计算机控制系统仿真实验-LIN

实验一 基于Matlab 的控制系统模型
一、 实验目的
1. 熟悉Matlab 的使用环境，学习Matlab 软件的使用方法和编程方法
2. 学习使用Matlab 进行各类数学变换运算的方法
3. 学习使用Matlab 建立控制系统模型的方法
二、 实验器材
x86系列兼容型计算机，Matlab 软件
三、 实验原理
1. 香农采样定理
对一个具有有限频谱的连续信号f(t)进行连续采样，当采样频率满足max 2ωω≥S 时，采样信号f*(t)
2. 拉式变换和Z 变换
使用Matlab 求函数的拉氏变换和Z 变换
3. 控制系统模型的建立与转化
传递函数模型：num=[b1,b2,…bm]，den=[a1,a2,…an]，n
n n m
m m b s a s a b s b s b den num s G ++++++=
=--ΛΛ121121)( 零极点增益模型：z=[z1,z2,……zm]，p=[p1,p2……pn]，k=[k]，)
())(()
())(()(2121n m p s p s p s z s z s z s k s G ------=ΛΛ
四、实验步骤
1.根据参考程序，验证采样定理、拉氏变换和Z变换、控制系统模型建立的方法
2.观察记录输出的结果，与理论计算结果相比较
3.自行选则相应的参数，熟悉上述的各指令的运用方法
五、实验数据及结果分析
记录输出的数据和图表并分析
六、总结。

重庆某某大学实验报告课程名称控制系统仿真与计算机辅助设计实验名称Simulink的使用实验类型验证学时 3系别电子与信息工程学院专业电子信息工程年级班别09级电信（1）班开出学期11~12（上）学生姓名某某学号200907014121实验教师某某某分数2011年10 月20 日实验四Simulink的使用一、目的：熟悉用Simulink进行控制系统性能分析；熟悉Simulink常用的几个模块库；熟悉Simulink的模型建立方法。

二、实验内容：用Simulink对例5-1、例5-2、例5-3进行仿真练习。

1、利用simulink建模及仿真：仿真结果：2、利用simulink常用模块建立模型求解非线性微分方程组：调节好相应参数运行后得到如下状态变量的时间曲线：利用comet3（）函数动态演示出状态空间曲线：comet3(yout(:,1),yout(:,2),yout(:,3)),gridaxis([min(yout(:,1)),max(yout(:,1)),min(yout(:,2)),max(yout(:,2)),min(yout(:,3)),max(yout(:,3))])将上面的函数输入到Matlab 中运行后得到的仿真波形如下系统响应的相空间曲线：Fcn 模块的使用3、多变量时间延迟系统的仿真：仿真波形：三、实验总结：通过本次试验，我熟悉了用Simulink进行控制系统性能分析，熟悉了Simulink常用的几个模块库以及模型的建立方法。

这次试验最大的收获是知道了应该在实验中不断的尝试、验证、改进、再尝试，要耐心、细心，这样才能得到比较理想的实验结果。

江南大学物联网工程学院《计算机控制系统》实验报告实验名称实验二微分与平滑仿真实验实验时间2017.10.31专业自动化班级1503 姓名汪涛学号********** 指导教师陈珺实验成绩一、实验目的与要求1、了解微分对采样噪音的灵敏响应。

2、了解平滑算法抑制噪音的作用。

3、进一步学习MATLAB 及其仿真环境SIMULINK 的使用。

二、仿真软硬件环境PC 机，MATLAB R2012b 。

三、实验原理如图微分加在正反馈输入端，计算机用D(Z)式进行微分运算。

R 为阶跃输入信号，C 为系统输出。

由于微分是正反馈，当取合适的微分时间常数时，会使系统响应加快。

若微分时间常数过大，则会影响系统稳定性。

四、D(Z)设计1、未平滑时的D(Z)用一阶差分代替微分运算：)1()()()(1--==Z TT Z X Z Y Z D D 式中T Ｄ为微分时间常数，T 为计算机采样周期。

2、平滑后的D(Z)微分平滑运算原理如图：取Y ＊(k)为四个点的微分均值，有)331(6)()()( )33(6 )5.15.05.05.1(4)( 321321221*-----------+==∴--+=-+-+-+-=Z Z Z T T Z X Z Y Z D X X X X TT X X X X X X X X T T K Y D K K K K D K K K K Dx x x k -3 x k -2 x k -1 x k t T 0.5T T 0.5T + + ○× R C五、SIMULINK仿真结构图六、仿真实验记录参数设置R、C波形记录未平滑T=0.02STD=0.01SD(Z)=D(Z)=0.5(1-Z-1)平滑T=0.02ST D=0.01SD(Z)=1/12+1/4Z-1/4Z2-12Z3未平滑T=0.04ST D=0.02SD(Z)=0.5(1-Z-1)平滑T=0.04ST D=0.02SD(Z)=0.5*平滑T=0.02ST D=0.02SD(Z)=1/6(1+3Z-1-3Z-2-Z-3)平滑T=0.04ST D=0.01SD(Z)=0.25*七、思考题1、微分噪音与采样噪音和采样周期T有什么关系?与微分时间常数有什么关系?在采样周期T相同的情况下，TD越大，微分噪音越严重；在TD相同的情况下，采样周期T越小微分噪音越严重。

《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：1. 控制系统模型 1.1 系统的模型为23324(2)(66)()(1)(325)s s s G s s s s s s +++=++++试建立系统的传递函数模型。

1.2 已知单输入双输出系统的零极点模型3(12)4(5)(3)()(3)(4)(5)s s s G s s s s +⎡⎤⎢⎥++⎣⎦=+++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 1.40011.40000()()()1.80.3 1.40.61000.600()0001()x t x t u t y t x t ⎧--⎡⎤⎡⎤⎪⎢⎥⎢⎥⎪⎢⎥⎢⎥=+⎪⎢⎥⎢⎥----⎨⎢⎥⎢⎥⎪⎣⎦⎣⎦⎪⎪=⎩建立系统的状态空间模型。

2. 控制系统模型的转换2.1 将1.1的模型转换为零极点模型 2.2 将1.2的模型转换为状态空间模型 2.3 将1.3 的模型转换为零极点模型3. 控制系统模型的连接:已知两个系统[]11111101012113x x u y x u ⎧⎡⎤⎡⎤=+⎪⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎨⎪=+⎩[]2222201013114x x u y x ⎧⎡⎤⎡⎤=+⎪⎢⎥⎢⎥--⎣⎦⎣⎦⎨⎪=⎩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。

一、实验目的1. 掌握控制系统仿真的基本原理和方法；2. 熟练运用MATLAB/Simulink软件进行控制系统建模与仿真；3. 分析控制系统性能，优化控制策略。

二、实验内容1. 建立控制系统模型2. 进行仿真实验3. 分析仿真结果4. 优化控制策略三、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 软件环境：MATLAB R2020a、Simulink3. 硬件环境：个人电脑一台四、实验过程1. 建立控制系统模型以一个典型的PID控制系统为例，建立其Simulink模型。

首先，创建一个新的Simulink模型，然后添加以下模块：（1）输入模块：添加一个阶跃信号源，表示系统的输入信号；（2）被控对象：添加一个传递函数模块，表示系统的被控对象；（3）控制器：添加一个PID控制器模块，表示系统的控制器；（4）输出模块：添加一个示波器模块，用于观察系统的输出信号。

2. 进行仿真实验（1）设置仿真参数：在仿真参数设置对话框中，设置仿真时间、步长等参数；（2）运行仿真：点击“开始仿真”按钮，运行仿真实验；（3）观察仿真结果：在示波器模块中，观察系统的输出信号，分析系统性能。

3. 分析仿真结果根据仿真结果，分析以下内容：（1）系统稳定性：通过观察系统的输出信号，判断系统是否稳定；（2）响应速度：分析系统对输入信号的响应速度，评估系统的快速性；（3）超调量：分析系统超调量，评估系统的平稳性；（4）调节时间：分析系统调节时间，评估系统的动态性能。

4. 优化控制策略根据仿真结果，对PID控制器的参数进行调整，以优化系统性能。

调整方法如下：（1）调整比例系数Kp：增大Kp，提高系统的快速性，但可能导致超调量增大；（2）调整积分系数Ki：增大Ki，提高系统的平稳性，但可能导致调节时间延长；（3）调整微分系数Kd：增大Kd，提高系统的快速性，但可能导致系统稳定性下降。

五、实验结果与分析1. 系统稳定性：经过仿真实验，发现该PID控制系统在调整参数后，具有良好的稳定性。

《MATLAB与控制系统仿真》实验报告实验报告：MATLAB与控制系统仿真引言在现代控制工程领域中，仿真是一种重要的评估和调试工具。

通过仿真技术，可以更加准确地分析和预测控制系统的行为和性能，从而优化系统设计和改进控制策略。

MATLAB是一种强大的数值计算软件，广泛应用于控制系统仿真。

实验目的本实验旨在掌握MATLAB在控制系统仿真中的应用，通过实践了解控制系统的建模与仿真方法，并分析系统的稳定性和性能指标。

实验内容1.建立系统模型首先，根据控制系统的实际情况，建立系统的数学模型。

通常，控制系统可以利用线性方程或差分方程进行建模。

本次实验以一个二阶控制系统为例，其传递函数为：G(s) = K / [s^2 + 2ζω_ns + ω_n^2]，其中，K表示放大比例，ζ表示阻尼比，ω_n表示自然频率。

2.进行系统仿真利用MATLAB软件，通过编写代码实现控制系统的仿真。

可以利用MATLAB提供的函数来定义传递函数，并通过调整参数来模拟不同的系统行为。

例如，可以利用step函数绘制控制系统的阶跃响应图像，或利用impulse函数绘制脉冲响应图像。

3.分析系统的稳定性与性能在仿真过程中，可以通过调整控制系统的参数来分析系统的稳定性和性能。

例如，可以改变放大比例K来观察系统的超调量和调整时间的变化。

通过观察控制系统的响应曲线，可以判断系统的稳定性，并计算出性能指标，如超调量、调整时间和稳态误差等。

实验结果与分析通过MATLAB的仿真，我们得到了控制系统的阶跃响应图像和脉冲响应图像。

通过观察阶跃响应曲线，我们可以得到控制系统的超调量和调整时间。

通过改变放大比例K的值，我们可以观察到超调量的变化趋势。

同时，通过观察脉冲响应曲线，我们还可以得到控制系统的稳态误差，并判断系统的稳定性。

根据实验结果分析，我们可以得出以下结论：1.控制系统的超调量随着放大比例K的增大而增大，但当K超过一定值后，超调量开始减小。

2.控制系统的调整时间随着放大比例K的增大而减小，即系统的响应速度加快。

控制系统仿真实验报告(总19页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除昆明理工大学电力工程学院学生实验报告实验课程名控制系统仿真实验称：开课实验室：计算中心2082015 年 6月 16日实验一电路的建模与仿真一、实验目的1、了解KCL 、KVL 原理；2、掌握建立矩阵并编写M 文件；3、调试M 文件，验证KCL 、KVL ；4、掌握用simulink 模块搭建电路并且进行仿真。

二、实验内容电路如图1所示，该电路是一个分压电路，已知13R =Ω，27R =Ω，20S V V =。

试求恒压源的电流I 和电压1V 、2V 。

IVSV 1V 2图1三、列写电路方程（1）用欧姆定律求出电流和电压 （2）通过KCL 和KVL 求解电流和电压(1) I=Vs/(R1+R2)=2A , V1=I*R1 =6V , V2=I*R2=14V (2) I*R1+I*R2-Vs=0 , V1=I*R1 , V2=I*R2 ,=> I=2A,V1=6V,V2=14V.四、编写M 文件进行电路求解（1）M文件源程序（2）M文件求解结果（1）M文件源程序R1=3;R2=7;Vs=20;I=Vs/(R1+R2)V1=I*R1V2=Vs-V1（2）M文件求解结果I=2V1=6V2=14五、用simulink进行仿真建模（1）给出simulink下的电路建模图（2）给出simulink仿真的波形和数值电流I波形I=2A电压U1波形,U1=6V电压U2波形,U2=14V六、结果比较与分析根据M文件编程输入到matlab中，实验结果与理论计算结果一致。

实验二 数值算法编程实现一、实验目的掌握各种计算方法的基本原理，在计算机上利用MATLAB 完成算法程序的编写拉格朗日插值算法程序，利用编写的算法程序进行实例的运算。

二、实验说明1．给出拉格朗日插值法计算数据表；2．利用拉格朗日插值公式，编写编程算法流程，画出程序框图，作为下述编程的依据；3．根据MATLAB 软件特点和算法流程框图，利用MATLAB 软件进行上机编程； 4．调试和完善MATLAB 程序；5．由编写的程序根据实验要求得到实验计算的结果。

控制系统仿真实验报告——一、实验目的：进一步掌握数值积分法；进一步掌握MA TLAB 软件的使用方法。

二、实验设备：数字计算机，MA TLAB 软件三、实验预备：（1）将传递函数化为一阶微分方程组（即状态方程）；令1y y = ，2y y = ，则11222140.6()102722.06y y y y y x t y y y=⎧⎪=⎨⎪=---⎩ 写作矩阵形式：11220100001022.06271040.6y y y y y y ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥---⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ （2）分别写出四种方法的计算公式；令12y Y y y ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦, 01000122.062710A ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥---⎣⎦ ,0040.6C ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ , 则可化为Y AY C =+① 欧拉法：Y(i+1)=Y(i)+(A*Y(i)+C)*h; ② 改进欧拉法：Yp=Y(i)+(A*Y(i)+C)*hY(i+1)=Y(i)+(A*Y(i)+C+A*Yp+C)*h/2;③ 四阶经典龙格库塔法：k1=A*Y(i)+C;k2=A*(Y(i)+k1*h/5)+C; k3=A*(Y(i)+2*k1*h/5)+C;k4=A*(Y(i)-2*k1*h/5+k2*h)+C;k5=A*(Y(i)+0.3*k1*h+0.5*k4*h)+C;Y(i+1)=Y(i)+(-k1+15*k2-5*k3+5*k4+10*k5)*h/24;④ 四阶亚当姆斯预估校正法：Yp=Y(i)+(55*(A*Y(i)+C)-59*(A*Y(i-1)+C)+37*(A*Y(i-2)+C)-9*(A*Y(i-3)+C))*h/24;Y(i+1)=Y(i)+(9*(A*Yp+C)+19*(A*Y(i)+C)-5*(A*Y(i-1)+C)+(A*Y(i-2)+C))*h/24;（3）理论分析：计算系统特征值。