《控制系统仿真与CAD》实验指导书朱品伟.doc

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1、控制系统仿真与CAD实验指导书江苏理工学院电气信息工程学院朱品伟2013.12实验一 Matlab使用方法和程序设计一、 实验目的 1、掌握Matlab软件使用的基本方法； 2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句 3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制 4、熟悉Matlab程序设计的基本方法 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、矩阵运算 （1）矩阵的乘法 已知A=1 2;3 4; B=5 5;7 8; 求A2*B。 （2）矩阵除法 已知 A=1 1 2;4 9 6;5 7 9; B=1 2 1;3 2 4;5 8 3;

2、求AB,A/B。（3）矩阵的转置及共轭转置 已知A=5+i,2-i,1;6*i,4,9-i; 求A., A。 （4）使用冒号选出指定元素 已知： A=1 2 3;4 5 6;7 8 9; 求A中第3列前2个元素；A中所有列第2，3行的元素； （5）方括号 用magic函数生成一个4阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列。 3、多项式 （1）求多项式的根 （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的特征多项式; 求特征多项式中未知数为20时的值； 把矩阵A作为未知数代入到多项式中； 4、 基本绘图命令 （1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t0，2

3、（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 5、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、刻度线； （3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本； 6、基本程序设计 （1）编写命令文件：计算1+2+n2000时的最大n值； （2）编写函数文件：分别用for和while循环结构编写程序，求2的0到n次幂的和。 （3）如果想对一个变量x自动赋值。当从键盘输入y或Y时（表示是），x自动赋为1； 当从键盘输入n或N时（表示否），x自动赋为0

4、；输入其他字符时终止程序。 三、 预习要求 利用所学知识，编写实验内容中2到6的相应程序，并写在预习报告上。 实验二 控制系统分析（一） 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、

5、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K值范围。 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。 实验三 控制系统分析（二） 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、

6、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函数两种方法来判定） 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

7、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。 实验四 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、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k值范围。3、 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

8、校正参数，使之满足： （1）阶跃响应的超调量：30%； （2）阶跃响应的超调时间：ts0.8 s（=0.02）。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。实验五 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：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。实验六 SIMULINK

9、 仿真一、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、使用Simulink创建系统,求解非线性微分方程 。其初始值为 ,绘制函数的波形。4、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 16，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。 5、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=45，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。