控制系统设计与仿真实验报告.docx
控制系统仿真实验一
实验报告（一）一、问题回顾飞机跟踪问题，如图所示：(1) 问题描述。
设有一架飞机追踪一敌机，为保证在射程内能进行攻击，所以飞机在跟踪时，需不断改变方向以保持机头始终指向目标。
设两机离10km 以下时，飞机可以攻击，但是限定必须在12min 之内完成追踪任务，否则就认为追踪失败。
假设：① 两机始终航行在同一水平面。
② 敌机航线已知，(XB(t)，YB(t))。
③ 飞机等速飞行，VF ＝20km/min 。
每分钟改变一次航向，在1min 内保持不变。
④ 飞机初始位置，YF(0)＝50，XF(0)＝0。
问，飞机应按什么航线飞行？何时完成追踪任务?(2) 建立数学模型。
飞机位置7式中θ为任一t 时刻两机间连线与水平线倾角。
(3) 仿真框图及程序。
需要1min 计算一次飞机的位置和两机之间的距离，判断是否已在12min 内达到追踪距离以内。
仿真程序可用任何一种语言实现。
F F F F F F (1)()cos (1)()sin X t X t V Y t Y t V θθ+=+⎧⎨+=+⎩B F B Fsin ()cos ()Y Y D t X X D t θθ-⎧=⎪⎪⎨-⎪=⎪⎩22B F B F ()[()()][()()]D t Y t Y t X t X t =-+-二、实验程序clc;disp('假设敌机初始坐标为（80，0）') %假设敌机初始坐标为（80，0）v1=input('输入敌机速度(大约在0-20之间):');v=20;t=1;x=[];y=[];x1=[];d=[];b=1;x(1)=0;y(1)=50;x1(1)=80;d(1)=sqrt(y(1)^2+(x(1)-x1(1))^2);while d(t)>10;%更新坐标x(t+1)=x(t)+v*(x1(t)-x(t))/d(t);y(t+1)=y(t)-v*y(t)/d(t);x1(t+1)=x1(t)+v1;d(t+1)=sqrt(y(t)^2+(x(t)-x1(t))^2);if t>=12b=0;break;endt=t+1;endif b==0disp('追踪失败'),close;else%绘制轨迹plot(x,y,'ro');hold on;plot(x1,[0],'bo')End实验结果假设敌机初始坐标为（80，0）输入敌机速度(大约在0-20之间):5>>。
控制系统仿真综合实验报告
图 2-1
校正前系统阶跃响应曲线
可以看出原系统的响应速度非常慢， 所以要通过校正来改善系统的动态性能， 可以采用串联超前校正。 原系统为Ⅰ型系统，容易求出系统的速度误差系数为
K lim
s 0
s 400 2 s ( s 30 s 200)
2
根据实验要求速度误差系数为 10 ，那么 KV 10 / 2 5 ，此时系统的开环 传函为： G s
5 400 ，用 MATLAB 计算得相角裕量为 32.6°，由于采 s s 30 s 200
2
用串联超前校正能够增大系统的相角裕量，所以综合考虑，采用串联超前校正。 2. 经过第一步的分析，采用串联校正，可以计算出串联校正装置传递函数为 5 (1 0.12 s ) ，因此校正后的开环传递函数为： 1 0.048s
K Ess Overshoot(%) Ts(s) 5 0.2857 34.6099 4.7766
表1
8 0.20000 43.5125 5.6730
9 0.1818 45.7812 5.5325
12 0.1429 51.6704 5.7655
不同 K 值下系统响应的参数
（四）实验结果与分析 从理论上分析，系统的传递函数为 G s
ulxxlgxx?????????????????????????????????????????????????????????????????4301004300100000000010????uxxxy????????????????????????????????????0001000001???实际系统摆杆转动轴心到杆质心的长度为l025m则系统的状态方程为
（二）实验要求 1. 使用 Matlab 进行仿真； 2. 分析不同 K 值的情况下，系统的单位阶跃响应曲线，并绘图进行比较； 3. 列表对系统响应各性能进行比较，并确定你认为合适的参数值。 （三）实验内容及步骤 1.运行 MATLAB,进行仿真实验。
控制系统仿真实验报告Word版
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=39 U=0.5;h=50由以上结果知,仿真步长越大,仿真结果越不稳定。
过程控制系统仿真实习报告
过程控制系统仿真实习报告一、实习目的与要求本次实习旨在通过使用MATLAB/Simulink仿真工具，对过程控制系统进行仿真研究，加深对控制理论的理解，提高控制系统设计和分析的能力。
实习要求如下：1. 熟练掌握MATLAB/Simulink的基本操作和仿真功能。
2. 了解过程控制系统的原理和常见控制策略。
3. 能够运用MATLAB/Simulink对过程控制系统进行建模、仿真和分析。
二、实习内容与过程1. 实习准备在实习开始前，先对MATLAB/Simulink进行学习和了解，掌握其基本的使用方法和功能。
同时，对过程控制系统的原理和常见控制策略进行复习，为实习做好充分的准备。
2. 实习过程(1) 第一个仿真项目：水箱液位控制系统在这个项目中，我们首先建立水箱液位的数学模型，然后根据该模型在Simulink中搭建仿真模型。
我们分别设计了单容、双容和三容水箱的液位控制系统，并分析了控制器参数对系统过渡过程的影响。
通过调整控制器参数，我们可以得到满意的控制效果。
(2) 第二个仿真项目：换热器温度控制系统在这个项目中，我们以换热器温度控制系统为研究对象，根据自动控制系统的原理，利用降阶法确定对象的传递函数。
在Simulink中，我们搭建了单回路、串级和前馈-反馈控制系统模型，并采用常规PID、实际PID和Smith预测器对系统进行仿真。
通过对比不同控制策略的仿真曲线，我们分析了各种控制策略的优缺点。
(3) 第三个仿真项目：基于模糊PID的控制系统在这个项目中，我们以工业锅炉燃烧过程控制系统为研究对象，利用模糊PID控制器优化锅炉燃烧过程控制系统的主要三个子系统：蒸汽压力控制系统、炉膛负压控制系统、燃料与空气比值系统的被控对象的函数。
通过仿真，我们优化了控制器的参数，使得系统在加入扰动后能够快速恢复稳定的状态。
三、实习收获与体会通过本次实习，我对MATLAB/Simulink仿真工具有了更深入的了解，掌握了其在过程控制系统仿真中的应用。
系统控制实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 掌握系统控制的基本原理和方法。
2. 熟悉最少拍控制系统的分析方法。
3. 了解输入信号对最小拍控制系统的影响及其改进措施。
4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理最少拍控制系统是一种直接数字设计方法，其目的是使闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，使系统输出值尽快地跟踪期望值的变化。
其闭环传递函数具有形式：\[ G(s) = \frac{1}{(z-1)^N} \]其中，N是可能情况下的最小正整数。
这一传递形式表明闭环系统的脉冲响应在N个采样周期后变为零，从而意味着系统在N拍之内到达稳态。
三、实验设备1. 硬件环境：- 微型计算机一台，Pentium 4以上各类微机2. 软件平台：- 操作系统：Windows 2000- 仿真软件：MATLAB6.0四、实验内容与步骤1. 计算控制器：- 按照系统要求计算最少拍有纹波控制器。
2. 构造系统结构图模型：- 在Simulink下构造系统结构图模型。
- 取输入信号为单位阶跃信号和单位速度信号。
3. 设计控制器：- 设计控制器，观察输入输出波型，标明参数，打印结果。
4. 观察系统输出波形：- 观察系统输出波形在采样点以外的波形。
五、实验结果与分析1. 单位阶跃输入下的最少拍有纹波控制系统：- 通过仿真，可以得到单位阶跃输入下的最少拍有纹波控制系统的输出波形，如图1-2所示。
- 从图中可以看出，系统在3个采样周期内达到稳态，且稳态误差较小。
2. 单位速度输入下的最少拍有纹波控制系统：- 通过仿真，可以得到单位速度输入下的最少拍有纹波控制系统的输出波形。
- 从图中可以看出，系统在3个采样周期内达到稳态，且稳态误差较小。
3. 输入信号对系统的影响：- 通过改变输入信号，可以观察到输入信号对系统输出波形的影响。
- 例如，当输入信号为单位阶跃信号时，系统输出波形呈现出明显的纹波现象；而当输入信号为单位速度信号时，系统输出波形则较为平滑。
国开形考自动化控制系统仿真实验报告2023最新
国开形考自动化控制系统仿真实验报告2023最新一、引言本实验报告基于国开自动化控制系统仿真实验，旨在分析与评估系统的性能，并提供相应的解决方案。
本实验报告详细介绍了实验目的、实验装置与所用软件、实验步骤、实验结果及讨论，最后给出了实验总结和结论。
二、实验目的本实验的目的是通过对自动化控制系统的仿真实验，加深对自动化控制的理解，并掌握相应的仿真实验技能。
通过实验的过程，研究掌握自动化控制系统的设计与调试方法，进一步提高系统性能。
三、实验装置与所用软件实验装置采用了国开实验室提供的自动化控制系统设备。
主要硬件设备包括传感器、执行器以及控制器等。
所用软件为国开自动化控制系统仿真软件，支持实时仿真与数据采集功能。
四、实验步骤1. 搭建自动化控制系统。
2. 连接传感器和执行器，并配置相应的参数。
3. 使用仿真软件，建立仿真模型。
4. 设计控制算法，并在仿真环境中进行调试。
5. 运行仿真实验，收集数据并记录实验过程。
五、实验结果及讨论根据实验数据和分析结果，系统的控制性能良好，能够实现预期的控制目标。
通过对控制算法的优化和参数调节，系统的响应速度和稳定性得到了进一步提高。
六、实验总结和结论通过本次自动化控制系统仿真实验，我们深入了解了自动化控制的基本原理和方法。
通过实际操作，我们掌握了相关的仿真实验技能，并在实验过程中发现了一些问题并得到了解决。
实验结果表明，通过合理设计和调试，自动化控制系统能够实现预期的控制效果。
七、参考文献以上就是国开形考自动化控制系统仿真实验报告的内容。
感谢阅读！。
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。
控制仿真实验报告
控制仿真实验报告控制仿真实验报告引言：控制仿真实验是一种通过计算机模拟系统行为，以验证和优化控制算法的方法。
在现代工程领域中，控制仿真实验在设计和开发过程中扮演着重要的角色。
本文将介绍一次控制仿真实验的过程和结果，探讨仿真实验的意义和应用。
1. 实验目标本次控制仿真实验的目标是设计和评估一种PID控制器，用于稳定一个机械臂的运动。
通过仿真实验，我们希望验证该控制器是否能够使机械臂达到预定的位置和速度，并且具有良好的鲁棒性和响应速度。
2. 实验设置在仿真软件中，我们建立了一个包含机械臂、传感器和控制器的模型。
机械臂由多个关节组成，可以在三维空间中进行运动。
传感器用于测量机械臂的位置和速度，并将这些信息反馈给控制器。
控制器根据传感器的反馈信息和预定的目标，计算出控制信号，控制机械臂的运动。
3. 实验步骤首先，我们根据机械臂的物理参数和运动方程，建立了仿真模型。
然后，我们选择了PID控制器作为控制算法，并根据经验设定了合适的参数。
接下来，我们进行了一系列仿真实验，分别测试了机械臂在不同位置和速度下的控制效果。
在每次实验中，我们记录了机械臂的运动轨迹、控制信号和误差。
4. 实验结果通过对实验数据的分析，我们得到了以下结论：- PID控制器能够使机械臂达到预定的位置和速度，并且具有良好的鲁棒性。
在不同位置和速度的情况下，控制器都能够快速且稳定地将机械臂调整到目标状态。
- 在实验过程中，我们发现控制器的参数对控制效果有着重要的影响。
通过调整PID参数，我们可以改变控制器的响应速度和稳定性。
- 在某些情况下，机械臂可能会出现振荡或超调的现象。
这时，我们可以通过调整PID参数或者采用其他控制算法来改善控制效果。
5. 实验讨论控制仿真实验为我们提供了一个安全、经济且高效的方法，用于验证和优化控制算法。
通过仿真实验，我们可以在实际系统投入运行之前，对控制器的性能进行评估和改进。
同时，仿真实验还能够帮助我们理解系统的动态特性，探索不同控制策略的优缺点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
2
22
()2n
n n
G 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。
22
2()(2)(1)
n
n n
G 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。
1123223
3
1223x x x x x x x x x 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：1
s
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：
1
51
s+
，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：
1
201
s+
，副回路为：
1
51
s+
，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)()
i
U s Kp E s
T 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。
还没做出来，正在努力做。
三、 第三次上机任务
1、
利用使能原理构成一个半波整流器，并模拟市电输入下(220v, 50Hz)，
整流器接一一阶惯性环节8
.058
.0)(+=s s G ,惯性环节的输出波形。
2、利用触发子系统构建以零阶保持器，实现对正弦信号的采样，并比较不同采用周期下
的采样波形。
3、若被控对象传递函数为0.2
()(1)G s s s =+,控制器为0.10.11()1T T T T
e z e D z e z e
------=--，试用simulink 搭建一单位反馈控制系统，分析采用周期T 对系统单位阶跃响应
的影响。
4、设一单位反馈控制系统，控制器采用PI 控制，Kp=200,Ki=10, 控制器饱和
非线性宽度为2，受控对象为时变模型，由微分方程给出，如下： 0.25()()sin(26)()()t t y t e y t e t y t u t --+++=
求系统单位阶跃响应，并分析不同Kp 取值对响应曲线的影响。
四、第四次上机任务
1、熟悉控制系统各个模型表示方法的命令以及它们之间的相互转化。
（展开
形式，零极点形式，状态空间形式以及部分分式形式。
）
2、试用至少三种方法，判断一下系统的稳定性::
（1）
32
432
231 ()
521
s s s
G s
s s s s
+++
=
++++
（2）
13
52
X X
⎡⎤=⎢⎥
⎣⎦
解：（1）
（2）
3、试产生一周期为5秒，时长为30秒，最大值为1，最小值为0的三角波；得到如下一阶系统在三角波输入下的时间响应曲线。
1
()21
G s S =+
4、对如下二阶系统做时域分析，得到阻尼比在0~1之间变化的时候，阶跃响应的上升时间，调节时间，峰值时间，超调量以及衰减比（第一个峰值与稳态值之差与第二个峰值与稳态值之差的比）其中5n ω=。
222
()2n
n n
G s s s ωξωω=++
6、已知开环传递函数如下，1）试用根轨迹方法得到其临界稳定增益。
2）若k=10,试用伯德图方法，判断其稳定性。
()()(21)(1)(0.11)
k
G s H s s s s =
+++
7、已知系统开环传递函数如下
2()()(0.51)(0.11)
G s H s S S S =++ 试设计一超前校正环节，使得超调量为20%，调节时间为1s 。
系统单位斜坡稳态响应误差为10%。
并作出校正前后后的系统单位阶跃响应时域曲线加以比较。