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1、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MATLAB软件建立控制系统模型。二、实验设备电脑一台；MATLAB仿真软件一个三、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。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。3、某控制系统的
2、传递函数为，其中。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。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，而且前向通道有一个-0.2，0.5的限幅环节，图中用N表示，反馈通道的增益为1.5，系统为负反馈，阶跃输入经1.5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
3、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、（1） 利用Simulink的Library窗口中的【File】【New】，打开一个新的模型窗口。（2） 分别从信号源库（Sourse）、输出方式库（Sink）、数学运算库（Math）、连续系统库（Continuous）中，用鼠标把阶跃信号发生器（Step）、示波器（Scope）、传递函数（Transfern Fcn）和相加器（Sum）4个标准功能模块选中，并将其拖至模型窗口。（3） 按要求先将前向通道连好，然后把相加器（Sum）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。（4） 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“+-”。（5） 绘制成功后，如图1所示。（6） 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：分别将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。 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：（1）在MATLAB中的Simulink Library Browser 窗口下找到符合要求的模块，搭建模型
5、，如图5所示。 图5（2）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；MATLAB仿真软件一个三、实验内容1、给定RLC网络如图所示。其中，为输入变量，为输出变量。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（假设，）。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，列出该电路的微分方程，
6、如下：同时还有 整理以上方程，并在零初始条件下，取拉普拉斯变换，可得：代入具体数值可得步骤2 使用MATLAB程序代码如下。clear all;num=0,1;den=1 2 2;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=linmod(Samples_4_12)num,den=ss2tf(A,B,C,D);printsys(num,den,s);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
7、、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。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；MATLAB仿真软件一个三、实验内容1、某随动系统的结构如图所示。利用MATLAB完成如下工作：（1）对给定的随动系统建立数学模型；（2）分析系统的稳定性，并且绘制阶跃响应曲线；（3）计算系统的稳态误差；（4）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，（1）将自
8、然频率固定为，分析变化时系统的单位阶跃响应；（2）将阻尼比固定为，分析自然频率变化时系统的阶跃响应（变化范围为0.11）。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；内环则是二阶系统与微分环节构成的负反馈。可以利用MATLAB中的 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(num
9、1,den1);num2=0.1 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-s2 + 4 s + 20这样就得到了系统的总传递函数，即G（s）= 20 S2+4s+20步骤2 进行稳态分析。 根据求得的传递函数，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 =-2.0000 + 4.0000i
10、-2.0000 - 4.0000i系统的零极点分布图如图1所示图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=1 4 20;y.t.x=steo(num,den)plot(x,y);grid on;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系统阶跃响应曲线步骤4 分析系统的响应特性。在
11、上面的语句y.t.x=steo(num,den)执行之后，变量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量。y_stable=1;max_response=max(y);sigma=(max_respomse-y_stable)/y_stable程序运行结果为sigma = 0.2077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
12、中每个数据对应的时间，编写代码如下。for i =1:length(y) If y(i)y_stable break; endendtr=x(i)max_response,index=max(y);tp=x(index)for i =1:length(y) If max(y(i:length(y)0.98*y_stable break end endendts=x(i)程序运次结果为tr = 0.5298tp = 0.7947ts = 1.9074即上升时间为0.52s，峰值时间为0.77s，并且系统在经过1.88s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,
13、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=omega2;zuni=0,0.1,0.2,0.5,1,2,3,5;num=omega2;for k=1:8 den=1 2 * zuni(k)*omega omega2; sys=tf(num,den); y(:,k)=step(sys,t);endfigure(1);plot(t,y（：，1:8）；grid;gtext(zuni=0);gtext(zuni=0.1);gtext(zuni=0.2);gtext(zuni=0.5);gtext(zuni=1);gtext(zuni=2);gtext(zuni=3);gtext(zuni=5);运行程序，结果如图6所示
