控制理论实验报告MATLAB仿真实验

1、实验报告课程名称：控制理论（乙） 指导老师：林峰 成绩：_实验名称：MATLAB仿真实验 实验类型：_同组学生姓名：_一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得实验九 控制系统的时域分析一、 实验目的：1用计算机辅助分析的办法，掌握系统的时域分析方法。 2熟悉Simulink仿真环境。二、实验原理及方法：系统仿真实质上就是对系统模型的求解，对控制系统来说，一般模型可转化成某个微分方程或差分方程表示，因此在仿真过程中，一般以某种数值算法从初态出发，逐步计算系统的响应，最后绘制出系

2、统的响应曲线，进而可分析系统的性能。控制系统最常用的时域分析方法是，当输入信号为单位阶跃和单位冲激函数时，求出系统的输出响应，分别称为单位阶跃响应和单位冲激响应。在MATLAB中，提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step，单位冲激响应函数impulse，零输入响应函数initial等等。二、 实验内容：二阶系统，其状态方程模型为 -0.5572 -0.7814 1 = + u 0.7814 0 0 y = 1.9691 6.4493 +0 u 四、实验要求：1编制MATLAB程序，画出单位阶跃响应曲线、冲击响应曲线、系统的零输入响应、斜坡输入响应；（1）画出系统的单位阶跃响应曲线；A=-0

3、.5572 -0.7814;0.7814 0 ;B=1;0;C=1.9691 6.4493;D=0;G=ss(A,B,C,D);step(G)title(单位阶跃响应)（2）画出系统的冲激响应曲线；A=-0.5572 -0.7814;0.7814 0 ;B=1;0;C=1.9691 6.4493;D=0;G=ss(A,B,C,D);impulse(G)title(单位脉冲响应)（3）当系统的初始状态为x0=1,0时，画出系统的零输入响应；A=-0.5572 -0.7814;0.7814 0 ;B=1;0;C=1.9691 6.4493;D=0;x0=1,0;initial(A,B,C,D,x0

4、) title(零输入响应)（4）当系统的初始状态为零时，画出系统斜坡输入响应；A=-0.5572 -0.7814;0.7814 0 ;B=1;0;C=1.9691 6.4493;D=0;num, den=ss2tf(A, B, C, D);t=0:0.01:7; u=t; num1(1)=0; num1(2)=0; num1(3)=num(1); num1(4)=num(2); num1(5)=num(3);den1(1)=den(1); den1(2)=den(2); den1(3)=den(3); den1(4)=0; den1(5)=0;c=step(num1,den1,t);plot

5、(t,c,o,t,u,-);2在Simulink仿真环境中，组成系统的仿真框图，观察单位阶跃响应曲线并记录之。1）进入线性系统模块库，构建传递函数。2）改变模块参数。在simulink仿真环境“untitled”窗口中双击该图标，即可改变传递函数3）选取阶跃信号输入函数。用鼠标点击simulink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。 4）选择输出方式。用鼠标点击simulink下的“Sinks”，就进入输出方式模块库，通常选用“Scope”的示波器图标，将其用左键拖至新建的“untitled”窗口。5）连接各元件

6、，用鼠标划线，构成闭环传递函数。 6）运行并观察响应曲线。用鼠标单击工具栏中的“”按钮，便能自动运行仿真环境下的系统框图模型。运行完之后用鼠标双击“Scope”元件，即可看到响应曲线。实验十 控制系统的频域分析一、 实验目的：用计算机辅助分析的方法，掌握频率分析法的三种方法，即Bode图、Nyquist曲线、Nichols图。二、 实验原理及方法：1Bode(波特)图设已知系统的传递函数模型：则系统的频率响应可直接求出： MATLAB中，可利用bode和dbode绘制连续和离散系统的Bode图。 2Nyquist(奈奎斯特)曲线 Nyquist曲线是根据开环频率特性在复平面上绘制幅相轨迹，根据

7、开环的Nyquist线，可判断闭环系统的稳定性。 反馈控制系统稳定的充要条件是，Nyquist曲线按逆时针包围临界点(-1，j0)p圈，为开环传递函数位于右半s一平面的极点数。在MATLAB中，可利用函数nyquist和dnyquist绘出连续和离散系统的乃氏曲线。3Nicho1s(尼柯尔斯)图 根据闭环频率特性的幅值和相位可作出Nichols图，从而可直接得到闭环系统的频率特性。在MATLAB中，可利用函数nichols和dnichols绘出连续和离散系统的Nichols图。三、 实验内容：1一系统开环传递函数为 绘制系统的bode图，判断闭环系统的稳定性，并画出闭环系统的单位冲击响应。其结

8、构如图所示R(s)C(s)10G(S)试绘制Nyquist频率曲线和Nichols图，并判断稳定性。四、 实验要求：1编制MATLAB程序，画出实验所要求的Bode图 、 Nyquist图 、Nichols图。1）一系统开环传递函数为 Bode图den=conv(1,1,conv(1,5,1,-2);H=tf(50,den);bode(H) 系统稳定性判别：系统为非稳定系统 闭环系统的单位冲击响应den=conv(1,1,conv(1,5,1,-2);H=tf(50,den);num1=H;den1=1+H;impulse(num1,den1)2）一多环系统其结构如图所示R(s)C(s)10G

9、(S)Nyquist频率曲线num=conv(16.7,1,0);den=conv(0.85,1,conv(0.25,1,0.0625,1);g=tf(num,den);num1=10*g;den1=1+g;G=tf(num1,den1);nyquist(G)Nichols图num=conv(16.7,1,0);den=conv(0.85,1,conv(0.25,1,0.0625,1);g=tf(num,den);num1=10*g;den1=1+g;G=tf(num1,den1);nichols(G)判断系统稳定性：系统是稳定系统2在Simulink仿真环境中，组成系统的仿真框图，观察单位阶

10、跃响应曲线并记录之。1）一系统开环传递函数为 2）一多环系统其结构如图所示R(s)C(s)10G(S)实验十一控制系统的根轨迹分析一、 实验目的：1 掌握用计算机辅助分析法分析控制系统的根轨迹2 熟练掌握Simulink仿真环境。二、 实验原理与方法：根轨迹是指，当开环系统某一参数（一般来说，这一参数选作开环系统的增益k）从零变到无穷大时，死循环系统特征方程的根在s平面上的轨迹。因此，从根轨迹，可分析系统的稳定性、稳态性能、动态性能。同时，对于设计系统可通过修改设计参数，使闭环系统具有期望的零极点分布，因此根轨迹对系统设计也具有指导意义。在MATLAB中，绘制根轨迹有关的函数有：rlocus，rlocfind，pzmap等。三、 实验内容：一开环系统传递函数为绘制出此闭环系统的根轨迹，并分析系统的稳定性。四、实验要求：1编制MATLAB程序，画出实验所要求根轨迹, 求出系统的临界开环增益，并用闭环系统的冲击响应证明之。开环系统传递函