系统建模与仿真实验指导书 10级 .doc

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1、《系统建模与仿真实验设计与指导》机电工程学院电气工程及自动化实验室2013年3月目录基础实验（一）控制系统建模及稳定性分析基础实验（二）控制系统的数字仿真基础实验（三）控制系统的时域分析基础实验（四）控制系统的频域分析综合实验（五）控制系统的设计实验说明：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。掌握MATLAB软件实现控制系统数学模型的建立、变换和稳定性分析；控制系统的数字仿真；控制系统的时域、频域分析；控制系统设计。通过实验对所学的专业理论知识有更深入的理解和认识，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

2、。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.掌握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；3.掌握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.控制系统稳定性分析三、实验步骤1.系统数学模型建立给定SISO系统输入为“flow”，输出为“Temp”，传递函数为使用MATLAB表示该传递函数2.系统数学模型转换将状态空间模型转换为传递函数和零极点增益模型。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。

3、实验二控制系统数字仿真一、实验目的掌握Matlab中典型闭环系统的数字仿真；二、实验内容典型闭环系统的数字仿真MATLAB实现三、实验步骤求如图所示系统的阶跃响应y(t)的数值解。实验三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1．利用MATLAB求取系统的时间响应2．系统的稳态性能分析（稳态误差计算）3．系统的过渡过程分析（包括动态性能指标的计算）三、实验步骤1、单位反馈控制系统为其输入，为输出,系统的开环传递函数为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和时，系统的

4、时域响应曲线。2、已知控制系统闭环传递函数，绘制控制系统阶跃响应曲线并计算性能指标（要求用程序实现）3、已知一个单位负反馈系统开环零极点增益模型为，绘制系统单位斜坡响应曲线并求稳态误差。实验四控制系统的频域分析一、实验目的1.熟悉Matlab环境下的控制系统频域曲线绘制；2.熟悉控制系统频域性能指标计算及性能分析。二、实验内容1．利用MATLAB求取频率响应2．控制系统Bode图绘制及相关性能指标计算3．奈奎斯特图与尼柯尔斯图绘制及性能分析三、实验步骤1、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2、已知系统传递函数绘制其Bode图,并求系统频

5、域性能指标。3、系统开环传递函数绘制对数幅相特性曲线，并加画Nichols图线和坐标线。实验五控制系统的设计一、实验目的熟悉Matlab环境下控制系统的校正与综合。二、实验内容1．基于Bode图的控制系统滞后/超前校正2．基于Z-N的PID控制器设计三、实验步骤1.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超前校正器，使之满足：(1)在斜坡信号r(t)=v0t作用下，系统的稳态误差ess≤0.001v0；(2)校正后系统的相位裕量Pm范围为：43°～50°。2．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校正器，使之满足：(1)在斜坡信号r(t)=

6、v0t作用下，系统的稳态误差ess≤0.02v0；(2)校正后系统的相位裕度Pm范围为：43°～50°；(3)校正后系统的剪切频率≥3.6rad/s。3．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，使之满足。(1)在单位斜坡信号r(t)=t作用下，系统的速度误差系数Kv=10s-1；(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≥1rad/s。4．已知受控对象为一个带延迟的惯性环节，其传递函数为试用Ziegler-Nichols经验整定公式，分别计算P、PI、PID控制器的参数，并进行阶跃响应仿真。解：由该系

7、统传递函数可知，K=2，T=30，τ=10。可采用Ziegler-Nichols经验整定公式中阶跃响应整定法。PID控制器采用式表示的模型，计算P、PI、PID控制器参数和绘制阶跃响应曲线。