系统建模与仿真课程实验指导.doc

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1、《糸统建模与仿真》实验指导东北林业大学自动化2008年9月基础实验（一）基础实验（二）控制系统建模及稳定性分析控制系统的时域分析基础实验（三）控制系统的频域分析及根轨迹分析综合实验（四）控制系统的设计卖殓说朗:通过本课程的实验教学，学生应熟练掌握MATLAB语言的程序设计与使用，SIMULINK仿真工具的应用等基本仿真方法。掌握MATLAB软件实现控制系统数学模型的建立、变换及实现；控制系统的时域、频域及根轨迹分析;SIMULINK仿真环境下的系统设计与综合等系统建模与仿真的方法手段及实现途径。通过实验对所学的专业理论知识有更深入的理

2、解和认识，从而具备解决自动化及相关专业领域中实际系统分析、设计与综合等问题的能力。实验报告要求给出具体的MATLAB程序和简要的实验总结。实验一控制系统建模及稳定性分析一、实验目的1.学握Matlab中系统模型描述相关命令函数及使用；2.掌握系统模型变换及实现；3.学握Matlab中不同方法的系统稳定性分析。二、实验内容1.系统数学模型建立与转换2.系统模型连接等效3.系统模型实现4.控制系统稳定性分析（代数稳定判据、根轨迹法、频率特性法、Lyop第二法）三、实验步骤1.系统数学模型建立与转换给定SISO系统输入为“flow”，输出为

3、“Temp”，传递函数为G(s)=(l・3*+2s+2.5)e也+0.5£+1・2s+1使用MATLAB表示该传递函数2.系统模型实现「010_O-2-30X+1将状态空间模型-12-32j=[()0l]X化为对角标准型和伴随矩阵型3.控制系统稳定性分析已知控制系统结构图如图所示,求取系统的闭环极点，并判别闭环系统的稳定性。实验二控制系统的时域分析一、实验目的熟悉MATLAB环境下求取控制系统时间响应，计算性能指标量，分析系统的动态和稳态性能。二、实验内容利用MATLAB求取系统的时间响应实验步骤(1)已知控制系统传递函数25s?+2

4、s+25(2)利用拉普拉斯变换法求系统的脉冲响应函数，并绘制响应曲线。已知单位反馈控制系统讥。为其输入，y(0为输出，系统的开环传递函数为G(s)=25s(s+4)求系统的闭环传递函数。在同一个坐标系中绘制输入信号为坷⑴=l+0.2sin(4/)和u2(0=0.3/+0.3sin(5r)时,系统的时域响应曲线。解：编写如下所示的MATLAB程序numk=25;denk=[1,4,0];[num,den]=cloop(numk,denk);printsys(num,den)%显示闭环传递函数t=0:0.1:5;%产生时间向量u1=1+0

5、.2*sin(4*t);u2=0.3*t+0.3*sin(5*t);y1=lsim(num,den,u1,t)；y2=lsim(num,den,u2,t);实验三控制系统的频域分析及根轨迹分析一、实验目的1.熟悉Matlab环境下的控制系统频域曲线绘制，频域性能指标计算及性能分析;2.熟悉Matlab环境下控制系统的根轨迹分析法。二、实验内容利用MATLAB求取频率响应三、实验步骤如图所示系统，利用MATLAB求取系统的频率响应。其中输入信号为TIr（r）=2sinIt+4cos⑶+—）C(s).解：运行下面的程序OOOOOO%输入开

6、环传递函数模型oooooo%求闭环传递函数OOOOOO%输入正弦信号参数oooooo%频率特性计算oooooo%闭环系统幅频特性oooooo%闭环系统相频特性oooooo%频率响应幅值向量oooooo%频率响应初始相位向量G（5）~5（7+ij（7+2）实验报告“实验报告”按如下格式撰写：1、原理/建模（在实验内容及实验步骤处需要给出模型结果及参数取值）2、仿真实验/结果分析（在实验数据及结果处给出实验程序及仿真结果）3、实验总结（在结果与讨论处详细给出总结）实验!控制系统的设计一、实验目的熟悉Matlab环境下控制系统的校正与综合。

7、二、实验内容基于Bode图的控制系统滞后/超前校正三、实验步骤已知单位负反馈系统被控对象的传递函数为试设计系统的滞后•超前校正器q($),使Z满足。(1)在单位斜坡信号爪＞/作用下，系统的速度误差系数Kv=10s1；(2)校正后系统的相位裕量Pm范围为：50°〜60。；(3)校正后系统的剪切频率吆2^1rad/So解：(1)rti稳态误差要求，求系统开环增益K。根据白动控制理论和题冃要求，由速度误差系数K,定义并有K、=limsG(s)=lims=10、2055(0.85+1)(0.65+1)所以，原系统开环增益K=10。则被控对象的

8、传递函数为G($)=5(0.85+1)(0.65+1)(2)绘制系统校止前的Bode图和闭环系统单位阶跃响应曲线，并计算校止前系统的增益裕量Gm、相位裕量Pm、剪切频悔。绘制系统校止前Bode图的MATLAB程序如下：s