控制系统的时域分析实验报告

1、课程名称： 控制理论 指导老师： 成绩：_实验名称： 控制系统的时域分析 实验类型：_同组学生姓名：_一、实验目的和要求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、实验内容和原理（一）实验原理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

2、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 1画出系统的单位阶跃响应曲线；2画出系统的冲激响应曲线；3当系统的初始状态为x0=1,0时，画出系统的零输入响应；4当系统的初始状态为零时，画出系统斜坡输入响应；（三）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；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

3、线并记录之。三、主要仪器设备计算机一台以及matlab软件，simulink仿真环境四、操作方法与实验步骤1、程序解决方案：在MATLAB中建立文件shiyu.m，其程序如下：%时域响应函数function G1 = shiyu( A,B,C,D)G=ss(A,B,C,D);G1=tf(G);% 将状态空间模型转换为传递函数figure;step(G1);% 画阶跃响应曲线grid on;title('系统单位阶跃响应');xlabel('t/s');ylabel('c(t)');figure;impulse(G1);% 画冲激响应title(&

4、#39;系统冲激响应');xlabel('t/s');ylabel('c(t)');grid on;x0=1 0;figure;initial(G,x0);%画零输入响应title('x0=1,0 时的零输入响应');xlabel('t/s');ylabel('c(t)');grid on;%斜坡响应s=tf('s')G2=G1/s2;figure;impulse(G2,10);title('斜坡输入响应');xlabel('t/s');ylabel('

5、;c(t)');grid on;end在MATLAB命令窗口中输入下列命令：并返回系统的传递函数>> clear>> A=-0.5572,-0.7814;0.7814,0;>> B=1 0'>> C=1.9691 6.4493;>> D=0;>> G1=shiyu(A,B,C,D)Transfer function: 1.969 s + 5.039-s2 + 0.5572 s + 0.6106其输出的曲线如下2、Simulink仿真环境实现方式在simulink中建立以下模型：其中，state-space模

6、块设置如下图：点击运行，得到如下所示的波形：五、讨论、心得通过此次MATLAB实验，我掌握了利用MATLAB工具分析控制理论中一些时域的问题。整个问题并不是很难。在编写程序时，选择了编写一个function的.m文件，同时返回了系统的传递函数并输出了所需要的四幅图像。这样的方法具有通用性，当ABCD四个矩阵发生变化时不需要重新写程序，直接调用该函数即可实现功能。这是出于程序的通用性方面的考虑。在编写程序的过程中，熟悉了一些时域分析MATLAB函数的调用方式。关于simulink模块的实现，在之前实验的仿真就已经用过。只不过之前图像的做法是输出数组，在命令窗口中调用plot函数画出来，这主要是因为示波器的图像背景是黑颜色的，不方便打印。通过查资料，此次实验我解决了这个问题。方式如下：在出现示波器的图像后，在命令窗口中输入如下命令>> set(0,'ShowHiddenHandles','On')>> set(gcf,'menubar','figure')；然后在示波器图像上把需要修改的颜色进行