Routh 判据得Routh 阵列为：
200
20)3/5(201220
10123K s K s K s s +- 为保证系统稳定，第一列各值应为正数：⎪⎩⎪⎨⎧>>+-0
2002035
K K 得：
系统不稳定
系统临界稳定
系统稳定Ω
<⇒>Ω=⇒=Ω>⇒<<K R K K R K K R K 7.4112
7.41127.41120
3.实验步骤：
(1)将信号源单元的“ST ”端插针与“S ”端插针用“短路块”短接。
由于每个运放单元均设置了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。
将开关分别设在“方波”挡和“500ms~12s ”挡，调节调幅和调频电位器，使得”OUT “端输出的方波幅值为1V ，周期为10s 左右。
(2)典型二阶系统瞬态性能指标的测试：
● 按模拟电路图1.14接线，将方波信号接至输入端，取R=30K 。
●用示波器观察系统的响应曲线C(t)，测量并记录超调量，峰值时间和调整时间。
●分别按R=10，50，160，200K改变系统开环增益，观察响应曲线C(t)，测量并记录性
能指标及系统的稳定性。
并将测量值和计算值进行比较。
将实验结果填入下表内。
(3)典型三阶系统的性能：
●按图1.16接线，将方波信号接至输入端，取R=30K。
●观察系统的响应曲线，并记录波形。
●减小开环增益（R=41.7K;100K），观察响应曲线，并将实验结果填如下表内。
(4)实验现象分析
二阶系统记录表
参数项目R
(KΩ)
ωn ζC(tp) C(∞) K Mp(%) Tp (s) Ts (s) 响应情况
理
论
值
测
量
值
理
论
值
测
量
值
理
论
值
测
量
值
1
0<
<ς
1
=
ς
1
>
ς
三阶系统记录表
R(KΩ) K开环增益稳定性。