控制系统cad与仿真_实验指导书

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1、 控制系统 CAD 与仿真实验指导书计控学院自动化系1实验一 Matlab 运算基础一、 实验目的 1、熟悉启动和退出 Matlab 的方法； 2、熟悉 Matlab 命令窗口的组成； 3、掌握建立矩阵的方法； 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、先求下列表达式的值，然后显示 Matlab 工作空间的使用情况并保存全部变量。 0.3,928.,9.2,03,2.0ln)3.si(2)3( 541),1ln()2(85si13.0. 220 aaez ixxeza其 中提示：利用冒号表达式生成 a 向量，求各点的函数值时用点乘运算。

2、5.2:0,32,121,)4( tttttz 其 中提示：用逻辑表达式求分段函数值。3、已知： 2:);,31(,)5(/4.3*A)2( )I(6172301,75841BB和和和 和 为 单 位 矩 阵其 中和求 下 列 表 达 式 的 值 ：4、设有矩阵 A 和 B2。子 矩 阵 赋 给的 右 下 角求 矩 阵 。求 它 们 的 乘 积 D23C)2(1 1340792613,5401987632541BA三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中 1 到 4 的相应程序，并写在预习报告上。 3实验二 结构程序设计一、 实验目的 1、掌握利用 while 语句实现循环结构的方法。2

3、、掌握利用 if 语句实现选择结构的方法。3、掌握利用 switch 语句实现多分支选择结构的方法。二、 实验内容： 1、计算 1+2+n2000 时的最大 n 值。2、计算分段函数 的值。2122xxy3、给出一个学生的百分制成绩，要求转化成成绩等级输出，等级分为A、 B、 C、 D、 E五等。 90 分以上为 A，8089 为B，7079 为C，6069 为D 、60 分以下为E。三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中 1 到 3 的相应程序，并写在预习报告上。 4实验三 绘图操作一、 实验目的 1、熟悉 Matlab 的数据表示、基本运算和程序控制语句 2、熟悉 Matlab 绘

4、图命令及基本绘图控制 二、 实验内容： 1、 基本绘图命令 （1）绘制余弦曲线 y=cos(t)，t0，2 （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)， t0，2 2、基本绘图控制 绘制0 ，4 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、比例、网络线 （3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本； 区 间 绘 制 函 数 曲 线 。在 、 已 知 5- 0)1ln(2y2xxex区 间 的 三 维 曲 线 。在、 绘 制 方 程 2,0cosin4 ttzyt

5、 区 间 的 图 形 。，在、 绘 制 方 程 1y,49x52 x三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中 1 到 5 的相应程序，并写在预习报告上。 5实验四 数据处理与多项式计算一、 实验目的 1、掌握多项式的常用运算；2、掌握数据统计和分析的方法；3、掌握数值插值与曲线拟合的方法及其应用。二、 实验内容： 1、多项式 （1）建立多项式 ，并求出 p(x)=0 的根 。42)(3xp（2）已知 A=1.2, 3 ,5,0.9 ; 5 ,1.7 ,5 ,6 ; 3, 9, 0, 1 ; 1, 2 ,3 ,4 ,求矩阵 A 的特征值。2、 将 100 个学生 5 门功课的成绩存入矩阵

6、P 中，进行如下处理： （1）分别求每门课的最高分、最低分及相应学生序号。（2）分别求每门课的平均分和标准方差。（3）五门课总分的最高分、最低分及相应学生序号。（4）将 5 门课总分按从小到大顺序存入 zcj 中，相应学生序号存入 xsxh。提示：上机调试时，为避免输入学生成绩的麻烦，可用取值范围在45，95之间的随机矩阵来表示学生成绩。3、已知 lgx 在1，101 区间 10 个整数采样点的函数值如实验表 1 所示。实验表 1 lgx 10 个采样点的函数值x 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101lg x 0 1.0414 1.3222 1.4914 1.612

7、8 1.7076 1.7853 1.8513 1.9085 1.9590 2.0043试求 lgx 的 5 次拟合多项式 p(x)，并绘制出 lgx 和 p(x)在1，101区间的函数曲线。 三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中 1 到 3 的相应程序，并写在预习报告上。 6实验五 控制系统时域，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 （1）根据下面传递函数模型：绘制其单位阶跃响应曲线并从图上读取最大超调

8、量，绘制系统的单位脉冲响应、零输入响应曲线。 （2）典型二阶系统传递函数为： 当 =0.7, n 取 2、4、6、8、10、12 的单位阶跃响应。 （3）典型二阶系统传递函数为： 当 n =6, 取 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0 的单位阶跃响应。 2、频域分析 （1）典型二阶系统传递函数为： 当 =0.7, n 取 2、4、6、8、10、12 的伯德图 （2）典型二阶系统传递函数为： 当 n =6, 取 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0 的伯德图。 3、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，并分析系统稳定的7K 值范围。

9、三、 预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中 1 到 3 的相应程序，并写在预习报告上。 8实验六 控制系统稳定性分析一、实验目的 1、掌握如何使用 Matlab 进行系统的稳定性分析 2、掌握如何使用 Matlab 进行系统的能观测性、能控性分析 3、掌握如何使用 Matlab 进行离散系统分析 二、实验内容 1、系统稳定性分析 （1）代数法稳定性判据：（用求分母多项式的根和 routh 函数两种方法） 已知系统的开环传递函数为：.试对系统闭环判别其稳定性 （2）根轨迹法判断系统稳定性： 已知一个单位负反馈系统开环传递函数为：试在系统的闭环根轨迹图上选择一点，求出该点的增益及其系统的闭环极

10、点位置， 并判断在该点系统闭环的稳定性。 （3）Bode 图法判断系统稳定性： 已知两个单位负反馈系统的开环传递函数分别为： 用 Bode 图法判断系统闭环的稳定性。 2、系统能控性、能观性分析 已知连续系统的传递函数模型， 当 分别取1，0，1 时，判别系统的能控性与能观性 3、已知离散系统传递函数 自动选择频率范围，绘制出系统的频率响应曲线，包括 Bode 图和 Nyquist 图，并求出幅值裕度和相角裕度。 三、预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中 1 到 3 的相应程序，并写在预习报告上。 实验七 古典控制系统设计根轨迹法一、实验目的 掌握使用根轨迹法进行控制系统设计的方法 二、实

11、验内容： 1、 根据二阶系统如图所示，其中 =0.6 ，n=5rad/s,当有一阶跃信号作用于系统时， 试计算特征量 tr、tp、ts、p 2、 设单位负反馈系统的开环传递函数为： 试确定带惯的 PD 控制器的串联超前校正参数，使之满足： （1）阶跃响应的超调量： ； （2）阶跃响应的超调时间： 。 三、预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中 1 到 2 的相应程序，并写在预习报告上。 2实验八 古典控制系统设计Bode 图法一、实验目的 掌握使用 Bode 图法进行控制系统设计的方法 二、实验内容 1、设单位负被控对象的传递函数为： 其设计要求： 2、设有单位负反馈系统，其开环传递函数为：

12、 其设计要求： ，相角裕度为 50 度，幅值裕度为 10dB，试确定超前滞后串联校正装置，以满足性能指标。三、预习要求： 利用所学知识，编写实验内容中 1 到 2 的相应程序，并写在预习报告上。 3实验九 SIMULINK 的应用一、实验目的 学习使用 SIMULINK 进行系统仿真的方法 二、实验内容： 1、Simulink 的基本操作 （1）运行 Simulink （2）常用的标准模块 （3）模块的操作 2、系统仿真及参数设置 （1）算法设置（Solver） （2）工作空间设置（Workspace I/O） 3、已知系统结构图如下 图 1 含饱和非线性环节系统方框图已知输入为信号电平从 1

13、6，非线性环节的上下限为1，取步长 h=0.1，仿真时间为 10 秒，试绘制系统的响应曲线。 4、PID 控制系统的结构如图所示，试设计串联补偿器，使系统速度稳态误差小于 10%，相角裕量 PM=45o，并对系统进行仿真。 图 2 典型 PID 控制系统结构图三、预习要求： 利用所学知识，熟悉实验内容中 1 到 2 的相应内容，编写实验内容中 3、4 的相应程序，并写在预习报告上。 4力控 6.0实验指导书计控学院自动化系1实验一 曲线的建立一、 实验目的 1、熟悉力控 6.0 新建项目的方法； 2、熟悉力控 6.0 功能和基本的操作方法； 3、掌握建立 XY 曲线的方法； 二、 实验内容：

14、1、基本操作掌握菜单栏，工具栏，导航器，图库精灵和工具箱的使用方法。2、掌握工程项目中数据库组态的方法。 3、掌握脚本编辑器的使用方法。4、要求画一条 XY 曲线，满足表达式y=100*sin(x)。5、要求自定义两个点，建立一个实时曲线。三、要求： 1、利用所学知识，编写实验内容程序，并写在预习报告上。 2、把实验步骤写在报告上，并把结果打印粘贴在报告纸上。2实验二 报警窗口及专家报表的建立一、 实验目的 1、熟悉报警功能的使用2、掌握工具箱常用组件的功能； 3、掌握报表向导每步的设置方法； 4、熟悉建立专家报表的方法； 二、 实验内容： 1、建立一个多功能报警窗口。2、自定义几个点，完成数

15、据组态。3、建立一个专家报表。 三、要求： 3、利用所学知识，编写实验内容程序，并写在预习报告上。 4、把实验步骤写在报告上，并把结果打印粘贴在报告纸上。3实验三 图层和智能单元的建立一、 实验目的 1、熟悉图层的建立方法； 2、熟悉力控中的智能单元； 3、掌握建立 XY 曲线的方法； 二、 实验内容： 1、建立两个层，并用两个按钮进行切换。2、建立一个智能单元。 三、要求： 5、利用所学知识，编写实验内容程序，并写在预习报告上。 6、把实验步骤写在报告上，并把结果打印粘贴在报告纸上。4实验四 建立一个液位控制系统一、 实验目的 1、会用力控 6.0 建立一个简单的完整的项目； 2、掌握设备组态，数据组态，动画连接的方法； 二、 实验内容： 建立一个通过一个仿真 PLC 驱动来控制的液位控制系统，包括一个油罐，一个进口的控制阀门，一个出口的控制阀门，还有用于控制两个阀门启停的开始与启动按钮。三、要求： 7、利用所学知识，编写实验内容程序，并写在预习报告上。 8、把实验步骤写在报告上，并把结果打印粘贴在报告纸上。