自控原理实验指导书.docx

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1、自动控制原理实验指导书2010年9月附：实验二效果参考图二阶系统临界阻尼阶跃响应实验三控制系统的稳定性分析一实验目的L观察系统的不稳定现象。2.研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。二实验电路图L系统模拟电路图示于图3-1其开环传递函数为:其开环传递函数为:G(s) =10 Ms(o.is + i)g + i)闭环传递函数为:(S) =10 K5(0.15 + 1)(75 + 1) + 10式中 K1 =R2/R1, Rl=100K, R2=500K; T=RC, R=100K,分 C=luf 或 C=0.1uf 两种情况。四实验步骤L输入信号ul=3V, c=luf,改变电位器，使R2从

2、0-500K方向变化，此时相应K=10, Kl=0-100o观察输出波形，找到系统输出产生增幅振荡时相应的R2及K值，再 把电位器电阻由大至小变化，即R2=500K-0,找出系统输出产生等幅振荡时相 应的R2及K值，并观察输出波形。2,使系统工作在不稳定状态，即工作在等幅振荡情况，电容由luf变成O.hif,观 察系统稳定性的变化。五实验报告L画出模拟电路图。2 .画出系统增幅或减幅振荡的波形图。3 .计算系统的临界放大系数，并与实验中测量得临界放大系数相比拟。 附：实验三效果参考图等幅振荡（T=RC=O.1时，R2=190K）/WWW0155.5156156.5157衰减振荡（T=RCR.0

3、1 时，R2=500K）实验四.系统稳态误差分析一实验目的研究开环系统类型、输入信号和稳态误差之间的关系。二实验原理线路1.0型系统100K100K500K1=12.1型系统100K500K图4-3图4一4三实验预习要求.复习有关基本内容，推导出开环系统类型、输入信号与稳态误差的关系。四实验内容与步骤.按图4-1接线构成0型系统，在输入端加阶跃给定信号并测取其静态位置误差, 试分析当系统开环放大倍数时（改变K4）, 0型系统静态位置误差的变化。1 .按图4-3接线，构成I型系统，在输入端分别加入阶跃、斜坡信号，测量系统的 稳态误差。.2 .分析以上所得数据，与理论计算值Kp、Kv、武8）比拟作

4、出必要的结论。.五实验报告要求.画出实验原理线路及对应的系统方框图。1 .记录实验数据和结论。2 .分析实验数据，与理论计算值Kp、Kv、e（8）比拟，作出相应的结论。附：实验四效果参考图0型系统斜坡输入0型系统阶跃输入I型系统阶跃输入I型系统斜坡输入I型系统加速度输入（实验五-控制系统的根轨迹见P47 MATLAB局部）实验六系统频率特性实验一实验目的.掌握系统频率特性指标的概念意义及测量方法。1 .掌握控制系统参数变化对系统频率特性的影响。二实验原理Usr系统/环节Usr = SincotUsc = 诲函 + o(g)口7/、。管&S山碗+。3)“ 、W(9)=广=4 5= A(o)9(U

5、 srAxSincot三系统模拟电路图系统结构图四 实验步骤.参照系统模拟电路图在实验箱上连接电路。1 .将可变电阻调到某一电阻值（如OK）后，通电。2 .翻开频率特性分析实验系统软件，设置实验参数。3 .参数设置完成后，点击“开始”键后开始实验。4 .实验结束后会自动弹出一个TXT文本文件，上面记录了系统的各项频率特性 参数，将其保存，其中F为正弦波频率，W为角频率，Igw为角频率的对数， DA为给定正弦波峰值，AD为输出正弦波峰值，M为输出峰值与输入峰值之 比，DB为幅值A（&）, DU为对应的0（G）值，RE和IM分别为幅相曲线 上实部和虚部的值。5 .点击软件界面中“课题设置”中“读取

6、数据” 一项，翻开前面存的文本文件即 可得到系统的闭环波特图和奈式图。五 实验内容及报告要求.改变可变电阻的阻值，取三个不同阻值参照上述实验步骤进行实验。1 .记录系统的实验数据、闭环波特图和奈式图，记录谐振峰值与谐振频率。2 .根据频率特性曲线，求系统的传递函数。附：实验六效果参考图ESi频率特性实验数据250500750000250500750000250500750000250500750000250500750000250500750000250500750000250500750000250500750000250500750w: 1.571; w:3.142; w:4.712; w

7、:6.283; w:7.854： w: 9.425: w: 10.996 w: 12.566 w:14.137 w: 15.708 w: 17.279 w:18.850 w:20.420 w:21.991 w:23.562 w:25.133 w:26. 704 w:28.274 w:29.845 w:31.416 w:32.987 w: 34.558 w:36.128 w:37.699 w:39.270 w:40.841 w:42.412 w:43.982 w:45.553 w:47.124 w:48.695 w: 50.265 w: 51.836 w: 53.407 w:54.978 w:5

8、6.549 w:58.119 w:59.690 w:61.261w:62.83 v:64.40 w:65.97 w: 67. 54lgw:U. 196; lgw:0.497; lgw:0. 673; lgw:0. 798; Igw:0. 895: lgw:0. 974;lgw:1. 041 Igw:1. 099 lgw:1. 150 lgw:1. 196 lgw: 1.238 lgw: 1.275 lgw: 1.310 lgw: 1.342 lgw: 1.372 lgw:1.400 lgw:1.427 lgw:1.451 lgw:1.475 lgw:1.497 lgw: 1.518 lgw:1

9、. 539 lgw:1. 558 lgw:1. 576 lgw:1. 594 lgw: 1.611 lgw: 1.627 Igw:1. 643 Igw:1. 659 lgw: 1.673 Igw: 1.687 Igw:1. 701 lgw:1. 715 Igw: 1.728 Igw:1. 740 lgw: 1.752Igw:1. 764 Igw: 1.776 lgw: 1.787 lgw:1.79 Igw:1. 80 lgw:1.81 Igw:1.83DA:2. 000;DA:2. 000;DA:2. 000;DA:2. 000;DA:2. 000;DA:2. 000;DA:2. 000DA:

10、2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 000DA:2. 00DA:2. 0

11、0DA:2. 00DA:2. 00AD: 1.924;AD: 1.948;AD:2.000;AD:2.056;AD:2.100：AD:2.161;AD:2.253AD:2. 361AD:2. 507 AD:2.654 AD:2.761AD:2.778AD:2.698 AD:2.532 AD:2.319AD:2. 107AD: 1.899AD: 1.704AD: 1.550AD: 1.406AD: 1.260AD:1.157AD: 1.069AD:0.959AD:0.896AD:0.820AD: 0.784AD:0.713AD: 0.674AD:0.637AD:0.579 AD:0.535AD:

12、0.530 AD:0.493 AD: 0.454AD: 0.430 AD:0.396AD:0.374AD: 0.354AD:0.33AD:0.3H AD:0.28 AD:0.28M:0.962M:0.9747147199604M: 0.775M: 0.703M: 0.630 M:0.579M: 0.535M: 0.480M: 0.448 M:0.410M:0.392M:0.357M: 0.337M: 0.319M: 0.290 M:0.268M: 0.265M: 0.247M:0.227 M:0.215M:0.198M:0.187M:0.177M:0. 16；M:0. 15M:0.14M:0.

13、14DB: 0.000;DB: 0.240;DU:-8. 730：DU：-16.920;Re:0.988:Re: 0.984：152;Im:-0.299;DB: 0.424;DU:-19. 350：Re:0.991：Im：-O.348：DB:0.672;DU:-21.420;Re:1.006;395:DB: 1.035DU:-26. 100Re: 1.012496;DB: 1.441DU:-34.560Re: 0.972670 ：DB: 1.962DU:-42.210Re:0.928842：DB:2.457DU:-47.700Re:0.893981;DB:2.801DU:-57. 960Re:

14、 0.732170：DB:2.854DU:-71.640Re:0.438Im:-1.318：DB:2.600DU:-81.090Re: 0.209333;DB:2. 049DU:-94. 140Re：-O.091：263;DB: 1.285DU:-104. 850; Re:-O. 297;121;DB: 0.453DU:-113.040; Re:-0.412： Im:-0.969;DB:-0.450; DU:-117.810： Re:-0.443; Im:-0.840;DB:-1.391I： DU:-125.640; Re:-0.496;692;DB：-2. 2K1; DU：-128.700：

15、 Re：-0.485; Im:-0.605;DB:-3.061; DU:-133.200： Re:-0.481; Im:-0.512;DB：-4.01：5; DU:-136.980; Re:-0.461; Im:-0.430;DB：-4.754; DU：-139. 140： Re：-0.438; Im:-0.378;DB:-5.441; DU:-140.490： Re:-0.412;340;DB:-6.384; DU:-141.840; Re:-0.377; Im:-0.296;DB:-6.974; DU:-146.250; Re:-0.：372; Im：-。. 249;DB:-7.744;

16、DU:-145.440： Re:-0.338： Im:-0.233;DB:-8.134; DU:-146.700： Re:-0.328; Im:-0.215;DB:-8.959; DU:-155.880; Re:-0.：)25; Im:-O. 146;DB:-9.447; DU:-156.060： Re:-0. 308; Im:-0. 137;DB:-9. 938; DU:-152. 100; Re:-0.281;149;DB：-10.767; DU:-149.580; Re:-0.250;147：DB:-11.454; DU:-154.800; Re:-0.242： Im：-O. 114：D

17、B:-11. 535; DU:-153. 990; Re:-0.238：116;DB:-12.164; DU:-156.060; Re:-0.225;100：DB:-12.879; DU:-164.700; Re:-0.219;060：DB：-13.351; DU:-161.280; Re：-0.204;069;DB:-14.067; DU:-.640： Re：-0.188;062：563; DU:-162.900; Re:-0.179;055;DB:-15.041; DU:-165. 330; Re：-0.171;045;：DB：-15.598; DU：-169.200; Re：-O.163

18、; Im：-O.031:DB：-16. 193; DU：-163.710： Re：-0. 149： Inc-O. 043;DB：-16.985; DU:-163.440; Re：-O. 136;040;DB：-17.046; DU：-165.060: Re：-O. 136: Im：-O.036DB:-O.336; DU:-2. 340; Re:0.961; Im:-0.039;DB:-0.229： DU:-5.940： Re:0.969;101;保存I取消I可变电阻为200K时系统实验数据可变电阻为200K时系统闭环波特图可变电阻为200k时系统奈式图实验七系统校正一实验要求：未校正系统的原理

19、方框图：见图71所示R - S)图71 未校正系统的方框图 由闭环传函,、40%= 6.32甲=二二S2+ 25 + 40, = 0.158% =60%=1 T0 = 4s、静态误差系数以=20s/要求设计串联校正装置，使系统满足下述性能指标：25% 20父1分析：当控制系统的稳定性、响应速度和静态误差不合要求时，就需要校正。 校正中常用的性能指标有频域指标和时域指标，通常可采用根轨迹校正或频率校 正的方法。控制系统中常用的校正方式可分为串联校正、反应校正、前置校正和 复合校正四种，实际中最常用的校正方式是串联校正和反应校正。串联超前校正：串联超前校正适用于系统响应慢、相对稳定性差，但增益不太

20、低的 系统，可以提供超前角以增加相位裕度，或消去对象最接近原点的实极点以提高响 应速度。串联滞后校正：适用于稳态误差大，但响应不太慢的系统。串联滞后校正使已校正 系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相角裕度。串联滞后-超前校正：兼有滞后校正和超前校正的优点，即已校正系统响应速度较 快，超调量较小，抑制高频噪声的性能也较好。当待校正系统不稳定，且要求校正 后系统的响应速度、相角裕度和稳态精度较高时，以采用串联滞后超前校正为宜。 由理论推导(可参考有关自控原理书)得出校正环节的传递函数，并学习使用目录实实实实实实实实实实实实睑睑睑睑睑睑睑睑睑睑睑睑二三五、一八七八九十十十典型环节及其阶跃响应2二

21、阶系统阶跃响应7控制系统的稳定性分析10系统稳态误差分析12控制系统的根轨迹47系统频率特性实验15系统校正 18相平面法分析非线性系统21采样系统分析26状态反应30模拟PID控制实验 33数字PID控制实验37附：Matlab/Simulink自控原理实验模拟仿真39Matlab语言进行仿真设计（参见本实验指导书第58页），以下的校正环节的传递 函数供参考，同学们可自行设计校正环节并比照分析校正效果： /、 0.5S +1Gas）=60.05S +1所以校正后的方框图如图7-2所示：图7-3未校正系统的模拟电路图180K 180K图72校正后系统的方框图二未校正系统及校正后系统的模拟电路图

22、，见图73及图74500K10Kr(t) 200KlKllf 105U vnHT-J.图7-4校正后系统模拟电路图三实验内容及步骤1测量未校正系统的性能指标。(1)按图7-3接线。(2)加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量Mp和调节时间7；,将曲 线及参数记录下来。2测量校正系统的性能指标。(1)按图7-4接线。(2)加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量和调节时间。看是否到达期 望值，假设未到达，请仔细检查接线(包括阻容值)。3设计其他不同的校正环节并将实验结果进行比照分析。.附：实验七效果参考图校正前系统的阶跃响应曲线0.25.5.7511.251.51.75D/A图8-1所

23、示非线性系统用下述方法表示:实验八相平面法分析非线性系统.实验的原理方框图及模拟电路图相平面图表征系统在各种初始条件下的运动过程，相轨迹那么表征系统在某个初 始条件下的运动过程，相轨迹可用图解法求得，也可以用实验法直接获得，当改变 阶跃信号的幅值，即改变系统的初始条件时，便获得一系列相轨迹，根据相轨迹的 形状和位置就能分析系统的瞬态响应和稳态误差。(1)继电型非线型系统原理方框图如图8-1所示，图8-2是它的模拟电路图。S(0.5S + l)TC + C-KM = O(e0).(8-1)TC + C + KM = 0(eo)J .(8-4)L Te + e -KM = 0(e0)代入T=0.5

24、、K=l、以及所选用稳压值M,应用等倾线法作出当初始条件为:e(O) = r(O) - c(O) = r(O) = R时的相轨迹，改变r(O)值就可以得到一簇相轨迹。图8-1所示系统的相轨迹曲线如图83所示。统在阶跃信号下，在区域I内，例如在初始点A开始沿相轨迹运动到分界线上的点B, 从B点开始在区域H内，沿区域H内的相轨迹运动到点C再进入区域I,经过几次往 返运动，假设是理想继电特性，那么系统逐渐收敛于原点。(2)带速度负反应的继电型非线性系统原理方框图如图8-4所示。图8-2中的虚线用导线连接，那么图8-2就是图8-4的模拟电路。相轨迹示于图8-5 o显然，继电器非线性系统采用速度反应可以

25、减少超调量A/2,缩短调节时间4,减少振荡次数。图中分界线由方程 .(8-5)e 一左亡 =0确定，式中人为反应系数（图84中左,=0.1）JJMpf图8-5饱和非线性系统原理方框图如图8-6所示。图8-4的相轨迹R(S) _ E(S)R(S) _ E(S)MS(0.5 S + 1)图86饱和非线性系统 图87是它的模拟电路图86饱和非线性系统 图87是它的模拟电路图8-7饱和非线性系统模拟电路图图8-7饱和非线性系统模拟电路图图86所示系统由下述方程表示：.0.5 3 + 4+ e=0（|e|M）y 0.56 + e + M=0（eM）L0.5e + e- M= 0（e/T根据采样定理，当&

26、s2Gmax时，即时，X。）可以完满地复原Gm ax为连续信号，其中为采样角频率，Qmax为连续信号幅频的上限频率。假设连续 信号的角频率为坟= 2）x25的正弦波，那么X。）经保持器能复原为连续信号 的条件是： 采样周期：TT1T c(s)图9一4四.实验预习要求1列写实验所给系统的开环系统及闭环系统脉冲函数，并求出使系统稳定的临界 T值。2 分析当 T = 3ms , T = 15ms , T = 30ms , T = 60ms ,T = lOOmv时系统的稳定性。五实验内容与报告.观察采样保持与采样周期的关系，步骤如下：(1)按图92接线(2)DA输出1Hz正弦信号。(3)将信号单元VS

27、1中信号周期置于2 - 60侬档，调节电位器R3使采样周期T = 3ms(4)用示波器观察输入，输出波形。(5)改变采样周期直至3。侬，观察输出波形。1 .观察采样系统的稳定性及瞬态响应。按图9-3接线调整采样周期为3znv采样系统输入阶跃信号，观察并记录系统的输出波形。调整采样周期7 = 302s , T = 60ms , T = 100侬，观察并记录系 统的输出波形。六实验报告要求.实验的观测记录。1 .对实验结果进行分析比拟，讨论采样周期对系统性能的影响。2 .说明图9-3相应的连续系统会产生不稳定现象吗？为什么？附：实验九效果参考图实验一典型环节及其阶跃响应一实验目的1 .学习构成典型

28、环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。2 .学习典型环节阶跃响应测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节传递函数。 二实验内容搭建下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。1 .比例(P)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-1 OU2 A/DC luf11R2 200KR1100KU1(D/A图1一22 .惯性环节的模拟电路及其传递函数示于图1-2 oG(S)= - K/(TS+1)K=R2/R1,T=R2C3 .积分(I)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-3o图1一3闭环(T=60ms)实验十状态反应1实验目的：学习并掌握用极点配置方法设计状态反应控制系统的方法。2实验原理和电路

29、1)被控对象状态方程与能控性检测假设受控系统(A、B、C)完全能控，那么通过状态反应可以任意配置极点，设受控 系统如图10-1所示。可见系统开环传递函数为G(s) =，取图中xl,x2为状态变量，将系统5(0.055 + 1)开环传递函数表示为被控对象状态方程S(A,B,C),可以得： 图10-1受控系统的状态方程和输出方程为：x = Ax + bu y = Cx(10-1)X1 -20式中二.n2001oA中主对角线上的两个值为开环特征方程的两个根，一行二列的值为增益系数，二 行一列的值为反应系数(由于是开环所以为零)，详情可参照参考书状态反应的相应章 节。.0 20于是有 RankWc =

30、 RankB AB = Rank = 2可见状态完全可控。2)理想极点配置期望性能指标为：超调量45%；峰值时间/夕0.5秒。Mp =产声 5% n = 0.70771 吗 9取吗=10因此，根据性能指标确定系统希望极点为： *4 = -7.07+ j7.07I *有 =理想特征方程为：/+ 24啰/ +之=/ + 14.145 + 1003)状态反应系数确定假如状态反应后系统的特征方程为-20s + k2= s2 + (20 + k2)s + 20Z2 + 20kl = 0 s + 20sI-A+Bk = kl配置理想基点，那么有s1 + (20 + k2)s + 20k2 + 201 =

31、/ +14.14s +100 于是可计算出/f = H,Z:2 = 10.9,-5.9图10-3极点配置后系统结构图（图中“输入增益阵“L是用来满足静态要求的，这里无静态要求，可取L=l）根据按配置后的电路图10-4接线，输入阶跃信号，可观测到的阶跃响应曲线如图10-6 所示。图 10-6实验H一.模拟PID控制实验一实验目的1.研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。2.研究引入被调量微分负反应对系统性能的影响。二实验内容11系统结构图如图11-1所示。图中PID调节器的传递函数为Gc(S)=Kp(l+ki/S+KdS) 控制对象的传递函数为别为Gpl(S) =5/(0. 5S+

32、1) (0. 1S+1)Gp2(S)=l/(S(0. IS+l)2,本实验采用PI调节器，其传递函数为Gc(S)=Kp(l+ki/S) 模拟电路图为图11-2。R2图中PI调节器传递函数为：.Gc (S) =Kp (l+ki/S)=K(l+l/TiS)=(1)3式中 Ki=R2/Ri=l, Ti=R2C=0.473.被控对象的模拟电路图分别示于图11-3和图11-4,其中图11-3对应Gpl(S)； 图 11-4 对应 Gp2 (S) o图 11-3C1ufC luf图11-6被控对象为Gp2(S)时的系统接线图4 .被控对象Gpl(S)为0型系统，采用PI控制或PID控制，可使系统变为I型系

33、统， 被控对象Gp2(S)为I型系统，采用PI控制或PID控制，可使系统变为H型系统。5 .当输入为阶跃信号时，研究PI调节器电阻R2及电容C取不同参数时系统的阶跃响 应过程。6 .常用的反应校正是在被调量的负反应之外，再加上被调量微分的负反应，有助于抑 制振荡，减小超调，由于纯微分容易引入干扰，实际采用的是近似微分电路，这样的 PI调节器如图11-7所示。可改变微分反应电阻电容的参数并分析系统的阶跃响应并 与步骤5的实验结果进行比拟。图11-8带微分负反应的PI调节器且被控对象为Gpl(S)时的系统接线图图11-9带微分负反应的PI调节器且被控对象为Gp2(S)时的系统接线图三实验报告1 .

34、、记录以上各实验步骤的结果并与理论计算值相比拟。2 .当被控对象为Gpl(S)时，取过渡过程为最满意时的调节器参数值, 画出系统校正后的Bode图，查出相稳定裕量y和穿越频率d。附：实验十一效果参考图控制对象为Gpl时的系统阶跃响应控制对象为Gpl时且引入微分负反应时的系统阶跃响应控制对象为Gp2时且引入微分负反应时的系统阶跃响应实验十二数字PID控制实验一实验目的1 .研究数字PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。2 .研究采用积分别离算法对系统特性的影响。二实验内容1 .系统结构图如图12-1所示。图12-1系统结构图图中控制对象传函 G (S) =5/ (0. 5S+1) (0

35、. 1S+1)2.系统接线如图12-2所示。3.增量式PID控制算法是常用的控制算法，其公式为:uk = uk- +取 KP = KP,KI = KpL,KD = Tf一般情况下，增大比例系数KP会加快系统的响应速度，有利于减少静差。减小积分 系数KI (即增大积分时间提Ti)将减少积分作用，有利于减少超调使系统稳定但系 统消除静差的速度变慢。增加微分系数D (即增大积分时间提Td)有利于加快系统 响应，使超调减少，稳定性增加，但对干扰的抑制能力会减弱。4 .对积分作用的改进：积分别离法的作用是当被控量与给定值的偏差较大时，去掉积分，以防止积分饱和效应的产生；当被控量与给定值比拟接近时，重新引

36、入积分, 发挥积分的作用。消除静态误差，从而及保证了控制的精度又防止了振荡的产生。5 .接好线后，设置不同的参数值，观察系统的阶跃响应，并对实验结果进行分析。三实验报告.记系以上各实验步骤的结果并与理论计算值相比拟。1 .过渡过程为最满意时的调节器参数值，画出系统校正后的Bode图，查出相角稳定裕 量丫和穿越频率（De。附：实验十二效果参考图普通PID控制实验效果图采用积分别离PID控制算法实验效果图4.比例积分(PI)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-4。R2U1 R110Ku -l 卜D/A 1rR4U2 7WDR2 R3 C2RI图1-56.比例积分微分(PID)环节的模拟电路及其传递

37、函数示于图1-6o5.比例微分(PD)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-5oR210K R310K riZZhnCZbiCluf 1KG（S）= -K（TS+1）R2+R3 R2R3“RI , l R2+R3 -三实验报告.画出惯性环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节、比例积分微分环节的模拟 电路图，用坐标纸画出所记录的各环节的阶跃响应曲线。1 .由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由模拟电路计算的结 果相比拟。MATLAB/SIMULINK自控原理实验模拟仿真MATLAB是一套具有强大的科学及工程计算功能和丰富的图形显示功能的软件。其 功能包括：数值分析、矩阵运算、

38、数字信号处理、系统建模、控制和优化、计算结果 和功能可视化等，它比目前所用的Basic、Fortran和C语言在编制计算程序方面更易 操作，广泛应用于计算机辅助分析、控制理论分析和系统设计、信号和图像处理、建 模和仿真及通信等诸多领域。基于MATLAB的控制系统的仿真实验，是用MATLAB语言 及SIMULINK对系统建模、分析与设计的一种实验方法。它能快速、直观地分析连续系 统、离散系统、非线性系统的动态性能和稳态性能。下面简要介绍一下基于 MATLAB/SIMULINK的控制系统建模与仿真的基本方法。（一）MATLAB 语言MATLAB语言的程序可以用两种方式来执行，即命令行方式和m文件方

39、式，对应于 函数m文件和独立m文件。独立m文件由命令描述行写成之后存储，即可在MATLAB平 台上单独调用执行。函数m文件需要相应的输入输出变量参数方可执行，实验中采用MATLAB命令行方式。MATLAB语言具有强大的数学运算功能和丰富的图形表现方法。仿真中MATLAB语言用到的算法有：Euler法、四阶Runge-Kutta法、Adams法、Gear 法、Linsim 法。（二）SIMULINK 简介MATLAB的Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真与分析的软件包。进入MATLAB界面后，在命令窗口中键入Simulink”，回车后便翻开一个名为SimulinkLibrary B

40、rowser模块库浏览器，如图0-1所示。可以看见该模块库中包括以下几个子 模块库：Continuous （连续时间模型库），Discrete （离散时间模型库），Function&Table （函数模型库）,Math（数学运算模型库）,Nonlinear（非线性模型库）,Signals&Systems （信号与系统库）,Sinks （输出节点库）,Sourses （源节点库）,Subsystems （子系统 模型库）。Simulink为用户提供了用方框图进行系统建模的图形窗口，采用这种建模方 式绘制控制系统的动态模型结构图，只需要通过鼠标的点击和拖曳，将模块中提供的 各种标准模块拷贝到Sim

41、ulink的模型窗口中，就可以轻而易举的完成模型的创立。下 面通过一个例子来说明如何使用MATLAB命令行方式与Simulink进行系统的建模与仿 真。C on-t i nuousOxs =七 GFi_m.c _t i ons & T at les MathN onl i ne dkS x gna. 1 s & SystemsS i nlc sS o-cor oesC on-t i nuousOxs =七 GFi_m.c _t i ons & T at les MathN onl i ne dkS x gna. 1 s & SystemsS i nlc sS o-cor oesra- Mfr

42、S x mi_il x nlc|S3m，x-l i. nk 工i. bi W -p=aC omjm_xni o a -t i ons Bio ole s e -tT Coni:arol Sys *t em Tooltiox一， Dials &c= s Bio ole s e t1 D S尸 B1 oolc s e t打工：x。d一尸 o i nlz Bio olc s e -tFunnv Logic Toolt)ox 1I l 1 r一This is the sirrn_ilirK3 library采用矩阵形式表示传函分子，分母cloop为单位负反应函数显示传递函数的多项式模型Step为阶跃响应函数。1图0-3图02以下对如图0-2的系统进行阶跃响应仿真。1 MATLAB命令行方式写出系统的传递函数。（1） 采用阶跃响应函数求阶跃响应，得到阶跃响应曲线（图具体程序如下：nl=5;dl=l 5 0;n29d2=cloop(nl,dll);printsys(n2,d2);num/den =s A2 + 5 s + 5 step(n2,d2)2 SIMU