控制系统计算机仿真 实验指导书 renew

《控制系统计算机仿真》实验指导书目录实验一时变或非线性微分方程求解实验二控制系统的模型及其转换实验三控制系统的时域、频域和根轨迹分析实验四动态仿真集成环境-Simulink实验五直流电机自动调速系统控制器设计实验一Matlab使用方法和程序设计一、实验目的1、掌握Matlab软件使用的基本方法；2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制4、熟悉Matlab程序设计的基本方法二、实验内容：1、帮助命令使用help命令，查找sqrt（开方）函数的使用方法；2、矩阵运算（1）矩阵的乘法已知A=[12;34];B=[55;78];求A"2*B（2）矩阵除法已知A=[123;456;789];B=[100;020;003];A\B,A/B（3）矩阵的转置及共轭转置已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i];求A.',A'（4）使用冒号表达式选出指定元素已知：A=[123;456;789];求A中第3列前2个元素；A中所有列第2,3行的元素；方括号口用magic函数生成一个4阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列3、多项式（1）求多项式p（x）=x3-2x-4的根（2）已知入=[1.2350.9;51.756;3901;1234]，求矩阵A的特征多项式；把矩阵A作为未知数代入到多项式中；4、基本绘图命令（1）绘制余弦曲线y=cos（t）,te[0,2n]（2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos（t-0.25）和正弦曲线y=sin（t-0.5）,te[0,2n]5、基本绘图控制绘制[0，4n]区间上的x1=10sint曲线，并要求：（1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号；（2）坐标轴控制：显示范围、刻度线、比例、网络线（3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本；6、基本程序设计（1）编写命令文件：计算1+2+・・・+n<2000时的最大n值；（2）编写函数文件：分别用for和while循环结构编写程序，求2的0到n次幕的和。（3）如果想对一个变量x自动赋值。当从键盘输入）或丫时（表示是），x自动赋为1；当从键盘输入n或N时（表示否），乂自动赋为0；输入其他字符时终止程序。三、实验报告要求：编写实验内容中的相关程序在计算机中运行，程序、运行结果及相关图形一并写在报告上。实验二控制系统的模型及其转换一、实验目的1、掌握建立控制系统模型的函数及方法；2、掌握控制系统模型间的转换方法及相关函数;3、熟悉控制系统模型的连接方法；4、掌握典型系统模型的生成方法。二、实验内容：控制系统模型1.1系统的模型为4(s+2)(s2+6s+6)G(s)=s(s+1)3(S3+3s2+2s+5)试建立系统的传递函数模型。1.2己知单输入双输出系统的零极点模型「3(s+12)]L4(s+5)(s+3)」G(s)=—(s+3)(s+4)(s+5)建立系统的零极点模型。1.3给定系统的状态空间表达式，-2.8-1.4001.4000-1.8-0.3-1.4-0.6000.60y(t-2.8-1.4001.4000-1.8-0.3-1.4-0.6000.60y(t)=[。001]x(t)x(t)=建立系统的状态空间模型。「1]0x(t)+10u(t)已知两个系统X+13〕x1+u11-2y=h1X+13〕x1+u10-1lX21-3y=114〕x220-1lX2求按串联、并联、系统2联接在反馈通道时的负反馈系统的状态方程。4、典型系统的生成：4典型二阶系统/、①2H(s)="s2+2^0s+①2试建立0〃=6,&=0」时的系统传递函数模型。5、连续系统的离散化：对连续系统6(s+3)G(s)=(s+1)(s+2)(s+5)在采样周期T=0.1时进行离散化。三、实验报告要求：编写实验内容中的相关程序在计算机中运行，程序、运行结果及相关图形一并写在报告上。

实验三控制系统的时域、频域和根轨迹分析一、实验目的1、掌握如何使用Matlab进行系统的时域分析2、掌握如何使用Matlab进行系统的频域分析3、掌握如何使用Matlab进行系统的根轨迹分析二、实验内容：1、时域分析201.1、某系统的开环传递函数为20G(s)=s4+8s3+36s2+40s试编程求系统在单位负反馈下的阶跃响应曲线，并求最大超调量。1.2、典型二阶系统编程求：当°n=6,&分别取值为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0时的单位阶跃响应曲线。1.3、典型二阶系统传递函数为:绘制当3=0.7,气分别取2、4、6、8、1。、12时的单位阶跃响应曲线。2、根轨迹分析根据下面负反馈系统的开环传递函数，绘制系统根轨迹，并分析使系统稳定的K值范围。ks(s+1)(s+3)3、频域分析典型二阶系统传递函数为：3.1绘制当：&=°.7,①〃取2、4、6、8、10、12时的伯德图3.2绘制当：们〃=6,&分别取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0时的伯德图。三、实验报告要求：编写实验内容中的相关程序在计算机中运行，程序、运行结果及相关图形一并写在报告上。实验I动态仿真集成环境一Simulink一、实验目的1、熟悉Simulink模块库中常用标准模块的功能及其应用；2、掌握利用Simulink在用户窗口中建立控制系统仿真模型的方法;3、掌握模块参数和仿真参数的设置以及建立子系统的方法。实验I动态仿真集成环境一Simulink二、实验内容t〉30t<30用Simulink对以下系统进行仿真t〉30t<30I2u(t),y(t)=<q、\8u(t),其中u(t)为系统输入，y(t)为系统输出，仿真当输入为正弦信号时，输出的信号的波形，仿真时间0<t<100。在滑艇的运行过程中，滑艇主要受到如下作用力的控制：滑艇自身的牵引力F，滑艇受到的水的阻力f。其中水的阻力f=u2-u，u为滑艇的运动速度。由运动学的相关定理可知，整个滑艇系统的动力学方程为：1「厂u=[F—(u2—u)]m其中，m为滑艇的质量。假设滑艇的质量为1000kg，建立此系统的Simulink模型并进行分析。输入教材中P219中例题6-2并作仿真。三、实验报告要求：编写实验内容中的相关算法，算式，编制程序在计算机中运行，程序、运行结果及相关图形一并写在报告上。实验五直流电机控制器设计已知直流电动机传递函数是G(s)=40/(s"2+A*S+B),其中A和B分别是你自己学号的最末两位数和次末两位数。试设计电动机控制器，使闭环系统满足以