实验五基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计

实验五、基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计(2学时)

（综合型实验）

一、实验目的

（1）掌握线性时不变系统的对象模型的构造及其相互转换；

（2）掌握线性时不变系统浏览器——LTI Viewer使用方法；

（3）掌握单变量系统设计工具——SISO Design Tool的使用方法；

（4）掌握非线性系统的控制器优化设计和仿真；

（5）自行设计一个PID控制系统并进行PID控制器的优化设计（选）。

二、实验设备

MATLAB6.1系统教学软件及计算机一台。

三、实验内容

1、将下述传递函数转换成tf对象。

2、将第6章的例6-16中非线性系统进行线性化处理后所得线性化状态空间模型的系数矩阵(A,B,C,D)的值转换成LTI对象，然后利用线性时不变系统浏览器—LTI Viewer对系统进行分析。

3、使用LTI Viewer对以下滑艇系统的动力学方程进行非线性系统的线性分析

4、以下单位反馈系统。利用单变量系统设计工具SISO Design Tool。

（1）对其进行分析，画出系统的根轨迹图以及系统波特图，并求解相位裕量。

（2）对以上系统进行串联校正装置，其传递函数如下。

对校正后进行分析，画出校正后系统的根轨迹图以及系统波特图，并求解相位裕量。

5、对以下系统。

要求系统单位阶跃响应的最大上升时间为10秒、最大调节时间为30秒、最大超调量为20%。利用非线性控制器设计模块集（Nonlinear Control Design Blockset），试求PID控制器的最佳整定参数Kp、Ki和Kd。假设，三阶线性对象模型的不确定参数：40< a1<50,2.5< a2<10。