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《自动控制原理实验教程 硬件模拟与MATLAB仿真 教学课件 作者 熊晓君第2章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第2章控制系统的数学模型实验一基于MATLAB/Simulink建立控制系统数学模型1.实验目的（1）熟悉MATLAB实验环境，掌握MATLAB命令窗口的基本操作。（2）掌握MATLAB建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。（3）掌握使用MATLAB命令化简模型基本连接的方法。（4）学会使用Simulink模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。7/21/2021自动控制原理实验教程2.实验内容（1）控制系统模型的建立控制系统常用的数学模型有四种：传递函数模型（tf对象）、零极点增益模型（zpk对象）、结构框图模型和状态空间模型（ss对
2、象）。经典控制理论中数学模型一般使用前三种模型，状态空间模型属于现代控制理论范畴。1）传递函数模型（也称为多项式模型）连续系统的传递函数模型为：在MATLAB中用分子、分母多项式系数按s的降幂次序构成两个向量：num=[b0,b1,…,bm]，den=[a0,a1,…,an]。7/21/2021自动控制原理实验教程用函数tf()来建立控制系统的传递函数模型，用函数printsys()来输出控制系统的函数，其命令调用格式为：sys=tf(num,den)和printsys(num,den)Tips：对于已知的多项式模型传递函数，其分子、分母多项式
3、系数两个向量可分别用sys.num{1}与sys.den{1}命令求出。【范例2-1】已知系统传递函数7/21/2021自动控制原理实验教程【范例2-2】已知系统传递函数【自我实践2-1】建立控制系统的传递函数模型：7/21/2021自动控制原理实验教程2）零极点增益模型零极点模型是是分别对原传递函数的分子、分母进行因式分解，以获得系统的零点和极点的表示形式。式中，K为系统增益，z1，z2，…，zm为系统零点，p1，p2，…，pn为系统极点。在MATLAB中，用向量z，p，k构成矢量组[z,p,k]表示系统。即z=[z1,z2,…,zm]，p=
4、[p1,p2,…,pn]，k=[k]用函数命令zpk()来建立系统的零极点增益模型，其函数调用格式为：sys=zpk(z,p,k)7/21/2021自动控制原理实验教程【范例2-3】已知系统传递函数【自我实践2-2】建立控制系统的零极点模型：（2）控制系统模型间的相互转换[num,den]=zp2tf(z,p,k)零极点模型转换为多项式模型[z,p,k]=tf2zp(num,den)多项式模型转化为零极点模型7/21/2021自动控制原理实验教程【范例2-6】已知系统传递函数，求其等效的零极点模型。【自我实践2-4】建立控制系统的多项式模型。7
5、/21/2021自动控制原理实验教程（3）控制系统反馈连接之后的等效传递函数两个环节反馈连接后，其等效传递函数可用feedback()函数求得。若G（s）为闭环前向通道的传递函数sys1，H（s）为反馈函数的传递函数sys2，则feedback（）函数调用格式为：sys=feedback（sys1,sys2,sign）其中sign是反馈极性，sign缺省时，默认为负反馈，sign＝-1；正反馈时，sign＝1，单位反馈时，sys2＝1，且不能省略。7/21/2021自动控制原理实验教程【范例2-8】已知系统，。求负反馈闭环传递函数。【自我实践2
6、-6】已知系统，求它的单位负反馈闭环传递函数。7/21/2021自动控制原理实验教程（4）用系统Simulink模型结构图化简控制系统模型【范例2-9】已知系统结构图，求系统闭环传递函数。1C(s)5s+2G21s+1G11R(s)7/21/2021自动控制原理实验教程3.实验能力要求（1）熟练使用各种函数命令建立控制系统数学模型。（2）完成实验的范例题和自我实践，并记录结果。7/21/2021自动控制原理实验教程实验二典型环节模拟电路及其数学模型1.实验目的（1）掌握典型环节模拟电路的构成，学会运用模拟电子组件构造控制系统。（2）观察和分析各
7、典型环节的单位阶跃响应曲线，掌握它们各自的特性。（3）掌握各典型环节的特征参数的测量方法，并根据阶跃响应曲线建立传递函数。7/21/2021自动控制原理实验教程2.实验原理 动态特性可采用阶跃响应或脉冲响应测量法，即给被测对象施加阶跃输入信号或脉冲输入信号，利用示波器或记录仪测量被测对象的输出响应，如图所示。7/21/2021自动控制原理实验教程3．实验内容使用运算放大器和阻容元件构成各种典型环节的模拟电路观测并记录各种典型环节的阶跃响应曲线测量各环节的特性参数改变模拟电路中元件的参数，研究参数变化对典型环节阶跃响应的影响。说明：1.运算放大器
8、的同相端接地电阻R0均为100kΩ。2.输入阶跃信号幅值设置为-1。7/21/2021自动控制原理实验教程（1）比例环节（P）比例环节的特性参数为比例
