《自动控制原理》控制系统的simulink仿真实验
实验四 SIMULINK仿真实验
实验四 SIMULINK 仿真一、 实验目的熟悉SIMULINK 模块库中常用标准模块的功能及其应用，利用SIMULINK 标准模块建立系统仿真模型，模型封装步骤和参数设置等。
二、 实验题目1. 建立单位负反馈开环传递函数如下所示二阶系统的闭环SIMULINK 仿真模型s6.0s 12当输入信号源分别为阶跃信号、斜坡信号、正弦信号时，给出系统输出的波形图输入信号源为阶跃信号输入信号源为斜坡信号输入信号源为正弦信号 2. 系统的微分方程为：()()xx r ay y y d bx =-⎧⎨=-+⎩ 设r=1,d=0.5,a=0.1,b=0.02,x(0)=25,y(0)=2 i. 利用MATLAB 所提供的函数，编写求解上述微分方程的M 文件，求出x(t),y(t)； %OdeFun2.m,x'=DY(1),y'=DY(2). function DY=OdeFun2(t,Y) DY=zeros(2,1);DY(1)=Y(1)*(1-0.1*Y(2));DY(2)=Y(2)*((-0.5)+0.02*Y(1));在命令窗口输入以下代码，运行结果如下图所示 [t,Y]=ode45('OdeFun2',[0 12],[25;2]); plot(t,Y(:,1),'-',t,Y(:,2),'')试建立系统的SIMULINK模型，并给出x(t),y(t)的曲线波形由Simlink仿真得到的波形如下图所示对比以上波形基本一致，初始值分别为0和25，在图上可以很好的体现出来。
3. 蹦极跳的数学模型为：12()mxmg b x x a x a x x =+-- 0()0Kxx b x x ->⎧=⎨≤⎩其中m 为物体的质量，g 为重力加速度，x 为物体的位置，第二项表示绳索的弹力，K 为绳索的弹性系数，第三项和第四项表示空气的阻力。
设蹦极者的初始位置为x(0)= -30, 起始速度为 x(0)'=0; 其余的参数为a1=a2=1, m=70kg, g=10m/s 2，K=20， 试建立系统的SIMULINK 模型，并给出x(t),x'(t)的曲线波形由于在做仿真时当设置设蹦极者的初始位置为x(0)= -30, 时，示波器示数过于缓慢，所以在本实验中取值x(0)= -5,起始速度为 x(0)'=0;做出波形如图所示4.建立单闭环调速系统的SIMULINK模型，并对PID控制器进行封装和对P,I,D参数进行设置,den(s)=0.005s+1。
自控仿真实验报告
一、实验目的1. 熟悉MATLAB/Simulink仿真软件的基本操作。
2. 学习控制系统模型的建立与仿真方法。
3. 通过仿真分析，验证理论知识，加深对自动控制原理的理解。
4. 掌握控制系统性能指标的计算方法。
二、实验内容本次实验主要分为两个部分：线性连续控制系统仿真和非线性环节控制系统仿真。
1. 线性连续控制系统仿真（1）系统模型建立根据题目要求，我们建立了两个线性连续控制系统的模型。
第一个系统为典型的二阶系统，其开环传递函数为：\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)} \]第二个系统为具有迟滞环节的系统，其开环传递函数为：\[ G(s) = \frac{1}{(s+1)(s+2)(s+3)} \]（2）仿真与分析（a）阶跃响应仿真我们对两个系统分别进行了阶跃响应仿真，并记录了仿真结果。
（b）频率响应仿真我们对两个系统分别进行了频率响应仿真，并记录了仿真结果。
（3）性能指标计算根据仿真结果，我们计算了两个系统的性能指标，包括上升时间、超调量、调节时间等。
2. 非线性环节控制系统仿真（1）系统模型建立根据题目要求，我们建立了一个具有饱和死区特性的非线性环节控制系统模型。
其传递函数为：\[ W_k(s) = \begin{cases}1 & |s| < 1 \\0 & |s| \geq 1\end{cases} \]（2）仿真与分析（a）阶跃响应仿真我们对非线性环节控制系统进行了阶跃响应仿真，并记录了仿真结果。
（b）相轨迹曲线绘制根据仿真结果，我们绘制了四条相轨迹曲线，以分析非线性环节对系统性能的影响。
三、实验结果与分析1. 线性连续控制系统仿真（a）阶跃响应仿真结果表明，两个系统的性能指标均满足设计要求。
（b）频率响应仿真结果表明，两个系统的幅频特性和相频特性均符合预期。
2. 非线性环节控制系统仿真（a）阶跃响应仿真结果表明，非线性环节对系统的性能产生了一定的影响，导致系统响应时间延长。
自动控制原理实验指导书(实验四)
实验四自动控制系统的动态校正仿真实验实验可在真实系统进行，亦可在模型上进行仿真。
真实系统需要物理环境和实验设备、仪器，按实际系统的运行模式进行实验；仿真实验是利用模型(物理的或数学的)进行系统动态特性研究的实验。
MATLAB提供的控制系统数学仿真工具包SIMULINK，提供了一般控制系统所需的模块和用户创建模块功能，允许用户用框图的形式搭建任意系统并进行仿真，是控制系统研究设计的重要手段，在控制系统的仿真中获得了广泛的应用。
一．实验目的1．了解MATLAB数学仿真工具包SIMULINK2．学习SIMULINK在自动控制系统的仿真应用3．研究串联校正对系统稳定性及过渡过程的影响二．实验内容及实验原理1．Simulink进行系统仿真方法1）安装并启动MATLAB2）启动Simulink进入仿真环境单击MATLAB Command窗口工具条上的Simulink图标，或者在MATLAB命令窗口输入simulink，即弹出图示的模块库窗口界面(Simulink Library Browser)。
该界面右边的窗口给出Simulink所有的子模块库。
每个子模块库中模块可直接用于建立系统的Simulink框图模型。
3）打开空白模型窗口用来建立系统的仿真模型MATLAB主界面中选择【File:New Model】菜单项；所打开的空白模型窗口如图所示4）将模块库的相应模块复制到该窗口，通过相应的连接可建立Simulink仿真系统结构图在Simulink模型或模块库窗口内，用鼠标左键单击所需模块图标，按住鼠标左键不放并移动鼠标至目标模型窗口指定位置，释放鼠标即完成模块拷贝，用鼠标选中模块按Del键即可删除，选取菜单Format→RotateBlock，可使模块旋转90°。
用鼠标双击指定模块图标，打开模块对话框，根据对话框栏目中提供的信息进行参数设置或修改。
例如双击模型窗口的传递函数模块，弹出图示对话框，在对话框中分别输入分子、分母多项式的系数，点击OK键，完成该模型的设置，如右下图所示：●模块的连接模块之间的连接是用连接线将一个模块的输出端与另一模块的输入端连接起来；也可用分支线把一个模块的输出端与几个模块的输入端连接起来。
第五章控制系统的Simulink仿真
第五章控制系统的Simulink仿真第五章控制系统的Simulink仿真5.1 Simulink仿真的参数设置5.1.1 系统模型的实时操作与仿真参数设置1．系统模型的实时操作在Simulink环境下创建系统仿真模型后，在菜单操作⽅式下可对系统模型或框图进⾏如下的实时操作：（1）被仿真模块的参数允许有条件地实时修改。
（2）离散模块的采样时间允许实时修改。
（3）允许⽤浮空⽰波器（Floating Scope）实时观察任何⼀点或⼏点的动态波形。
（4）在进⾏⼀个系统仿真的过程中，允许同时打开另⼀个系统进⾏处理。
2．仿真参数的设置⽅法系统仿真前要对仿真算法、输出模式等各种参数进⾏设置，这就是“Simulation”下的“Simulation Parameters”菜单命令要完成的任务。
打开⼀个仿真参数对话框后可以设置仿真参数，该对话框包含以下5个可相互切换的标签页：（1）Solver解算器标签页：设置仿真的起始时间与终⽌时间、仿真的步长⼤⼩与求解问题的算法等。
（2）Workspace I/O⼯作空间标签页：管理对MATLAB⼯作空间的输⼊和输出操作。
（3）Diagnostics标签页：设置在仿真过程中出现各类错误时的操作处理。
（4）Advanced标签页：设置⾼级仿真属性，如模块的简化、在仿真过程中使⽤逻辑信号等。
（5）Real-Time Workshop标签页：设置实时⼯具中的参数，如允许⽤户选择⽬标语⾔模板、系统⽬标⽂件等。
5.1.2 Solver解算器标签页的参数设置执⾏“Simulation”下的“Simulation Parameters”命令后，会弹出仿真参数设置对话框标签之⼀“Solver”解算器标签页。
“Solver”标签页参数设定是进⾏仿真⼯作前准备的必须步骤，基本参数设定包括仿真的起始时间与终⽌时间、仿真的步长⼤⼩与求解问题的算法等。
当选择算法是可变步长类型“Variable-step”时，“Solver”标签页如图5-1所⽰；当选择固定步长类型的算法“Fixed-step”时，“Solver”标签页如图5-2所⽰。
MATLAB自动控制系统仿真simulink
目录1 绪论 (1)1.1 题目背景、研究意义 (1)1.2 国内外相关研究情况 (1)2 自动控制概述 (3)2.1 自动控制概念 (3)2.2 自动控制系统的分类 (4)2.3 对控制系统的性能要求 (5)2.4 典型环节 (6)3 MATLAB仿真软件的应用 (10)3.1 MATLAB的基本介绍 (10)3.2 MATLAB的仿真 (10)3.3 控制系统的动态仿真 (11)4 自动控制系统仿真 (14)4.1 直线一级倒立摆系统的建模及仿真 (14)4.1.1 系统组成 (14)4.1.2 模型的建立 (14)4.1.3 PID控制器的设计 (20)4.1.4 PID控制器MATLAB仿真 (22)4.2 三容水箱的建模及仿真 (24)4.2.1 建立三容水箱的数学模型 (24)4.2.2 系统校正 (25)总结 (28)致谢 (29)参考文献 (30)1 绪论1.1 题目背景、研究意义MATLAB语言是当今国际控制界最为流行的控制系统计算机辅助设计语言，它的出现为控制系统的计算机辅助分析和设计带来了全新的手段。
其中图形交互式的模型输入计算机仿真环境SIMULINK，为MATLAB应用的进一步推广起到了积极的推动作用。
现在，MATLAB语言已经风靡全世界，成为控制系统CAD领域最普及、也是最受欢迎的软件环境。
随着计算机技术的发展和应用，自动控制理论和技术在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。
不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，成为现代社会生活中不可缺少的一部分。
随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探知未来，认识和改造自然，建设高度文明和发达社会的活动中，自动控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。
作为一个工程技术人员，了解和掌握自动控制的有关知识是十分必要的。
自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化，极大地提高了劳动生产率，而且减轻了人的劳动强度。
控制系统Simulink仿真PPT课件(MATLAB学习资料)
积分环节的幅值与 成反比，相角恒为-
时，幅相特性从虚轴
处出发，
沿负虚轴逐渐趋于坐标原点，程序如下：
g=tf([0,1],[1,0]); nichols(g); grid on
运行程序输出如图6-14曲线②所示。
。当
在Simulink中积分环节的使用如如图6-15所示。 运行仿真输出图形如图6-10所示。
• 频域法是基于频率特性或频率响应对系统进行分析和设计的一种图解 方法，故又称为频率响应法，频率法的优点较多，具体如下：
• 首先，只要求出系统的开环频率特性，就可以判断闭环系统是否稳定。 • 其次，由系统的频率特性所确定的频域指标与系统的时域指标之间存
在着一定的对应关系，而系统的频率特性又很容易和它的结构、参数 联系起来。因而可以根据频率特性曲线的形状去选择系统的结构和参 数，使之满足时域指标的要求。 • 此外，频率特性不但可由微分方程或传递函数求得，而且还可以用实 验方法求得。这对于某些难以用机理分析方法建立微分方程或传递函 数的元件(或系统)来说，具有重要的意义。因此，频率法得到了广泛 的应用，它也是经典控制理论中的重点内容。
• 2）由于对数可将乘除运算变成加减运算。当绘制由多个环节串联而成的系统的对数坐标图 时，只要将各环节对数坐标图的纵坐标相加、减即可，从而简化了画图的过程。
• 3）在对数坐标图上，所有典型环节的对数幅频特性乃至系统的对数幅频特性均可用分段直 线近似表示。这种近似具有相当的精确度。若对分段直线进行修正，即可得到精确的特性曲 线。
其频率特性为：
一阶复合微分环节幅相特性的实部为常数1，虚部与 成正比，如图5-26曲线①所示。 不稳定一阶复合微分环节的传递函数为：
其频率特性为：
一阶复合微分环节的奈奎斯特曲线图编 程如下： clc,clear,close all g=tf([1,1],[0 1]);
自动控制原理的MATLAB仿真与实践第9章 基于simulink的系统建模与仿真分析
（1）提高开环增益可以提高系统的稳定精度和快速性，
能够减小静态误差，但是却不能从根本上消除静差。
（2）若比例系数过大，也会使系统产生较大的超调，
使振荡次数增多，调节时间加长，甚至可能造成系统
的不稳定；
（20131.0）5 若比例系数过小，系统会动作迟缓。
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9.4.2 比例积分（PI）控制
比例积分控制的传递函数：
果将显示在模型中的输出模块中。
注意： （1）对于循环运行的模型，若在仿真过程中需要终止 时，可选择Simulation下拉菜单中的Stop。 （2）如果输出模块为示波器scope，则在运行结束后 双击scope模块，即可显示运行结果。
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9.2 Simulink模块库及其分类
9.2.1 输入模块 9.2.2 输出模块 9.2.3 功能运算模块
（2）命令方式 在命令窗口中键入“simulink”后回车。
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2.模块库的打开
（1）用鼠标左键单击类模块库列表。Simulink浏 览器右边窗口会显示该模块库中的全部子模块。
（2）用鼠标选择右侧的类模块图，标双击左键会 直接显示其所有子模块；或者，单击鼠标右键并单 击确认，则会弹出一个子模块窗口。
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9.2.3 功能运算模块
1.连续型模块Continuous：显示指定模块的输出 数值。常用模块有：
（1）
微分环节。其输出为其输入信号的微分。
（2）
积分环节。其输出为其输入信号的积分。
（3）
分子分母为多项式形式的传递函数。
（4）
零极点增益形式的传递函数。
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2.数学运算模块Math，该库中模块的功能就是将输 入信号按照模块所描述的数学运算函数计算，并把运算 结果作为输出信号输出。
MATLABSimulink和控制系统仿真实验报告
MATLAB/Simulink与控制系统仿真实验报告姓名：喻彬彬学号：K031541725实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立一、实验目的1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识；2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。
二、实验设备电脑一台；MATLAB 仿真软件一个三、实验内容1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。
2、一个单位负反馈二阶系统，其开环传递函数为210()3G s s s =+。
用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+，其中250()23s G s s s+=+。
用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
4、一闭环系统结构如图所示，其中系统前向通道的传递函数为320.520()0.11220s G s s s s s+=+++，而且前向通道有一个[-0.2，0.5]的限幅环节，图中用N 表示，反馈通道的增益为1.5，系统为负反馈，阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。
用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。
四、实验报告要求实验报告撰写应包括实验名称、实验内容、实验要求、实验步骤、实验结果及分析和实验体会。
五、实验思考题总结仿真模型构建及调试过程中的心得体会。
题1、（1）利用Simulink的Library窗口中的【File】→【New】，打开一个新的模型窗口。
（2）分别从信号源库（Sourse）、输出方式库（Sink）、数学运算库（Math）、连续系统库（Continuous）中，用鼠标把阶跃信号发生器（Step）、示波器（Scope）、传递函数（Transfern Fcn）和相加器（Sum）4个标准功能模块选中，并将其拖至模型窗口。
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《自动控制原理》控制系统的simulink仿真实验
一、实验目的
(1)初步了解Matlab中Simulink的使用方法，熟悉simulink模块的操作和信号线的连接
(2)通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，熟悉各种典型环节的响应曲线。
(3)定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、实验仪器
装配Matlab7.0的计算机
三、实验原理
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具。
Simulink是一个模块图环境，用于多域仿真以及基于模型的设计。
它支持系统设计、仿真、自动代码生成以及嵌入式系统的连续测试和验证。
四、实验内容及步骤
1.1 运行Matlab，在命令窗口“Command Window”下键入“Simulink”后回车，则打开相应的系统模型库；或者点击工具栏上的“Simulink”图标，进入系统仿真模型库，然后点击左上角“新文件”图标，打开模型编辑窗口。
1.2 调出模块
在系统仿真模型库中，把要求的模块都放置在模型编辑窗口里面。
从信号源模块包(Sources)中拖出1个阶跃信号(step)和1个白噪声信号发生器
(band-limited white noise) ；
从数学运算模块包(Math Operations)中拖出1个比例环节(gain)和1个加法器(sum) ；
从连续系统典型环节模块包(Continuous) 中拖出1个微分环节(Derivative)和3个传函环节(transfer Fcn)；
从信号与系统模块包(Signals Routing) 拖出1个汇流排(mux)；
从输出模块包(Sinks)中拖出1个示波器(scope)；
所有模块都放置在模型编辑窗口里面。
1.3 模块参数设置
（鼠标左键双击各典型环节，则可进行参数设置）
双击打开白噪声信号发生器，设定功率(Noise power)为0.0001，采样时间(Sample time)为0.05。
打开比例环节，设定比例增益为2；
打开3个传函环节(transfer Fcn)，通过参数设定，分别构成积分、惯性和二阶环节；
1.4 模块连接
五、实验原始数据记录与数据处理
（2
2.1 双击Scope打开示波器，点击按钮“ ”启动仿真，画出输入信号波形图。
2.2 将比例环节的输出端接到汇流排(如图1所示)，打开示波器, 点击按钮“ ”启动仿真，观察比例环节的阶跃响应及对白噪声信号是否敏感，然后画出波形图。
2.3 将微分环节的输出端接到汇流排。
重复2.2操作实验，记录结果并画出波形图。
2.4 将积分环节的输出端接到汇流排，重复2.2操作实验，记录结果并画出波形图。
2.5 将惯性环节的输出端接到汇流排，设置3个不同的时间常数（T=1、2、4）重复实验，观察不同时间常数时的波形特性，记录结果并画出波形图。
2.6 将二阶环节的输出端接到汇流排，设置不同的阻尼比（ξ=0、ξ=0.1、ξ=0.7、ξ=1、ξ=2），重复以上实验，观察不同阻尼比时的波形特性，记录结果并画出波形图。
六、实验结果与分析讨论
七、结论
本次实验为离散控制系统 Simulink 仿真。
通过实验，在 Simulink环境下以及在 MTALAB 环境下，进行离散控制系统的建模、分析，观察了采样周期对离散系统动态特性及稳定性的影响。
八、实验心得体会（可略）
通过该试验我们熟悉离散控制系统 Simulink 仿真，掌握了观察采样周期对离散系统动态特性及稳定性的影响。