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1、MATLABSimulink与控制系统仿真实验报告MATLAB/Simulink与控制系统仿真实验报告姓名： 喻彬彬 学号： K031541725实验1、MATLAB/Simulink仿真基础及控制系统模型的建立一、实验目的1、掌握 MATLAB/Simulink 仿真的基本知识； 2、熟练应用MATLA嗽件建立控制系统模型。二、实验设备电脑一台；MATLA勖真软件一个 三、实验内容1、熟悉 MATLAB/Smulink仿真软件。2、一个单位负反馈二阶系统，其开环传递函数为G(s)10。用Simulink建立该s23s控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATL
2、AB的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。3、某控制系统的传递函数为Y(s)G(s)s50。用 Simulink 建其中G(s)2X(s)1G(s)2s3s立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到 MATLAB勺工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲 线。4、一闭环系统结构如图所示，其中系统前向通道的传递函数为20,而且前向通道有一个-,的限幅环节，图中用 N 表G(s)s12s20s示，反馈通道的增益为，系统为负反馈，阶 跃输入经倍的增益作用到系统。用 Simulink 建立该控制系 统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应 曲线
3、导入到 MATLAB的工作空间中，在命令窗口绘制该模型 的阶跃响应曲线。四、实验报告要求实验报告撰写应包括实验名称、实验内容、实验要求、 实验步骤、实验结果及分析和实验体会。五、实验思考题总结仿真模型构建及调试过程中的心得体会。1题1、利用Simulink的Library 窗口中的【File】t【NeW , 打开一个新的模型窗口。分别从信号源库、输出方式库、数学运算库、连续系统库中，用鼠标把阶跃信号发生器、示 波器、传递函数和相加器 4个标准功能模块选中，并将其拖 至模型窗口。按要求先将前向通道连好，然后把相加器的另一个端口 与传递函数和示波器的线段连好，形成闭环反馈。双击传递函数。打开其“模
4、块参数设置”对话框，并将其中的numerator 设置为 “10 ” , denominator 设置为 “1 3 0 ”，将相加器设置为“ +-”。绘制成功后，如图1所示。对模型进行仿真，运行后双击示波器，得到系统的阶跃 响应曲线如图2所示。图1图2题2:分另U将 Simulink Library Browser中的以下模块依次拖到untitled 窗口中，连接后便得到整个控制系统的模型， 如图3所示。2图3对模型进行仿真，运行后双击示波器，得到系统的阶跃 响应曲线如图4所示。图4 题3:在 MATLAB 的 Simulink Library Browser 窗口下找到 符合要求的模块，搭建
5、模型，如图5所示。图53修改各模块参数，运行仿真，单击“ start ”，点击示波 器，得到如下结果，图6图6实验2 MATLAB/Simulink 在控制系统建模中的应用一、实验目的1、掌握 MATLAB/Simulink在控制系统建模中的应用； 二、实验设备电脑一台；MATLA勖真软件一个 三、实验内容1、给定RLC网络如图所示。其中，ui(t)为输入变虽, u0(t)为输出变虽。求解这个系统的传递函数模型，零极点 增益模型以及状态空间模型。2、已知某双环调速的电流环系统的结构图如图所示。 试采用Simulink动态结构图求其线性模型。题1:步骤1从数学上求出系统传递函数。根据电路基本定理
6、，列出该电路的微分方程，如下：R1i1Ldi3u0ui dti1i2i3同时还有uoi3R2i2Cddi3uoLdtdt整理以上方程，并在零初始条件下，取拉普拉斯变换， 可得:G(s)Uo(s)Ui(s)1LR1(R1Cs1)s1RR221 2s2s2代入具体数值可得 G(s)步骤2使用MATLABg序代码 如下。clear all;num=0,1;den=122; sys_tf=tf(num,den)z,p,k=tf2zp(num,den)sys_zpk=zpk(z,p,k)A,B,C,D=zp2ss(z,p,k);sys_ss=ss(A,B,C,D)step(sys_tf);A,B,C,D
7、=linmod(Samples_4_12)num,den=ss2tf(A,B,C,D); printsys(num,den,s);6四、实验报告要求实验报告撰写应包括实验名称、实验内容、实验要求、实验步骤、实验结果及分析和实验体会。五、实验思考题总结仿真模型构建及调试过程中的心得体会。7实验3 MATLAB/Simulink 在时域分析法中的应用一、实验目的1、掌握时域分析中 MATLAB/Simulink函数的应用；2、 掌握 MATLAB/Simulink在稳定性分析中的应用。二、实验设备电脑一台；MATLA勖真软件一个 三、实验内容1、 某随动系统的结构如图所示。利用MATLA院成如下工
8、作：对给定的随动系统建立数学模型；分析系统的稳定性，并且绘制阶跃响应曲线；计算系统的稳态误差；大致分析系统的总体性能，并给出理论上的解释。2、 已知某二阶系统的传递函数为G(s)n ,将自然频率固定为n1, 2s22nsn分析变化时系统的单位阶跃响应；将阻尼 比固定为，0,.,1,2,3,5，分析自然频率n变化时系统的阶跃响应。四、实验报告要求实验报告撰写应包括实验名称、实验内容、实验要求、实验步骤、实验结果及分析和实验体会。五、实验思考题总结仿真模型构建及调试过程中的心得体会。题1:步骤1求取系统的传递函数。首先需要对系统框图进行化简。不难看出，题中给出的 系统包含两级反馈：外环是单位负反馈
9、；内环则是二阶系统 与微分环节构成的负反馈。可以利用MATLA叶的feedback函数计算出系统的传递函数，代码如下。cic;clear aii;num1=20;den1=1 2 0; sys1=tf(num1,den1);8num2= 0;den2=0 1; sys2=tf(num1,den2);sys_inner=feedback(sys1,sys2);sys_outer=feedback(sys_inner,1) 程序运行结果为: Transfer function:20 sA2 + 4 s + 20这样就得到了系统的总传递函数，即G= 20SA2+4s+20步骤2进行稳态分析。根据求得
10、的传递函数，对系统进行稳态性分析，代码如下：den=1 4 20; roots(den) pzmap(sys_outer); grid on; 程序运行结果如下：ans =- +-系统的零极点分布图如图1所示Pole-Zero Axis图1系统的零极点分布图步骤3求取阶跃响应计算系统的阶跃响应：可以采用MATLAB编程实现，还可以利用simulink对系统进行建模，直接观察响应曲线。MATLAB 程序代码如下：num=20;den=14 20;=steo(num,den) plot(x,y); grid on;9程序运行结果如图2所示图2系统阶跃响应曲线采用simulink对系统进行建模，如图
11、 3所示图3利用Simulink对系统建模可以从scope中得到系统的不同响应曲线，如下图 4,这与编程的结果完全相同的。图4系统阶跃响应曲线10步骤4分析系统的响应特性。在上面的语句=steo(num,den)执行之后，变虽y中就存 放了系统阶跃响应的具体数值。从响应曲线中不难看出，系 统的稳态值为1。可以利用如下代码计算系统的超调虽。y_stable=1;max_response=max(y);sigma=(max_respomse-y_stable)/y_stable 程序运行结果为sigma =同时可看出，系统的稳态误差为 0。示波器error的波 形显示如图5所示，可见，当阶跃输入作
12、用系统2s后，输出就基本为1 了。图5系统误差曲线还可以精确计算出系统的上升时间、峰值时间及调整时间。如上所述，y中储存了系统阶跃响应的数据；同时， x 中方存放了其中每个数据对应的时间，编写代码如下。fori =1:length(y)If y(i)y_stablebreak; endend tr=x(i)max_response,index=max(y); tp=x(index)breakendfor i =1:length(y)If max(y(i:length(y)*y_stableend end ts=x(i)程序运次结果为 tr = tp = ts =11即上升时间为，峰值时间为，并
13、且系统在经过后进入稳 态。题2利用MATLAB建立控制系统的数学模型，并且同时显示 Wn=1,阻尼系数取不同值时系统的阶跃响应曲线，代码如下 clc; clear;t=linspace(0,20,200);omega=1;omega2=omega八2;zuni=0,1,2,3,5; num=omega2; for k=1:8den=12* zuni(k)*omegaomega2;sys=tf(num,den);y(:,k)=step(sys,t); endfigure(1);plot(t,y ) ; grid;gtext( zuni=0 );gtext(zuni= );gtext( zuni=
14、);gtext(zuni=);gtext( zuni=1 );gtext(zuni=2 );gtext( zuni=3);gtext( zuni=5 );运行程序，结果如图6所小=0zuni=1zuni=2zuni=3zuni=52468101214161820图6固定自然频率，阻尼比变化时系统的阶跃响应曲线利用MATLAB一幅图像的上绘制阻尼系数=,Wn从变化到1时系统的阶跃响应曲线，代码如下12clc; clear;t=linspace(0,20,200) ; zuni=;omega=,1; omega2=omegaA2; for k=1:5num=omega2(k);den=1 2* zuni*omega(k) omega2(k);sys=tf(num,den); y(:,k)=step(sys,t); endfigure(2);plot(t,y ) ； grid;gtext( omega );gtext( omega= );gtext( omega );gtext( omega= );gtext(omega=); 运行代码，结果如图7所示图7固定阻尼系数，自然频率变化时系统的阶跃响应曲线13实验4 MATLAB/Simulink 在根轨迹分析法中应用一、实验目的1、掌握 MATLAB/Simulink绘制根轨迹函
