控制工程matlab使用

1、自动控制原理计算机仿真实验1.实验目的（ 1） 熟悉典型系统的时域、 频域和根轨迹特 性；（2）掌握系统校正与设计的方法。（3）了解应用计算机工具分析线性系统的 基本方法。2.M atlab 基本特点（1）Matlab （Matrix Laboratory ）1980 年前后，美国 Moler 博士后成立 Mathworks 软件开发公司，专门扩展改进 Matalb 最初用 FORTRAN 编写，现在的版本 用 C 语言改写 4.0 版； windows 平台下，现 在比较新的版本是 7.2 版（2）Matlab 语言特点 一切都是矩阵：数据的存储 /输入 /输 出都是以矩阵为基础的， 矩阵和

2、其它变量不 需要预先定义，如输入? A=1,0,1;1,0,0;2,1,0;? B=1,0,2;2,1,1;1,0,1;? C=A*BC =203102415?in v(C)ans =2-30-321-120A用户使用方便：交互方式，修改调试方便；称为演算纸型语言工具。M文件：Matlab可执行文件，采用文 本方式，编程效率高，可读性极强；fun cti on plot_si n(xmi n,xmax)x=xmi n:mi n(0.01,(xmax-xmi n)/100):xmax;plot(x,s in (x);% This is a demo-命令简单，丰富，易于扩展函数名定义几乎与数学描

3、述一样，接 近书写计算公式的思维方式， min( ),max(),基本命令包括：数学函数，矩阵，数值方法，绘图，字符串，文件I/O 等数百条；扩充工具箱：控制系统，信号处理，神经网络，系统辨识，数据统计，高等数 学方法，甚至数理逻辑，通讯等等。4计算的高效、高可靠性4图形、打印、联机帮助等功能齐全3.M atlab控制系统仿真基础(i)系统仿真基本概念仿真：某些控制系统仿真/设计软件的不足：使用 不方便(EISPACK)，调用过程烦琐，维数 指定困难，开放性差，辅助功能弱，等等。线性控制系统的传递函数描述32G(s)=12s24s12s 204322s 4s 6s 2s 2?num=12,24

4、,12,20; den=2 4 6 2 2;传递函数复杂时，应用多项式乘法函数 conv等实现。(3) 控制系统的频域响应Bode图绘制函数：bode(S YS),如:bode( num,de n)；bode(1,0,121)；绘制出曲线m,p=bode(SYS, w) ，返回数据但不绘制曲 线；如 m,p=bode(num,den,0:0.01:10) 。(4) 控制系统的时域响应阶跃响应函数 stepstep(SYS)；y,x=step(SYS,t) ； y 为系统在各个仿真时 刻的输出所组成的向量； x 为系统为可控标 准型时选定的变量的时域响应数据， 控制工 程基础课程中不予考虑。5)

5、 系统稳定性分析， 离散系统分析， 等等4.动 态仿真工具 Simulink(1)实际工作中控制系统的复杂性，需要 一种更简单直接的系统输入方法和分析手 段。图形输入概念：模块、拖放与联结 模块和子模块：定义的一些系统元件，子 系统， 和输入输出设备； 如，噪声输入模块， 传递函数系统模块，信号发生器，示波器模拖放：将需要的模块拖放到你定义的工作 区内。联结：用鼠标拖动，建立联结。（2）仿真参数选择开始时间，结束时间，步长选择（变步 长，定步长），算法选择（求解微分方程的 一些典型算法，女口：龙格库塔法等），精度,5.预习要求：熟悉Matlab基本函数命令，控 制系统工具箱命令，控制系统基本概

6、念6.实验报告附录 1 Matalb编程控制命令常用控制系统仿真命令if stateme nts.else elseif end-Con diti on ally execute-IF stateme nt con diti on.-IF stateme nt con diti on.-Term in ate scope of FOR,WHILE, SWITCH and IF stateme nts.for- Repeat statements aspecific number of times.while- Repeat statements anindefinite number of t

7、imes.break- Terminate execution ofWHILE or FOR loop.switch- Switch among severalcases based on expression.case- SWITCH statement case.otherwise- Default SWITCHstatement case.return- Return to invokingfunction.基本绘图函数plot -Linear plot.loglog -Log-log scale plot.semilogx -Semi-log scale plot.semilogy -

8、Semi-log scale plot.polar -Polar coordinate plot.plotyy -Graphs with y tick labels onthe left and right.axis- Control axis scaling andappearance.zoom- Zoom in and out on a 2-Dplot.grid- Grid lines.box hold axes- Axis box.- Hold current graph.- Create axes in arbitrarypositions.subplot- Create axes i

9、n tiledpositions.legend title xlabel ylabel text gtext- Graph legend.- Graph title.- X-axis label.- Y-axis label.- Text annotation.- Place text with mouse.时域分析函数step impulse initial- Step response.- Impulse response.- Response of state-spacesystem with given initial state.lsim inputs.ltiviewgensig L

10、SIM.- Response to arbitrary- Response analysis GUI.- Generate input signal forstepfun- Generate unit-step input.频域分析函数bode- Bode plot of thefrequency response.sigma- Singular value frequencyplot.nyquist- Nyquist plot.nichols- Nichols chart.ltiview- Response analysis GUI.evalfr- Evaluate frequencyres

11、ponse at given frequency.freqresp- Frequency response over afrequency grid.margin- Gain and phase margins.附录 2 参考书目1. 控制系统计算机辅助设计，薛定宇，清华 大学出版社， 1996；2. MATLAB 语言，张培强， 中国科学技术大 学出版社， 1995；1 、KG(s):Ts +1实验一 控制系统时域分析一阶系统阶跃响应Step ResponseSystem: sys2g Time (sec): 0.3921System: sys1Settling Time (sec): 3.

12、920.9System: sys3 Settling TdatalSystem: sys1Rise Time (sec): 2.2System: sys3Rise Time (sec): 22me (sec): 3鉀a2data3data40.70.6e0.5upmA0.40.30.20.1102030405060Time (sec)分别取以下几组参数，求系统阶单位阶跃输入时的响应时间常数和调整时间。1) . K=1,T=10;2) .K=1,T=1;3) .K=1,T=0.1阶系统阶跃响应0102030405060Time (sec)分别就T=1和T=0.1 ,分别取0, 0.2, 0.5,

13、0.7, 1, 10时系统阶跃响应的最大超调量、峰值时间、调整时间、振荡次数。3、自构造高阶系统，进行数学模型转换并 分析其时域特性。4、了解MATLAB勺控制系统图形输入与仿真 工具SIMULINK观察典型系统时域响应。个G(S)=54 s210S 40210s80s220s300s220s 1000.50.45Step Response0 4 System: sys - Rise Time (sec): 2.08System: sysPeak amplitude: 0.477 Overshoot (%): 19.3At time (sec): 5System: sysSettling Ti

14、me (sec): 10.40.35System: sysFinal Value: 0.40.3eup0.25m A0.20.150.10.050101214161820Time (sec)实验二控制系统根轨迹分析1、一阶系统阶跃响应G(3H-K-Ts + 1分别取以下几组参数，绘制系统根轨迹图。1) . K=1,T=10;2). K=1,T=1;3). K=1,T=0.12、 二阶系统阶跃响应G(S)= 2 ；T. 1T s +2Ts + 1分别就T=1和T=0.1，分别取0, 0.2, 0.5, 0.7, 1, 10时绘制系统根轨迹图。3、自构造高阶系统，绘制系统根轨迹图并 分析其动态性能及稳定性。实验三控制系统频域分析1、一阶系统阶跃响应G（卄人Ts + 1分别取以下几组参数，分别绘制系统尼氏图 和伯德图，并求出系统稳定裕度。2）. K=1,T=10;2）. K=1,T=1;3）. K=1,T=0.12、 二阶系统阶跃响应g（s）=2T ,T s + 2T y +1分别就T=1和T=0.1，分别取0, 0.2, 0.5, 0.7, 1, 10时分别绘制系统尼氏图和伯德图，并求出系统稳定裕度。3、自构造高阶系统，绘制系统尼氏图和伯 德图并分析其动态性能及稳定性。实验四控制系统的设计与校正1、自构造