matlab结业作业

1、 Matlab/Simulink 与控制系统仿真结业作业一、必做题Matlab学习心得体会: 本学期我们新开了一门MATLAB/Simulink与控制系统仿真的课程，虽说是这个学期才开始学习，但是我们却对MATLAB这个软件的基本使用一点都不陌生。而本学期的专门学习，更让我获益匪浅。 第一部分是利用MATLAB函数来对控制系统进行分析。 例如要求取一个系统的阶跃响应时，我就可以调用MATLAB中的step函数 MATLAB在稳定性分析应用时，通过直接求根函数roots来判定系统的稳定性 在利用MATLAB分析系统的根轨迹时，使用rlocus函数来求取根轨迹图，使用pzmap函数求取系统的传递函

2、数零极点 计算给定一组根的根轨迹增益函数k,poles=rlocufind(sys);k,poles=rlocfind(sys,p) MATLAB在稳定性分析应用时，也常通过使用用于计算系统稳定裕度的margin函数来完成，它可以从频率响应数据中计算出幅值裕度、相角裕度以及对应的频率 对于使用MATLAB来对系统进行频域响应的分析，又往往提供了绘制函数nyguist和bode来绘制系统的奈奎斯特曲线图和伯德图 其他：grid%添加栅格 holdon%保持，继续在原图绘画 title%添加标题 legend(x,y)%添加文字标注 gyext(TEXT)%在任意可选位置添加文字信息 xlabel

3、(x,y)；ylabel(x,y)%添加坐标轴 分割图形窗口subplot(1,2,1)%分割为一行两列，并即将绘制第一个 第二部分是利用MATLAB的Simulink模块来对控制系统进行建模仿真。Simulink是一个对动态系统（包括连续系统、离散系统和混合系统）进行建模、仿真和综合分析的集成软件包，是MATLAB的一个附加组件，其特点是模块化操作、易学易用，而且能够使用MATLAB提供的丰富的仿真资源。对于一个给定的控制系统结构图，需要通过Simulink模块来建立该系统的动态模型。下面我就阐述一下，我在实验过程中常使用的一些模块。Continuous（连续模块）：Derivative对输

4、入信号微分Integrator对输入信号积分Transfer Fcn 分子分母以多项式表示的传递函数Discontinuous（非连续模块）：Dead Zone设定死区范围Saturation 设置输入信号的正负限幅值模拟环节的饱和非线性特性Math Operations(数学运算模块库)：Sum求和 Add可加减标量，向量和矩阵Gain增益（输入信号乘以常数）Ports & Subsystems（端口和子系统模块库）：In1输入端口 Out1输出端口Sinks（接收器模块）：To Workspace 将输出写入工作空间 Scope示波器Sources（输入源模块库）：Ramp 产生一个常数增

5、加或减小的信号（斜坡函数信号） Step 产生幅值和起始时间可调的阶跃信号第三部分是MATLAB中常用的工具。根轨迹分析与设计工具rltool：rltool是图形化的交互式工具，可以打开工作空间的单输入单输出（SISO）系统模型，分析其根轨迹，并且允许用户在根轨迹图上直接放置零极点，完成对系统的校正设计。操作：（1）在MATLAB工作空间中建立好控制系统的数学模型sys；（2）在MATLAB命令窗口中输入“rltool(sys)”,得到控制系统sys的根轨迹设计GUI窗口，对系统进行分析。线性时不变系统分析的图形用户界面LTI Viewer: 在MATLAB的commandWindow中，建立

6、LTI对象，之后使用LTIViewer可以绘制LTI对象的单位阶跃响应曲线（Step）、单位脉冲响应曲线（Impulse）、波特图（Bode）、奈奎斯特图（Nyquist）以及零极点图（Pole/Zero）等。操作：（1）在MATLAB工作空间中建立好控制系统的数学模型；（2）在命令窗口中输入“LTI View”，调出LTI View窗口，对系统进行分析。总结：通过本学期Matlab/Simulink 与控制系统仿真这门课程的学习，我真正体会到应用MATLAB软件对控制系统分析的方便性、有效性；虽然我可能仅仅是简单地入了个门，但即使是这样我也感觉已经收获了不少东西。当然仅凭短时间的学习不可能掌

7、握得很熟，所以在今后的时间里，我也会多查阅资料、多去实践，争取掌握更多更全的操作技能。二、选做题1、 一单位负反馈控制系统的开环传递函数为（ 1）绘制k=10、100时闭环系统的阶跃响应曲线，并计算稳态误差、上升时间、超调量和调节时间；（ 2）绘制k=1000时闭环系统的阶跃响应曲线，并与k=10、100所得结果相比较，分析增益系数与系统稳定性的关系；（ 3）利用roots命令确定使系统稳定时k的取值范围。程序：K=10时：clc;clear all;num=10;den=1 7 17 10;sys=tf(num,den);roots(den)pzmap(sys);y,t,x=step(num

8、,den);plot(x,y);grid on;%计算系统的超调量y_stable=1;max_response=max(y);sigma=(max_response-y_stable)/y_stable%计算系统上升时间for i=1:length(y) if y(i)y_stable break; endendtr=x(i)%计算系统的调整时间for i=1:length(y) if max(y(i:length(y)=0.98*y_stable break; end endendts=x(i)ans = -3.0755 + 1.5228i -3.0755 - 1.5228i -0.849

9、1 + 0.0000isigma =-5.8847e-05tr =12.0391ts =5.1810 K=100时：clc;clear all;num=10;den=1 7 17 10;sys=tf(num,den);roots(den)pzmap(sys);y,t,x=step(num,den);plot(x,y);grid on;%计算系统的超调量y_stable=1;max_response=max(y);sigma=(max_response-y_stable)/y_stable%计算系统上升时间for i=1:length(y) if y(i)y_stable break; ende

10、ndtr=x(i)%计算系统的调整时间for i=1:length(y) if max(y(i:length(y)=0.98*y_stable break; end endendts=x(i)ans = -6.6925 + 0.0000i -0.1537 + 3.8624i -0.1537 - 3.8624isigma =0.7608tr =0.5642ts =24.5930 K=1000:clc;clear all;num=1000;den=1 7 17 1000;y,t,x=step(num,den);plot(x,y);grid on; 在使系统稳定的条件下，k值越大，则系统越稳定。取k

11、=120时：clc;clear all;num=120;den=1 7 17 120;sys=tf(num,den);roots(den)pzmap(sys);y,t,x=step(num,den);plot(x,y);grid on; 此时系统不稳定。取k=119时：clc;clear all;num=119;den=1 7 17 119;sys=tf(num,den);roots(den)pzmap(sys);y,t,x=step(num,den);plot(x,y);grid on;此时系统处于临界稳定，固Ky_stable break; endendtr=x(i)%计算系统的调节时间-

12、取误差带为2for i=1:length(y) if max(y(i:length(y)=0.98*y_stable end endendts=x(i)运行结果：上升时间tr =0.4748调节时间ts =1.1926%计算超调量y_stable=1;max_response=max(y);sigma=(max_response-y_stable)/y_stable运行结果：sigma =0.0432求静态误差：利用simulink建模得5、某单位负反馈控制系统的动态结构图如下：试完成如下任务：（1）在 MATLAB 中建立上述控制系统的数学模型；（ 2）绘制系统的根轨迹曲线；（3）判断点 -

13、 2 i 10是否在根轨迹曲线上；（4）确定使闭环系统稳定的k的取值范围。（1） 建立数学模型程序编写如下：clear all;num=-1,2;den=1,3,0;sys=tf(num,den)运行结果：Transfer function: -s + 2-s2 + 3 s（2）%绘制根轨迹图clear all;num=-1,2;den=1,3,0;sys=tf(num,den)rlocus(sys)grid ontitle(根轨迹图)（3）由上图知- 2 i 10不在根轨迹曲线上（4）程序编写如下：k,poles=rlocfind(sys)运行后得： （5）由上图知k=3是系统的临界增益，所

14、以使闭环系统稳定的k的取值范围为0k3。某单位负反馈控制系统的动态结构图如下：试完成如下任务：（1）在 MATLAB 中建立上述控制系统的数学模型；（2）绘制系统的根轨迹曲线；（3）判断点是否在根轨迹曲线上；（4）确定使闭环系统稳定的 k 的取值范围。解：matlab代码如下:clear all;num=-1,2;den=1,3,0;sys=tf(num,den)sys =程序运行结果如下： -s + 2 - s2 + 3 smatlab代码如下:clear all;num=-1,2;den=1,3,0;sys=tf(num,den)rlocus(sys)grid ontitle(根轨迹图)系

15、统的根轨迹图如下图所示：经图中的判断，点不在系统的根轨迹上。matlab代码如下：k,poles=rlocfind(sys)程序运行结果如下：由图中可以得到，当0k10。（2）G(s)=matlab代码如下：clear all;num=1;den=conv(1,0,conv(0.1,1,0.25,1);sys2=tf(num,den)rlocus(sys2)figure(1)grid title(根轨迹图)由分析可知，k的取值范围为0k6。10、给定非线性控制系统的动态结构图如下，其中饱和环节的线性区为-1,1，斜率为 1。试分析系统的稳定性，并绘制系统的阶跃响应曲线。建立模型：输出曲线如图所

16、示：由上图可知，系统不稳定。11.给定非线性控制系统的动态结构图如下，试：（1）在 Simulink 中建立上述系统的模型；（2）设定开环增益为k=1，绘制系统的阶跃响应曲线；（3）设定开环增益为k =10，绘制系统的阶跃响应曲线，并与（2）得到的曲线进行比较；（4）继续修改 k 的取值，分析阶跃响应曲线的变化。解：（1） 在simulink库中建立以下模型：（2） 系统的阶跃响应曲线如下图所示：（3） 系统的阶跃响应曲线如下图所示：k=1时与k=10时的曲线相比，k=10时的曲线出现了超调量，上升时间减少，稳态误差增大。（4） k=100时，系统的阶跃响应曲线如下：k=1000时，系统的阶跃响应曲线如下：从图中可以看出当k继续增大时，稳态误差最终稳定在0.5。13、 某离散控制系统的结构图如下，试：（ 1）在 MATLAB 中建立此控制系统的模型；（ 2）采样周期值为 1s，判断系统的稳定性，并绘制系统的阶跃响应曲线。(1) 数学模型如下：程序编写：clc;clear;%建立控制系统的数学模型Ts=1;num=4;den=1,3,2;sys_continue = tf(num,den);sys_discrete = c2d(sys_continue,Ts,zoh);sys_k=1;