自动控制原理课程设计MATLAB仿真

目录

概述 (1)

一、实验目的 (1)

二、简述MATLAB语言的特点及其主要功能 (1)

三、控制系统仿真时常用的方法和指令 (2)

1、控制系统仿真时常用的方法 (2)

a、数学仿真 (2)

b、半物理仿真 (2)

c、全物理仿真 (2)

2、控制系统仿真时常用的指令 (2)

1)、Bode图 (2)

①、绘制Bode图 (2)

②、系统的增益裕度和相角裕度 (2)

2）、Nichols图 (3)

3）、Nyquist图 (3)

4）、一般频率响应图 (3)

5）、频率响应的奇异值图 (3)

6）、绘制根轨迹 (4)

四、实验内容 (4)

五、心得体会 (22)

六、参考文献 (22)

概述

MATLAB 是一种直观、高效的计算机语言，同时也是一个科学计算平台。它的伴随工具Simulink 是用来对真实世界的动力学系统建模、模拟仿真和分析的软件。我们可将综合性和设计性实验项目通过MATLAB 在计算机上仿真，使系统的观察实验的动态过程。目前，MATLAB 已经成为我们当代大学生必须掌握的基本技能，在设计研究单位和工业部门，MATLAB 已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件。在完成了验证性、综合性和设计性实验后，课程设计必不可少。课程设计是工科实践教学的一个重要的环节，目的是培养我们综合运用理论知识分析和解决实际问题的方法和能力,实现由知识向技能的

初步化。所以课程设计是培养我们思维创造能力最有效的途径。

一、实验目的

1、培养理论联系实际的科学态度，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力。

2、掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种（矫正）装置的作

用及用法，能够利用不同的分析方法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。

3、学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统的仿真与调试。

4、锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力。

二、简述MATLAB语言的特点及其主要功能

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连 matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

三、控制系统仿真时常用的方法和指令

1、控制系统仿真时常用的方法

a、数学仿真

也称计算机仿真，就是在计算机上实现描写系统物理过程的数学模型，并在这个模型上对系统进行定量的研究和实验。这种仿真方法常用于系统的方案设计阶段和某些不适合做实物仿真的场合（包括某些故障模式）。它的特点是重复性好、精度高、灵活性大、使用方便、成本较低、可以是实时的、也可以是非实时的。数学仿真的逼真度和精度取决于仿真计算机的精度和数学模型的正确性与精确性。数学仿真可采用模拟计算机、数字计算机和数字-模拟混合计算机。

b、半物理仿真

即采用部分物理模型和部分数学模型的仿真。其中物理模型采用控制系统中的实物，系统本身的动态过程则采用数学模型。半物理仿真系统通常由满足实时性要求的仿真计算机、运动模拟器（一般采用三轴机械转台）、目标模拟器、控制台和部分实物组成。

c、全物理仿真

即全部采用物理模型的仿真，又称实物模拟。全物理仿真技术复杂，一般只在必要时才采用。

2、控制系统仿真时常用的指令

1)、Bode图

①、绘制Bode图

bode函数绘制控制系统幅频和相频图

[调用格式] bode(sys) bode(sys, w) bode(sys1,sys2..sysn)

bode(sys1,sys2..sysn,w) bode(sys1,’plotstyle1’,sys2,’plotstyle2’,..sysn,’p lotstylen’,)

[mag, phase, w]=bode(sys)

w—频率区间矢量，控制频率起止范围

[mag, phase, w]—输出幅值矢量输出相角输出频率区间

绘制系统幅频图

[调用格式] bodemag(sys) bodemag(sys,

w) bodemag(sys1,sys2..sysn) bodemag(sys1,sys2..sysn,w) bodemag(sys1,’plotsty le1’,sys2,’plotstyle2’,..sysn,’plotstylen’,)

②、系统的增益裕度和相角裕度

增益裕度定义：正好使系统频率响应穿过临界点的增益与实际系统增益的比值。

相角裕度：为了使系统的频率响应通过临界点必须引入的纯相位滞后量。

[调用格式] [gm pm wcg wcp]=margin(sys)

[gm pm wcg wcp ]=margin(mag, phase, w)

Gm—系统增益裕度 pm—系统相角裕度

wcg wcp---表示交叉频率

2）、Nichols图

对数幅相特性图(Nichols图)是描述系统频率特性的图示方法。该图纵坐标表示频率特性的对数幅值，以分贝为单位；横坐标表示频率特性的相位角。

[调用格式] nichols(sys) nichols(sys, w) nichols(sys1,sys2..sysn)

nichols(sys1,sys2..sysn,w) nichols(sys1,’plotstyle1’,sys2,’plotstyle2’,..sys n,’plotstylen’,)

[mag, phase, w]=nichols(sys)

[mag, phase]=nichols(sys, w)

3）、Nyquist图

系统频率特性的极坐标图——Nyquist图

[调用格式] nyquist(sys) nyquist(sys, w) nyquist(sys1,sys2..sysn)

nyquist(sys1,sys2..sysn,w) nyquist(sys1,’plotstyle1’,sys2,’plotstyle2’,..sy sn,’plotstylen’,)

[mag, phase, w]=nyquist(sys)

[mag, phase]=nyquist(sys, w)

4）、一般频率响应图

[调用格式] h=freqs(num , den, w)

[h ,w]=freqs(num, den)

[h ,w]=freqs(num ,den, f) freqs(num ,den)

Num—传递函数分子矢量 den—传递函数分母矢量

W—频率区间矢量

5）、频率响应的奇异值图

[调用格式] sigma(sys) sigma(sys, w) sigma(sys ,w, type)

sigma(sys1,sys2..sysn) sigma(sys1,sys2..sysn,w)

sigma(sys1,sys2..sysn,w, type)

sigma(sys1,’plotstyle1’,sys2,’plotstyle2’,..sysn,’plotstylen’,) [sv, w]=sigma(sys) sv=sigma(sys, w)

Type—绘制奇异值图的类型

Type=1 控制系统的频率响应H的奇异值图

Type=2 控制系统的频率响应I+H的奇异值图

Type=3 控制系统的频率响应I+H-1的奇异值图

Sv—频率的奇异值 plotstyle—绘制奇异值曲线的特性

6）、绘制根轨迹

①、求系统的零点、极点、增益

[调用格式] p=pole(sys) 计算控制系统的极点

Z=zero(sys) 计算控制系统的零点

[z, gain]=zero(sys) 计算控制系统的零点、增益

②、绘制系统极点、零点图

[调用格式] pzmap(sys) pzmap(sys1,sys2,…sysn)

[p z]=pzmap(sys)

③、绘制根轨迹图

[调用格式] rlocus(sys) rlocus(sys ,k)

Rlocus(sys1,sys2,…)

[r k]=rlocus(sys) r=rlocus(sys,k)

k —表示增益 r —系统的极点 四、实验内容

1.用matlab 语言编制程序，实现以下系统： 【实验原理】：

线性系统的传递函数模型可一般地表示为：

m n a s a s a s b s b s b s b s G n

n n n

m m m m ≥++???++++???++=--+- )(1111

121 将系统的分子和分母多项式的系数按降幂的方式以向量的形式输入给两个变量num 和den ，就可以轻易地将传递函数模型输入到MATLAB 环境中。命令格式为：

],,,,[121+???=m m b b b b num ; ],,,,,1[121n n a a a a den -???=;

在MATLAB 控制系统工具箱中，定义了tf() 函数，它可由传递函数分子分母给出的变量构造出单个的传递函数对象。从而使得系统模型的输入和处理更加方便。

该函数的调用格式为：

G ＝tf(num ，den);

将系统增益、零点和极点以向量的形式输入给三个变量KGain 、Z 和P ，就可以将系统的零极点模型输入到MATLAB 工作空间中，命令格式为：

;

K KGain =

；

；；；][21m z z z Z -???--=

；；；；][21n p p p P -???--=

在MATLAB 控制工具箱中，定义了zpk()函数，由它可通过以上三个MATLAB 变量构造出零

极点对象，用于简单地表述零极点模型。该函数的调用格式为：

G=zpk(Z,P,KGain)

1）2

26418

245)(2

3423++++++=s s s s s s s G 【程序】>> num=[5,24,0,18];den=[1,4,6,2,2];sys=tf(num,den)

Transfer function:

5 s^3 + 24 s^2 + 18

----------------------------------- s^4 + 4 s^3 + 6 s^2 + 2 s + 2

2）)

523()1()66)(2(4)(2

332

2+++++++=s s s s s s s s s G 【程序】>> A=[1,6,6];roots(A) 注释：求解662++s s 的根 ans =

-4.7321

-1.2679

>> B=[1,3,2,5];roots(B) 注释：求解52323+++s s s 的根

ans =

-2.9042 -0.0479 + 1.3112i

>>z=[-2,-4.7321,-4.7321,-1.2679,-1.2679];p=[0,-1,-1,-1,-2.9042,-0.0479+

1.3112i,-0.0479 - 1.3112i];k=[4];sys=zpk(z,p,k)

Zero/pole/gain:

4 (s+2) (s+1.268)^2 (s+4.732)^2

----------------------------------------------- s (s+1)^3 (s+2.904) (s^2 + 0.0958s + 1.722)

2.两环节G1、G2串联，求等效的整体传递函数G(s) 【实验原理】：

若假定两环节均为单输入单输出的系统SA 和SB 。 两个环节级联：sys ＝series(SA ，SB)

32)(1+=

s s G 1

27)(22++=s s s G 方法一：

【程序】>> G1=tf(2,[1,3]);G2=tf(7,[1,2,1]);sys=G1*G2 Transfer function: 14

--------------------------- s^3 + 5 s^2 + 7 s + 3 方法二：

【程序】>> G1=tf(2,[1,3]);G2=tf(7,[1,2,1]);sys=series(G1,G2) Transfer function: 14

--------------------------- s^3 + 5 s^2 + 7 s + 3 3.两环节G1、G2并联，求等效的整体传递函数G(s) 【实验原理】：

若假定两环节均为单输入单输出的系统SA 和SB 两个环节并联：sys=parallel(SA ，SB)

32)(1+=

s s G 127)(22++=s s s G 方法一：

【程序】>> G1=tf(2,[1,3]);G2=tf(7,[1,2,1]);sys=G1+G2

nsfer function:

2 s^2 + 11 s + 2

3 --------------------- s^3 + 5 s^2 + 7 s + 3

方法二：

【程序】>> G1=tf(2,[1,3]);G2=tf(7,[1,2,1]);sys=parallel(G1,G2) Transfer function: 2 s^2 + 11 s + 23

------------------------- s^3 + 5 s^2 + 7 s + 3 4.已知系统结构如图，求闭环传递函数。其中的两环节

G1、

【实验原理】：

若假定两环节均为单输入单输出的系统SA 和SB 。 A 环节前向，B 环节反馈：S=feedback(SA,SB) 负反馈 【程序】

>>G1=tf([3,100],[1,2,81]);G2=tf(2,[2,5]);sys=feedback(G1,G2,-1) Transfer function:

6 s^2 + 215 s + 500

---------------------------------- 2 s^3 + 9 s^2 + 178 s + 605

正反馈 【程序】

>> G1=tf([3,100],[1,2,81]);G2=tf(2,[2,5]);sys=feedback(G1,G2,+1) Transfer function:

6 s^2 + 215 s + 500

--------------------------------- 2 s^3 + 9 s^2 + 166 s + 205

5.已知某闭环系统的传递函数为25

1096.116.025

10)(2

3++++=s s s s s G ，求其单位阶跃响应曲线，单位脉冲响应曲线。 【实验原理】：

LTI 模型的阶跃响应函数step( )

格式：step(sys)

功能：绘制系统sys(sys 由函数tf 、zpk 或ss 产生)的阶跃响应，结果不返回数据，只返回图

形。对多输入多输出模型，将自动求每一输入的阶跃响应。 LTI 模型的单位冲激响应函数impulse( )

格式：impulse(sys)

功能：绘制系统sys （sys 由函数tf 、zpk 或ss 产生）的单位冲激响应，结果不返回数据，只

返回图形。 （1）、单位阶跃响应

【程序】>>G=tf([10,25],[0.16,1.96,10,25])

Transfer function:

10 s + 25

-------------------------------------- 0.16 s^3 + 1.96 s^2 + 10 s + 25

>>step(G); %计算并绘制系统的单位阶跃响应 title('单位阶跃响应')

（2）、单位脉冲响应

【程序】>>impulse(G); %计算并绘制系统的单位脉冲响应

title('单位脉冲响应

')

6.典型二阶系统的传递函数为 ， 为自然频率， 为阻尼比，试

绘出当ξ=0.5，n ω分别取0、2、4、6、8、10时该系统的单位阶跃响应曲线；分析阻尼比分别为–0.5、–1时系统的稳定性。 【实验原理】：

n ωξ2

22

2)(n n n s s s G ωξωω++=

ξ=0.5时，利用阶跃响应函数step( )绘制

ω分别取0、2、4、6、8、10时的阶跃响应曲

n

线。

ω分别取0、2、4、6、8、10时该系统的单位阶跃响应曲线

(1)、ξ=0.5，

n

【程序】>> G1=tf([0,4],[1,2,4]); %ξ=0.5 Wn=2

>> G2=tf([0,16],[1,4,16]); %ξ=0.5 Wn=4

>> G3=tf([0,36],[1,6,36]); %ξ=0.5 Wn=6

>> G4=tf([0,64],[1,8,64]); %ξ=0.5 Wn=8

>> G5=tf([0,100],[1,10,100]); %ξ=0.5 Wn=10

>> step(G1,G2,G3,G4,G5); %计算并绘制系统的单位阶跃响应

title('单位阶跃响应')

（2）、ξ=-0.5,ξ=-1时的阶跃响应曲线

【程序】>> G6=tf([0,100],[1,-10,100]);%§=-0.5,Wn=10时的单位阶跃响应

>> G7=tf([0,100],[1,-20,100]);%§=-1,Wn=10时的单位阶跃响应

>> step(G6,G7);title('§=-0.5，§=-1时的阶跃响应')

分析稳定性：

从§=-0.5，§=-1时的阶跃响应曲线图可以看出，曲线不收敛，而是发散的，说明系统是不稳定的。

7. 设有一高阶系统开环传递函数为271

.6635.0268.006.0359

.9436.1218.0016.0)(2323++++++=s s s s s s s G ，试绘制该系统的

零极点图和闭环根轨迹图。 【实验原理】：

①、求系统的零点、极点、增益

[调用格式] p=pole(sys) 计算控制系统的极点 Z=zero(sys) 计算控制系统的零点

[z, gain]=zero(sys) 计算控制系统的零点、增益 ②、绘制系统极点、零点图

[调用格式] pzmap(sys) pzmap(sys1,sys2,…sysn) [p z]=pzmap(sys) ③、绘制根轨迹图

[调用格式] rlocus(sys) rlocus(sys ,k)

Rlocus(sys1,sys2,…)

[r k]=rlocus(sys) r=rlocus(sys,k)

k—表示增益 r—系统的极点

【程序】>> G=tf([0.016,0.218,1.436,9.359],[0.06,0.268,0.635,6.271]) Transfer function:

0.016 s^3 + 0.218 s^2 + 1.436 s + 9.359

-----------------------------------------

0.06 s^3 + 0.268 s^2 + 0.635 s + 6.271

>> pzmap(G);title('零极点图')

【程序】>> rlocus(G); grid ;title('闭环根轨迹图')

8.单位反馈系统前向通道的传递函数为：s

s s s s s s s s s s G +++++++++=234562345101052

81282)( ，试绘制该系

统的Bode 图和Nyquist 曲线，说明软件绘制曲线与手动绘制曲线的异同。 【实验原理】： 1)、Bode 图

[调用格式] bode(sys) bode(sys, w) bode(sys1,sys2..sysn)

bode(sys1,sys2..sysn,w) bode(sys1,’plotstyle1’,sys2,’plotstyle2’,..sysn,’p lotstylen’,)

[mag, phase, w]=bode(sys) w —频率区间矢量，控制频率起止范围

[mag, phase, w]—输出幅值矢量 输出相角 输出频率区间

增益裕度定义：正好使系统频率响应穿过临界点的增益与实际系统增益的比值。 相角裕度：为了使系统的频率响应通过临界点必须引入的纯相位滞后量。 [调用格式] [gm pm wcg wcp]=margin(sys)

[gm pm wcg wcp ]=margin(mag, phase, w) Gm —系统增益裕度 pm —系统相角裕度

wcg wcp---表示交叉频率

2）、Nyquist图

[调用格式] nyquist(sys) nyquist(sys, w) nyquist(sys1,sys2..sysn)

nyquist(sys1,sys2..sysn,w) nyquist(sys1,’plotstyle1’,sys2,’plotstyle2’,..sy sn,’plotstylen’,)

[mag, phase, w]=nyquist(sys)

[mag, phase]=nyquist(sys, w)

【程序】>> G=tf([2,8,12,8,2],[1,5,10,10,5,1,0])

Transfer function:

2 s^4 + 8 s^

3 + 12 s^2 + 8 s + 2

--------------------------------------------------

s^6 + 5 s^5 + 10 s^4 + 10 s^3 + 5 s^2 + s

（1）、Bode图

【程序】>> bode(G);title('Bode图')

（2）、Nyquist图

【程序】>> nyquist(G);title('nyquist图')

软件绘制曲线与手动绘制曲线的异同:

软件绘制曲线能准确的显示函数的图像，有利于分析计算。手动绘制曲线是采用对数幅频渐进线的方法得到。这种方法省去了逐点连线的繁琐，有利于分析系统稳定性等方面的问题。 9．已知某控制系统的开环传递函数1512(),.()()

K

G s K s s s ==++，试绘制系统的开环频率特性曲

线，并求出系统的幅值与相位裕量。 【实验原理】： Nichols 图

对数幅相特性图(Nichols 图)是描述系统频率特性的图示方法。该图纵坐标表示频率特性的对数幅值，以分贝为单位；横坐标表示频率特性的相位角。

[调用格式] nichols(sys) nichols(sys, w) nichols(sys1,sys2..sysn)

nichols(sys1,sys2..sysn,w) nichols(sys1,’plotstyle1’,sys2,’plotstyle2’,..sys n,’plotstylen’,)

[mag, phase, w]=nichols(sys) [mag, phase]=nichols(sys, w)

【程序】>> z=[];p=[0,-1,-2];k=[1.5];sys=zpk(z,p,k)

Zero/pole/gain:

1.5

----------------

s (s+1) (s+2)

(1)、开环频率特性曲线

【程序】>> nichols(sys);title('开环频率特性曲线')

（2）、系统的幅值与相位裕量

【程序】>> [Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(sys)

Gm = 注释：Gm表示系统的增益裕度

4.0000

Pm = 注释：Pm表示系统的相角裕度

41.5114

Wcg = 注释：Wcg表示Nyquist曲线与负实轴交点处频率

1.4142

Wcp = 注释：Wcp表示截止频率

0.6110

10.在SIMULINK中建立系统，该系统阶跃输入时的连接示意图如下。k为学生学号后三位。绘

制其单位阶跃响应曲线，分析其峰值时间t

p 、延迟时间t

d

、上升时间t

r

、调节时间t

s

及超调

量。

【实验原理】：

[y,t]=step(G)

该函数还同时返回了自动生成的时间变量t，对返回的这一对变量y和t的值进行计算，可以得到时域性能指标。

①峰值时间(timetopeak)可由以下命令获得：

[Y,k]=max(y);

timetopeak=t(k)

应用取最大值函数max()求出y的峰值及相应的时间，并存于变量Y和k中。然后在变量t中取出峰值时间，并将它赋给变量timetopeak。

②最大(百分比)超调量(percentovershoot)可由以下命令得到：

C=dcgain(G);

[Y,k]=max(y);

percentovershoot=100*(Y-C)/C

dcgain( )函数用于求取系统的终值，将终值赋给变量C，然后依据超调量的定义，由Y 和C计算出百分比超调量。

③上升时间(risetime)可利用MATLAB中控制语句编制M文件来获得。首先简单介绍一下循环语句while的使用。

C=dcgain(G);

n=1;

while y(n)

n=n+1;

end

risetime=t(n)

在阶跃输入条件下，y 的值由零逐渐增大，当以上循环满足y=C时，退出循环，此时对应的时刻，即为上升时间。

④调节时间(setllingtime)可由while语句编程得到：

C=dcgain(G);

i=length(t);

while(y(i)>0.98*C)&(y(i)<1.02*C)

i=i-1;

end

setllingtime=t(i)

用向量长度函数length( )可求得t序列的长度，将其设定为变量i的上限值。

(1)K=16时的仿真模型

（2）、示波器显示单位阶跃响应曲线

（3）、时域分析

从仿真示波器中的波形可以看出该二阶系统可近似看成是一阶系统①、闭环传递函数的求取

【程序】>> G1=tf(1,[1,0]);G2=tf(16,[1,9]);G3=tf(1,1);

>>G4=series(G1,G2);

>>G=feedback(G4,G3,-1)

Transfer function:

16

--------------

s^2 + 9 s + 16

②、绘制单位阶跃响应曲线

【程序】 >> step(G);title('单位阶跃响应')

③、峰值时间 tp

【程序】>> [y,t]=step(G);

>> [Y,k]=max(y);tp=t(k) %计算峰值时间tp

tp =

2.4908

④、上升时间tr

由于K=16很小，上升时间无法计算

⑤、调节时间ts

【程序】>> c=dcgain(G);

>> i=length(t);

>> while(y(i)>0.98*c)&(y(i)<1.02*c)

i=i-1;

end

>> ts=t(i)

ts =

1.7888

⑥、超调量percentovershoot

【程序】>> C=dcgain(G);[Y,k]=max(y);

>> percentovershoot=100*(Y-C)/C

percentovershoot =

-0.3665

超调量为负值说明该系统无超调量因此可近似认为是一阶系统

*11. 给定系统如下图所示，试设计一个串联校正装置，使幅值裕度大于h>10分贝、相位裕度γ≥45o

（1）、原系统的幅值裕度和相位裕度

【程序】>> G=tf(100, [0.04, 1, 0]);

>> [Gw, Pw, Wcg, Wcp]=margin(G)

Gw = Inf Pw = 28.0243 Wcg =

Inf

Wcp =

46.9701

可以看出，这个系统有无穷大的幅值裕量，并且其相位裕量Pw ＝28.0243o ，幅值穿越频率Wcp=46.9701rad/sec 。

(2）、引入一个串联超前校正装置：

1

01.01025.0)(++=

s s s G c (3）、矫正后的开环传递函数

【程序】>> G1=tf(100,[0.04,1,0]); % 校正前的开环传递函数

>> G2=tf(100*[0.025,1],conv([0.04,1,0],[0.01,1])) % 校正后的开环传递函数 Transfer function: 2.5 s + 100

------------------------- 0.0004 s^3 + 0.05 s^2 + s

(4）、Bode 图(校正前用实线，校正后用虚线) 【程序】>> bode(G1);hold;bode(G2,'--');grid

Current plot held

(5）、阶跃响应曲线（校正前用实线，校正后用虚线）

【程序】 >> G3=feedback(G1,1);

>> G4=feedback(G2,1);

>> step(G3);hold;step(G4,'--')

Current plot held

可以看出，在这样的控制器下，校正后系统的相位裕量由28 o增加到48o，调节时间减小了。系统的性能有了明显的提高，满足了设计要求。

五、心得体会

本次课程设计，不仅是对前面所学知识的一种检验，而且是对自己能力得一种提升。在设计过程中，我们通过到图书管借阅了大量的自动控制原理MATLAB实现的相关资料，自学的时候与同学、老师交流，一步一步的分析和研究，最终完成了课程设计。在设计和分析过程中遇

自动控制原理MATLAB仿真实验报告

实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些？ 2、 如何判断系统稳定性？ 3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为：) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.

matlab课程设计题目

课题一： 连续时间信号和系统时域分析及MATLAB实现 课题要求： 深入研究连续时间信号和系统时域分析的理论知识。利用MATLAB强大的图形处理功能、符号运算功能以及数值计算功能，实现连续时间信号和系统时域分析的仿真波形。 课题内容： 一、用MATLAB实现常用连续时间信号的时域波形（通过改变参数，分析其时域特性）。 1、单位阶跃信号， 2、单位冲激信号， 3、正弦信号， 4、实指数信号， 5、虚指数信号， 6、复指数信号。 二、用MATLAB实现信号的时域运算 1、相加， 2、相乘， 3、数乘， 4、微分， 5、积分 三、用MATLAB实现信号的时域变换（参数变化，分析波形变化） 1、反转， 2、使移（超时，延时）， 3、展缩， 4、倒相， 5、综合变化 四、用MATLAB实现信号简单的时域分解 1、信号的交直流分解， 2、信号的奇偶分解 五、用MATLAB实现连续时间系统的卷积积分的仿真波形 给出几个典型例子，对每个例子，要求画出对应波形。 六、用MATLAB实现连续时间系统的冲激响应、阶跃响应的仿真波形。 给出几个典型例子，四种调用格式。 七、利用MATLAB实现连续时间系统对正弦信号、实指数信号的零状态响应的仿真波形。 给出几个典型例子，要求可以改变激励的参数，分析波形的变化。 课题二： 离散时间信号和系统时域分析及MATLAB实现。 课题要求： 深入研究离散时间信号和系统时域分析的理论知识。利用MATLAB强大的图

形处理功能、符号运算功能以及数值计算功能，实现离散时间信号和系统时域分析的仿真波形。 课题内容： 一、用MATLAB绘制常用信号的时域波形（通过改变参数分析其时域特性） 1、单位序列， 2、单位阶跃序列， 3、正弦序列， 4、离散时间实指数序列， 5、离散时间虚指数序列， 6、离散时间复指数序列。 二、用MATLAB实现信号的时域运算 1、相加， 2、相乘， 3、数乘。 三、用MATLAB实现信号的时域变换（参数变化，分析波形的变化） 1、反转， 2、时移（超时，延时）， 3、展缩， 4、倒相。 四、用MATLAB实现离散时间系统卷积和仿真波形 给出几个典型例子，对每个例子要求画出e(k)，h(k)，e(i)，h(i)，h(-i)，Rzs(k)波形。 五、用MATLAB实现离散时间系统的单位响应，阶跃响应的仿真波形 给出几个典型例子，四中调用格式。 六、用MATLAB实现离散时间系统对实指数序列信号的零状态响应的仿真波形 给出几个典型例子，要求可以改变激励的参数，分析波形的变化。 课题三： 连续时间信号傅里叶级数分析及MATLAB实现。 课题要求： 深入研究连续时间信号傅里叶级数分析的理论知识，利用MATLAB强大的图形处理功能，符号运算功能以及数值计算功能，实现连续时间周期信号频域分析的仿真波形。 课题内容： 一、用MATLAB实现周期信号的傅里叶级数分解与综合 以周期矩形波信号为例，绘出包含不同谐波次数的合成波形，观察合成波形与原矩形 波形之间的关系及吉布斯现象。

MATLAB课程设计报告

华东交通大学MATLAB程序设计报告书 课题名称：基于MATLAB的粒子群优化算法的实现 姓名： 学号：20160280800014 专业：控制科学与工程 2016年 11月 20日

基于MATLAB的粒子群优化算法的实现 一、课程选题目的 本次课程设计的课题为《基于MATLAB的粒子群优化算法的实现》，主要为学会运用MATLAB对实际算法编程，加深对粒子群优化算法的理解，并为今后熟练使用MA TLAB进行系统的分析仿真和设计奠定基础。数值计算分析可以帮助更深入地理解理论知识，并为将来使用MA TLAB进行各领域数值分析分析和实际应用打下基础。 此次课程主要是为了进一步熟悉对MATLAB软件的使用，以及学会利用MA TLAB对数值运算这种实际问题进行处理，将理论应用于实际，加深对它的理解。 二、粒子群优化算法原理 优化是科学研究、工程技术和经济管理等领域的重要研究工具。它所研究的问题是讨论在众多的方案中寻找最优方案。例如，工程设计中怎样选择设计参数，使设计方案既满足设计要求又能降低成本；资源分配中，怎样分配有限资源，使分配方案既能满足各方面的基本要求，又能获得好的经济效益。在人类活动的各个领域中，诸如此类，不胜枚举。优化这一技术，正是为这些问题的解决，提供理论基础和求解方法，它是一门应用广泛、实用性很强的科学。近十余年来，粒子群优化算法作为群体智能算法的一个重要分支得到了广泛深入的研究，在路径规划等许多领域都有应用。 2.1 粒子群优化算法的起源 粒子群优化（PSO）算法是由Kennedy和Eberhart于1995年用计算机模拟鸟群觅食这一简单的社会行为时，受到启发，简化之后而提出的。 设想这样一个场景：一群鸟随机的分布在一个区域中，在这个区域里只有一块食物。所有的鸟都不知道食物在哪里。但是他们知道当前的位置离食物还有多远。那么找到食物的最优策略是什么呢。最简单有效的方法就是追寻自己视野中目前离食物最近的鸟。如果把食物当作最优点，而把鸟离食物的距离当作函数的适应度，那么鸟寻觅食物的过程就可以当作一个函数寻优的过程。鱼群和鸟群的社会行为一直引起科学家的兴趣。他们以特殊的方式移动、同步，不会相互碰撞，整体行为看上去非常优美。生物学家CargiReynolds提出了一个非常有影响的鸟群聚集模型。在他的模拟模型boids中，每一个个体遵循：避免与邻域个体相冲撞、匹配邻域个体的速度、试图飞向感知到的鸟群中心这三条规则形成简单的非集中控制算法驱动鸟群的聚集，在一系列模拟实验中突现出了非常接近现实鸟群聚集行为的现象。该结果显示了在空中回旋的鸟组成轮廓清晰的群体，以及遇到障碍物时鸟群的分裂和再度汇合过程。由此受到启发，经过简化提出了粒子群优化算法。 2.2粒子群优化算法的原理 在粒子群优化算法中，每个优化问题的潜在解都是搜索空间中的一只鸟，称之为“粒子”。所有的粒子都有一个由被优化的函数决定的适应值，每个粒子还有一个速度决定他们飞翔的方向和距离。然后粒子们就追随当前的最优粒子在解空间中搜索。优化开始时先初始化为一群随机粒子（随机解）。然后通过迭代找到最优解。在每一次迭代中，粒子通过跟踪两个极值来更新自己。第一个极值就是整个种群目前找到的最优解。这个极值是全局极值。另外也可以不用整个种群而只是用其中一部分作为粒子的邻居，那么在所有邻居中的极值就是局部极值。第二个极值是粒子本身所找到的最优解，称为个体极值。这是因为粒子仅仅通过跟踪全局极值或者局部极值来更新位置，不可能总是获得较好的解。这样在优化过程中，粒子在追随全局极值或局部极值的同时追随个体极值则圆满的解决了这个问题。这就是粒子群优化

自动控制原理课程设计报告

《自动控制原理》 课程设计报告 姓名：高陆及__________ 学号： 1345533107______ 班级： 13电气 1班______ 专业：电气工程及其自动化学院：电气与信息工程学院

江苏科技大学（张家港） 2015年9月

目录 一、设计目的 (3) 二、设计任务 (3) 三、具体要求 (4) 四、设计原理概述 (4) 4.1校正方式的选择 (4) 4.2集中串联校正简述 (5) 4.2.1串联超前校正 (5) 4.2.2串联滞后校正 (5) 4.2.3串联滞后-超前校正 (5) 4.2.4串联校正装置的一般性设计步骤 (5) 五、设计方案及分析 (6) 5.1高阶系统的频域分析 (6) 5.1.1 原系统的频率响应特性及阶跃响应 (7) 5.1.2使用Simulink观察系统性能 (9) 5.1.3 搭建模拟实际电路 (10) 5.1.4 对原系统的性能分析 (12) 5.2校正方案确定与校正结果分析 (13) 5.2.1 采用串联超前网络进行系统校正 (13) 5.2.3 采用串联滞后—超前网络系统进行校正 (18) 5.2.4 使用EWB搭建校正后模拟实际电路 (23) 六、总结 (26)

一、设计目的 1.通过课程设计熟悉频域法分析系统的方法原理 2.通过课程设计掌握滞后—超前校正作用与原理 3.通过在实际电路中校正设计的运用，理解系统校正在实际中的意义 二、设计任务 控制系统为单位负反馈系统，开环传递函数为) 1025.0)(11.0()(++= s s s K s G ， 设计滞后-超前串联校正装置，使系统满足下列性能指标： 1、开环增益100K ≥

自动控制原理习题全解及MATLAB实验 第6章习题解答

第6章控制系统的校正 本章主要讨论利用频率法对单输入-单输出的线性定常系统的综合和设计。在介绍控制系统校正的基本概念、控制系统的基本控制规律的基础上，介绍了各种串联校正装置（超前校正装置、滞后校正装置、滞后-超前校正装置）的特性及按分析进行相应设计的基本步骤和方法；还介绍了期望设计法的基本概念、常见的期望特性和设计步骤；另外还介绍了根轨迹法的串联校正和反馈校正的基本概念和方法；最后介绍了利用MATLAB进行控制系统校正。 教材习题同步解析 试分别说明系统的固有频率特性与系统期望频率特性的概念。 答：系统本身固有元件所具有的频率特性称为固有频率特性。设计者希望系统所能达到的频率特性称为系统期望频率特性。 试比较串联校正和反馈校正的优缺点。 答：a、校正装置和未校正系统的前向通道环节相串联，这种叫串联校正，串联校正是最常用的设计方法，设计与实现比较简单，通常将串联装置安置在前向通道的前端。 b、并联校正也叫反馈校正，它是和前向通道的部分环节按反馈方式连接构成局部反馈回路，设计相对较为复杂。并联校正一般不需要加放大器，它可以抑制系统的参数波动及非线性因素对系统性能的影。 PD控制为什么又称为超前校正？串联PD控制器进行校正为什么能提高系统的快速性和稳定性？ 答：加入PD控制相当于在系统中加入一个相位超前的串联校正装置，使之在穿越频率处有较大的相位超前角。因此，PD控制称为超前控制。PD控制的传递函数为G s Kp sτ =+，由比例控制和微分控制组合而成。增大比例系数Kp，可以展宽系统的()(1) 通频带，提高系统的快速性。微分控制反映信号的变化率的预报作用，在偏差信号变化前给出校正信号，防止系统过大地偏离期望值和出现剧烈振荡倾向，有效地增强系统的相对稳定性。 PI控制为什么又称为滞后校正？串联PI控制器进行校正为什么能提高系统的稳态性能？如何减小它对系统稳定性的影响？ 答：PI控制在低频段产生较大的相位滞后，所以滞后校正。PI控制的比例部分可以提高系统的无差度，改善系统的稳态性能。在串入系统后应使其转折频率在系统幅值穿越频率

MATLAB课设报告

课程设计任务书 学生姓名：董航专业班级：电信1006班 指导教师：阙大顺，李景松工作单位：信息工程学院 课程设计名称：Matlab应用课程设计 课程设计题目：Matlab运算与应用设计5 初始条件： 1.Matlab6.5以上版本软件； 2.课程设计辅导资料：“Matlab语言基础及使用入门”、“Matlab及在电子信息课程中的应 用”、线性代数及相关书籍等； 3.先修课程：高等数学、线性代数、电路、Matlab应用实践及信号处理类相关课程等。 要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1.课程设计内容：根据指导老师给定的7套题目，按规定选择其中1套完成； 2.本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目进行理论分析， 针对具体设计部分的原理分析、建模、必要的推导和可行性分析，画出程序设计框图，编写程序代码（含注释），上机调试运行程序，记录实验结果（含计算结果和图表），并对实验结果进行分析和总结。具体设计要求包括： ①初步了解Matlab、熟悉Matlab界面、进行简单操作； ②MATLAB的数值计算：创建矩阵矩阵运算、多项式运算、线性方程组、数值统计； ③基本绘图函数：plot, plot3, mesh, surf等，要求掌握以上绘图函数的用法、简单图形 标注、简单颜色设定等； ④使用文本编辑器编辑m文件，函数调用； ⑤能进行简单的信号处理Matlab编程； ⑥按要求参加课程设计实验演示和答辩等。 3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括： ①目录； ②与设计题目相关的理论分析、归纳和总结； ③与设计内容相关的原理分析、建模、推导、可行性分析； ④程序设计框图、程序代码（含注释）、程序运行结果和图表、实验结果分析和总结； ⑤课程设计的心得体会（至少500字）； ⑥参考文献（不少于5篇）； ⑦其它必要内容等。 时间安排：1.5周（分散进行） 参考文献： [1](美)穆尔,高会生,刘童娜,李聪聪．MA TLAB实用教程(第二版) . 电子工业出版社,2010. [2]王正林,刘明．精通MATLAB(升级版) .电子工业出版社,2011. [3]陈杰. MA TLAB宝典(第3版) . 电子工业出版社,2011. [4]刘保柱,苏彦华,张宏林. MATLAB 7.0从入门到精通(修订版) . 人民邮电出版社,2010. 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日

通信原理课程设计报告(基于Matlab)

2DPSK调制与解调系统的仿真 设计原理 (1) 2DPSK信号原理 1.1 2DPSK信号原理 2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图2.1所示。 图1.1 2DPSK信号 在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。定义为本码元初相与前一码元初相之差，假设： →数字信息“0”； →数字信息“1”。 则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下： 数字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 DPSK信号相位：0

或 ： 1.2 2DPSK 信号的调制原理 一般来说，2DPSK 信号有两种调试方法，即模拟调制法和键控法。2DPSK 信号的的模拟调制法框图如图1.2.1所示，其中码变换的过程为将输入的单极性不归零码转换为双极性不归零码。 图1.2.1 模拟调制法 2DPSK 信号的的键控调制法框图如图1.2.2所示，其中码变换的过程为将输入的基带信号差分，即变为它的相对码。选相开关作用为当输入为数字信息“0” 时接相位0，当输入数字信息为“1”时接pi 。 图1.2.2 键控法调制原理图 1.3 2DPSK 信号的解调原理 2DPSK 信号最常用的解调方法有两种，一种是极性比较和码变换法，另一种是差分相干解调法。 码变换 相乘 载波 s(t) e o (t)

自动控制原理课程设计报告

成绩： 自动控制原理 课程设计报告 学生姓名：黄国盛 班级：工化144 学号：201421714406 指导老师：刘芹 设计时间：2016.11.28-2016.12.2

目录 1.设计任务与要求 (1) 2.设计方法及步骤 (1) 2.1系统的开环增益 (1) 2.2校正前的系统 (1) 2.2.1校正前系统的Bode图和阶跃响应曲线 (1) 2.2.2MATLAB程序 (2) 3.3校正方案选择和设计 (3) 3.3.1校正方案选择及结构图 (3) 3.3.2校正装置参数计算 (3) 3.3.3MATLAB程序 (4) 3.4校正后的系统 (4) 3.4.1校正后系统的Bode图和阶跃响应曲线 (4) 3.4.2MATLAB程序 (6) 3.5系统模拟电路图 (6) 3.5.1未校正系统模拟电路图 (6) 3.5.2校正后系统模拟电路图 (7) 3.5.3校正前、后系统阶跃响应曲线 (8) 4.课程设计小结和心得 (9) 5.参考文献 (10)

1.设计任务与要求 题目2：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数 ()() 00.51K G s s s =+用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。 任务：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能 指标： （1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差0.05ss e rad <； （2）系统校正后，相位裕量45γ> 。 （3）截止频率6/c rad s ω>。 2.设计方法及步骤 2.1系统的开环增益 由稳态误差要求得：20≥K ，取20=K ；得s G 1s 5.0201)s(0.5s 20)s (20+=+=2.2校正前的系统 2.2.1校正前系统的Bode 图和阶跃响应曲线 图2.2.1-1校正前系统的Bode 图

自动控制原理MATLAB仿真实验

自动控制原理MATLAB仿真实验 实验一典型环节的MATLAB仿真 一、实验目的 1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。 2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、SIMULINK的使用 MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。 1．运行MATLAB软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令，按Enter 键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。 2．选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。 图1-1 SIMULINK仿真界面图1-2 系统方框图

3．在simulink 仿真环境下，创建所需要的系统。 以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下: 1）进入线性系统模块库，构建传递函数。点击simulink 下的“Continuous ”，再将右边窗口中“Transfer Fen ”的图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口。 2）改变模块参数。在simulink 仿真环境“untitled ”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数，数字之间用空格隔开；设置完成后，选择OK ，即完成该模块的设置。 3）建立其它传递函数模块。按照上述方法，在不同的simulink 的模块库中，建立系统所需的传递函数模块。例:比例环节用“Math ”右边窗口“Gain ”的图标。 4）选取阶跃信号输入函数。用鼠标点击simulink 下的“Source ”，将右边窗口中“Step ”图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口，形成一个阶跃函数输入模块。 5）选择输出方式。用鼠标点击simulink 下的“Sinks ”，就进入输出方式模块库，通常选用“Scope ”的示波器图标，将其用左键拖至新建的“untitled ”窗口。 6）选择反馈形式。为了形成闭环反馈系统，需选择“Math ” 模块库右边窗口“Sum ”图标，并用鼠标双击，将其设置为需要的反馈形式（改变正负号）。 7）连接各元件，用鼠标划线，构成闭环传递函数。 8）运行并观察响应曲线。用鼠标单击工具栏中的“”按钮，便能自动运行仿真环境下的系统框图模型。运行完之后用鼠标双击“Scope ”元件，即可看到响应曲线。 三、实验原理 1．比例环节的传递函数为 221211()2100,200Z R G s R K R K Z R =-=-=-== 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。

Matlab课程设计报告

自控系统仿真软件课程设计报告 MATLAB 设计题目：牛顿摆球 姓名： 学号： 院系： 班级：1203 指导教师： 2014年12月20日

一．课程设计目的 1、熟悉课程设计的基本流程； 2、掌握MATLAB语法结构及调试方法； 3、熟悉MATLAB函数调用，熟练二维画图; 4、掌握MATLAB语言在控制方面的运用； 5、学会用MATLAB进行基本仿真； 6、掌握MATLAB编程技巧，提高编程水平。 二．系统分析 1.题目的描述： （1）牛顿摆球原理描述 五个质量相同的球体由吊绳固定，彼此紧密排列。当摆动最右侧的球并在回摆时碰撞紧密排列的另外四个球，最左边的球将被弹出，并仅有最左边的球被弹出。当然此过程也是可逆的，当摆动最左侧的球撞击其它球时，最右侧的球会被弹出。当最右侧的两个球同时摆动并撞击其他球时，最左侧的两个球会被弹出。同理相反方向同样可行，并适用于更多的球。 为了更接近现实，在这里我将考虑重力及空气阻力的影响，摆球将不会永无止境的运动下去，由于外界因素的影响，摆球运动一段时间后将回归静止状态。（2）通过MATLAB动画程序制作软件，实现下述过程 当运行程序时，把最右边的小球拉到一定的高度放下，让其碰撞其余四个小球，仅让最左边的小球被弹出，当最左边小球回摆碰撞其它球时，最右边小球又被弹出，如此循环。由于是非理想条件下，摆球的摆动幅度会随摆动次数的增加越来越小，直到静止。 时间停顿两秒，把右边两小球一起拉到一定高度放下，让其碰撞其余三个球，同样仅让左边两球被弹出，当球回摆再次碰撞时，最右边两球又被同时弹出，如此循环，因为外界因素的影响，最终五个球都会静止下来。 （3）整个实验看似简单，但要在MATLAB上完成这样一个动画过程，还是需要下点功夫，克服困难的。经过自己的努力，终于实现了整个过程，这也是一种不小的收获。 2.设计要求： （1）能够实现有阻尼摆动，即摆幅随摆动次数增加越来越小，直到静止。（2）能够让摆球弧线摆动。 三．系统设计 1.系统设计过程 （1）通过函数axis建立坐标系 （2）在坐标系范围内通过函数line画各个支架 （3）通过函数title添加标题“动量守恒实验”、函数text添加标注“牛顿摆球” （4）通过函数line画出五个球，并设定其初始位置，颜色,大小,线条的擦拭方式

自动控制设计(自动控制原理课程设计)

自动控制原理课程设计 本课程设计的目的着重于自动控制基本原理与设计方法的综合实际应用。主要内容包括:古典自动控制理论(PID)设计、现代控制理论状态观测器的设计、自动控制MATLAB 仿真。通过本课程设计的实践,掌握自动控制理论工程设计的基本方法与工具。 1 内容 某生产过程设备如图1所示,由液容为C1与C2的两个液箱组成,图中Q 为稳态液体流量)/(3s m ,i Q ?为液箱A 输入水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,1Q ?为液箱A 到液箱B 流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,2Q ?为液箱B 输出水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,1h 为液箱A 的液位稳态值)(m ,1h ?为液箱A 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,2h 为液箱B 的液位稳态值)(m ,2h ?为液箱B 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,21,R R 分别为A,B 两液槽的出水管液阻))//((3s m m 。设u 为调节阀开度)(2m 。 已知液箱A 液位不可直接测量但可观,液箱B 液位可直接测量。 图1 某生产过程示意图

要求 1. 建立上述系统的数学模型; 2. 对模型特性进行分析,时域指标计算,绘出bode,乃示图,阶跃反应曲线 3. 对B 容器的液位分别设计:P,PI,PD,PID 控制器进行控制; 4. 对原系统进行极点配置,将极点配置在－1＋j 与－1－j;(极点可以不一样) 5. 设计一观测器,对液箱A 的液位进行观测(此处可以不带极点配置); 6. 如果要实现液位h2的控制,可采用什么方法,怎么更加有效？试之。 用MATLAB 对上述设计分别进行仿真。 (提示:流量Q=液位h/液阻R,液箱的液容为液箱的横断面积,液阻R=液面差变化h ?/流量变化Q ?。) 2 双容液位对象的数学模型的建立及MATLAB 仿真过程 一、对系统数学建模 如图一所示,被控参数2h ?的动态方程可由下面几个关系式导出: 液箱A:dt h d C Q Q i 111?=?-? 液箱B:dt h d C Q Q 22 21?=?-? 111/Q h R ??= 222/Q h R ??= u K Q u i ?=? 消去中间变量,可得: u K h dt h d T T dt h d T T ?=?+?++?222122221)( 式中,21,C C ——两液槽的容量系数 21,R R ——两液槽的出水端阻力 111C R T =——第一个容积的时间常数 222C R T =——第二个容积的时间常数 2R K K u =_双容对象的放大系数

自动控制原理Matlab程序作业(精)

自控控制原理 MATLAB 程序设计作业 指导老师:汪晓宁 目录 一、题目 (2) 二、运行结果 (3) 三、程序说明 (8) 四、附录 ............................................ 9 代码 . ............................................. 9 参考文献 .. (17) 一、题目 用 Matlab 创建用户界面,并完成以下功能 a 将产生未综合系统的根轨迹图以及 0.707阻尼比线, 你可以交互地选择交点的运行点。界面能显示运行点的坐标、增益值以及近似为二阶系统估算的超调量、调整时间、峰值时间、阻尼比、无阻尼自然震荡频率以及稳态误差 b 显示未综合系统的阶跃响应 c 输入控制器的参数, 绘制综合后系统的根轨迹图以及显示综合的设计点 (主导极点 , 允许不断改变控制器参数,知道所绘制的根轨迹通过设计点 d 对于综合后的系统, 显示运行点的坐标、增益,近似为二阶系统估算的超调量、调整时间、峰值时间、阻尼比、无阻尼自然震荡频率以及误差系数 e 显示综合后系统的阶跃响应 二、运行结果

输入传递函数分子分母 生成根轨迹图

选择点并得到该点各项参数在下方输出面板输出 获得阶跃响应图 用 rltool(辅助,选择合适的插入零点

输入零点,并得到根轨迹图

选择根轨迹图上的任一点,得到数据,在下方输出面板输出得到阶跃响应图 三、运行说明

第一步, 在请输入分子后的输入框输入传递函数分子的矩阵, 在下一输入框输入传递函数分母并按“生成根轨迹图”按钮获得根轨迹 第二步, 按选择点并显示各参数获得根轨迹图上任一点的各项数据, 数据全部输出在下方输出面板 第三步,按“生成阶跃响应图”按钮可以获得该函数的阶跃响应 第四步,在“请输入插入零点”后的输入框中输入参数,并按“生成综合后根轨迹图” 按钮产生根轨迹 (可以通过点击“根轨迹校正”按钮,调用工具箱拖动零点进行快速查看根轨迹图,选择合适的根轨迹再在输入框中输入零点的值 第五步,按“选择点并显示各参数(综合后系统”选取各点,查阅参数,数据输出在下方输出面板上 第六步,按“生成阶跃响应图(综合后系统”可以得到综合后系统的阶跃响应 最后,点击“退出”结束程序 四、附录 代码: function varargout = Liushuai20122510(varargin % LIUSHUAI20122510 MATLAB code for Liushuai20122510.fig % LIUSHUAI20122510, by itself, creates a new LIUSHUAI20122510 or raises the existing % singleton*. %

matlab课程设计拟定题目

第一类：单位转换 1.长度单位换算的设计与实现 2.面积单位换算的设计与实现 3.体积单位换算的设计与实现 4.容积单位换算的设计与实现 5.质量单位换算的设计与实现 6.时间单位换算的设计与实现 7.温度单位换算的设计与实现 7.压强单位换算的设计与实现 8.角度单位换算的设计与实现 8.功率单位换算的设计与实现 第二类：曲线绘制 1.直线的自动绘制和相关计算 2.椭圆的自动绘制和相关计算 3.双曲线的自动绘制和相关计算 4.抛物线的自动绘制和相关计算 5.心脏线的自动绘制和相关计算 6.渐开线的自动绘制和相关计算 7.滚圆线的自动绘制和相关计算 8.三叶玫瑰线的自动绘制和相关计算9.四叶玫瑰线的自动绘制和相关计 10.阿基米德螺线的自动绘制和相关计算第三类：曲面绘制 1.球面的自动绘制和相关计算 2.椭球面的自动绘制和相关计算 3.单叶双曲面的自动绘制和相关计算 4.双叶双曲面的自动绘制和相关计算 5.抛物面的自动绘制和相关计算 6.双曲抛物面的自动绘制和相关计算 7.双曲柱面的自动绘制和相关计算 8.椭圆柱面的自动绘制和相关计算 9.抛物柱面的自动绘制和相关计算 10.圆锥面的自动绘制和相关计算 第四类：线性回归 1.男士身高体重相关计算经验公式 2.女士身高体重相关计算经验公式 3.男士胖瘦等级的确定 4.女士胖瘦等级的确定 5.男士身高脚长相关计算经验公式 6.女士身高脚长相关计算经验公式 7.父子身高相关性研究 8.母子身高相关性研究 9.父女身高相关性研究 10.母女身高相关性研究 第五类：学习成绩 1.期末总评自动计算的设计与实现 2.成绩等级自动评定的设计与实现 3.成绩分段自动统计的设计与实现 4.成绩分布折线自动绘制的设计与实现 5.成绩自动统计分析的设计与实现 6.试卷分布自动分析的设计与实现 7.试卷难度自动分析的设计与实现 8.考试成绩名次自动生成的设计与实现

matlab课程设计报告书

《计算机仿真及应用》课程设计报告书 学号：08057102，08057127 班级：自动化081 姓名陈婷，万嘉

目录 一、设计思想 二、设计步骤 三、调试过程 四、结果分析 五、心得体会 六、参考文献

选题一、 考虑如下图所示的电机拖动控制系统模型，该系统有双输入，给定输入)(t R 和负载输入)(t M 。 1、 编制MATLAB 程序推导出该系统的传递函数矩阵。 2、 若常系数增益为：C 1＝Ka ＝Km ＝1，Kr ＝3，C2＝0.8，Kb ＝1.5，时间常数T 1＝5， T 2＝0.5，绘制该系统的根轨迹、求出闭环零极点，分析系统的稳定性。若)(t R 和)(t M 分别为单位阶跃输入，绘制出该系统的阶跃响应图。（要求C 1，Ka ，Km ，Kr ，C2，Kb ， T 1，T 2所有参数都是可调的） 一．设计思想 题目分析： 系统为双输入单输出系统，采用分开计算，再叠加。 要求参数均为可调，而matlb 中不能计算未赋值的函数，那么我们可以把参数设置为可输入变量，运行期间根据要求赋值。 设计思路： 使用append 命令连接系统框图。 选择‘参数=input('inputanumber:')’实现参数可调。 采用的方案： 将结构框图每条支路稍作简化，建立各条支路连接关系构造函数，运行得出相应的传递函数。 在得出传递函数的基础上，使用相应的指令求出系统闭环零极点、画出其根轨迹。 通过判断极点是否在左半平面来编程判断其系统是否稳定。 二．设计步骤 （1）将各模块的通路排序编号

（2）使用append命令实现各模块未连接的系统矩阵 （3）指定连接关系 （4）使用connect命令构造整个系统的模型 三．调试过程 出现问题分析及解决办法： 在调试过程出现很多平时不注意且不易寻找的问题，例如输入的逗号和分号在系统运行时不支持中文格式，这时需要将其全部换成英文格式，此类的程序错误需要细心。 在实现参数可调时初始是将其设为常量，再将其赋值进行系统运行，这样参数可调性差，后用‘参数=input('inputanumber:')’实现。 最后是在建立通路连接关系时需要细心。 四．结果分析 源代码： Syms C1 C2 Ka Kr Km Kb T1 T2 C1=input('inputanumber:') C2=input('inputanumber:') Ka=input('inputanumber:') Kr=input('inputanumber:') Km=input('inputanumber:') Kb=input('inputanumber:') T1=input('inputanumber:') T2=input('inputanumber:') G1=tf(C1,[0 1]); G2=tf(Ka*Kr,[0 1]); G3=tf(Km,[T1 1]); G4=tf(1,[T2 1]); G5=tf(1,[1 0]); G6=tf(-C2,1); G7=tf(-Kb,1); G8=tf(-1,1); Sys=append(G1,G2,G3,G4,G5,G6,G7,G8) Q=[1 0 0;2 1 6;3 2 7;4 3 8;5 4 0;6 5 0;7 4 0;8 0 0;]; INPUTS1=1; OUTPUTS=5; Ga=connect(Sys,Q,INPUTS1,OUTPUTS) INPUTS2=8; OUTPUTS=5; Gb=connect(Sys,Q,INPUTS2,OUTPUTS) rlocus(Ga)

matlab课程设计题目全

Matalab课后作业 学院：电气信息工程及其自动化 班级： 学号： 姓名： 完成日期： 2012年12月23日

1、 matlab 软件主要功能是什么？电气工程及其自动化专业本科生主要用到哪 些工具箱，各有什么功能？ 答：（1）主要功能：工业研究与开发； 数学教学，特别是线性代数；数值分析和科学计算方面的教学与研究；电子学、控制理论和物理学等工程和科学学科方面的教学与研究； 经济学、化学和生物学等计算问题的所有其他领域中的教学与研究；符号计算功能；优化工具；数据分析和可视化功能；“活”笔记本功能；工具箱；非线性动态系统建模和仿真功能。 （2）常用工具箱： （a ） MATLAB 主工具箱：扩充matlab 的数值计算、符号运算功能、图形建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互功能。 （b ）符号数学工具箱：符号表达式、符号矩阵的创建；符号可变精度求解；因式分解、展开和简化；符号代数方程求解；符号微积分；符号微分方程。 （c ） SIMULINK 仿真工具箱： Simulink 是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink 提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。 （d ）信号处理工具箱：数字和模拟滤波器设计、应用及仿真；谱分析和估计；FFT 、DCT 等 变换；参数化模型。 （e ）控制系统工具箱：连续系统设计和离散系统设计；状态空间和传递函数以及模型转换；时域响应（脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应）；频域响应（Bode 图、Nyquist 图）；根轨迹、极点配置。 2、设y=23e t 4-sin(43t+3 ),要求以0.01秒为间隔，求出y 的151个点，并求出其导数的值和曲线。 程序如下： clc clear x=0:0.01:1.5; y=sqrt(3)/2*exp(-4*x).*sin(4*sqrt(3)*x+pi/3); y1=diff(y); subplot(2,1,1) plot(x,y) subplot(2,1,2) plot(x(1:150),y1) 曲线如下图所示：

matlab音频降噪课程设计报告

matlab音频降噪课程设计报告

燕山大学 医学软件课程设计说明书 题目：基于MATLAB巴特沃斯滤波器的音频去噪的GUI设计 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 13级生物医学工程 2 班 学号： 130103040041 学生姓名：魏鑫 指导教师：许全盛 1

院（系）：电气工程学院基层教学单位：生物医学工程系 学号130103040041 学生 姓名 魏鑫 专业（班 级） 13级生 物医学 工程2 班 设计 题目 基于MATLAB音频去噪的GUI设计设 计 技术参数通带截止频率fp=2700;阻带截止频率fs=3000;采样频率FS=48000; 通带衰减不大于1dB;阻带衰减不小于10dB; 设计要求1.实现用MATLAB导入音频； 2.对音频进行频谱分析； 3.设计滤波器去噪并对含噪信号进行滤 2

波并进行功率谱分析； 4.设计能实现上述功能的GUI； 工作量1.完成音频录入及频谱分析相关程序的编写与调试； 2.设计滤波器去噪； 3.用MATLAB软件做GUI界面的设计； 工作计划11.21-11.24 MATLAB软件中GUIDE 工具箱的使用 11.25-11.29 各处理算法模块的编程实现 11.30-12.1 整体程序联调 12.2 撰写课程设计说明书,答辩 参考资料 1. 陈怀琛吴大正 MATLAB及在电子信息课程中的应用[M] 北京电子工业出版社 2006. 章节2.4； 2. 陈亚勇 MATLAB信号处理详解[M] 北京：人民邮电出版社 2000. 第十 3

章； 3.张康刘雅基于Matlab的巴特沃斯 数字低通滤波器的设计[J] 计算机与现代化 2007年 12期 98-100页 指导 教师签字许全盛 基层教学单 位主任签字 彭勇 目录 一、设计目的意义 (1) 1.1绪论 (1) 1.2设计目的 (1) 1.3意义 (1) 二、设计内容 (2) 2.1 设计原理 (2) 2.2 设计内容 (2) 三、设计过程及结果分析 (3) 3.1 设计步骤 (3) 4

自控专业设计的方法和步骤

.自控工程设计的任务 自控工程专业设计的任务基本上有以下几个方面： 1.1负责生产装置、辅助工程和公用工程系统的检测、控制、报警、联锁/ 停车， 以及监控/ 管理计算机系统的设计； 1.2负责检测仪表、控制系统及其辅助设备和安装材料的选型设计； 1.3负责监测仪表和控制系统的安装设计； 1.4负责DCS PLC自控系统的配置、功能要求和设备选型，并负责或参加软 件的编制工作； 1.5负责现场仪表的环境防护措施的设计； 1.6负责控制室的设计； 1.7负责生产过程计量系统的设计。 自控工程设计常用的方法是由工艺专业提出条件，自控与工艺专业一起讨论确定控制方案，确定必要的中间储槽及其容量，确定合适的设备余量，确定开、停车以及紧急事故处理方案等。这种设计方法对合理确定控制方案，充分发挥自控专业的主观能动性是有益的。但是在实际设计过程中，尤其对一些新工艺，主要是由工艺专业提出条件并确定控制方案，自控专业进行设计，我们当前基本采用这种方法。 2.自控工程设计的阶段划分和设计内容 当前工程设计的阶段划分，一般分为两个阶段，即初步设计和施工图设计 2.1初步设计 初步设计的主要目的是为了上报有关部门作为审批的依据，并为订货做好必要的准备。它应完成的主要内容为： 设计说明书：给出设计依据、设计原则，提出项目实施的必要性，拟定控制系统的技术方案、仪表选型规定、DCS空制系统的选型及控制策略，并从节能、消防、环境保护以及劳动安全卫生等方面作出设计概述。 工艺控制流程图：在工艺专业流程图的基础上，正确选定所需的检测点及其安装位置，选择必要的被控变量和恰当的操纵变量，绘制于工艺流程图上。图例符号应符合化工部标准《过程检测和控制系统用文字代号和图形符号(HG 20505)》或国标《过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号(GB 2625) 》。 主要仪表设备、材料汇总表：汇总所有控制系统所需设备及相应材料，给出名称、数量，为订货以及概算提供依据。 初步设计概算：从建筑工程、设备、安装工程、工器具费等方面进行综合概算。 2.2施工图设计施工图设计是直接应用于施工的图纸设计。当前我们常用的施工图 设计文 件由以下内容组成： 1)图纸目录 2)设计说明书 3)材料表 4)设备明细表 5)工艺专业提资表

《自动控制原理》MATLAB分析与设计

《自动控制原理》MATLAB分析与设计 仿真实验报告 第三章线性系统的时域分析法 1、教材P136.3-5系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较，分析仿真结果； (1)原系统的动态性能 SIMULINK仿真图： 仿真结果： 分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=3.2s，超调量18.0％，调节时间ts=7.74s。 (2)忽略闭环零点的系统动态性能 SIMULINK仿真图：

仿真结果： 分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=3.6s，超调量16.7％，调节时间ts=7.86s。 （3）两种情况动态性能比较 SIMULINK仿真图： 仿真结果：

原系统 忽略闭环零点 分析：通过比较可以看出闭环零点对系统动态性能的影响为：减小峰值时间，使系统响应速度加快，超调量增大。这表明闭环零点会减小系统阻尼。 3-9系统 SIMULINK仿真图： 仿真结果：

Scope0 分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=1.05s，超调量35.1％，调节时间ts=3.54s（△=2％）。 Scope1 分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=0.94s，超调量37.1％，调节时间ts=3.44s（△=2％）。

Scope2 分析：由于计算机在计算的过程也存在误差，因此，不同的参数时，两条线重合，需将闭环传递函数计算出来再作比较。 计算出闭环传递函数 SIMULINK仿真图：

分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=1.05s，超调量35.1％，调节时间ts=3.54s（△=2％）。 Scope4 分析：从图中可以看出：峰值时间：tp=0.94s，超调量37.1％，调节时间ts=3.44s（△=2％）。