朱永甫《自动控制原理》实验指导书1320931和1420931

更新时间：2023-12-07 17:47:01 阅读量：教育文库文档下载

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前言

自动控制原理课程是自动化学科各专业共同的重要专业基础课程，也是信息、机电类各专业的主要专业基础课程。该课程全面阐述自动控制的基本理论与应用，理论严谨，系统性强，并富有工程性。

该课程的教学不仅可以为各专业的后续专业课程的学习打下坚实的基础，而且对于培养学生的辨证思维能力和创新能力，树立理论联系实际的科学观点，以及提高综合分析问题、解决问题的能力等方面，都具有重要的意义。

为了适应控制技术和控制理论发展形势的需要和新时期对人才培养提出的新要求，自动控制原理教学内容和课程体系的改革更加受到重视。在教学中，注重使用先进的教学方法，合理运用现代信息技术手段，改革传统的教学观念、教学方法、教学手段和教学管理，广泛吸收先进的教学经验，大力改革实验教学的形式和内容，使自动控制原理课程建设和教学质量上一个新的台阶。

本实验指导书针对非自动化类专业学生学习自动控制原理课程而编写。考虑到实验课程学时少（6学时），我们主张运用MATLAB软件进行仿真实验来代替硬件实验。MATLAB除了传统的交互式编程之外，还提供了丰富可靠的矩阵运算、图形绘制、数据处理、方便的Windows编程等便利工具。此外，出现了大量的工具箱(control systems toolbox)、系统辨识工具箱(system identification toolbox)、神经网络工具箱(neural network toolbox)等，以及仿真环境SIMULINK。可以想象，把MATLAB作为一种基本工具与教学内容有机结合，用于控制系统分析、计算、设计和仿真，将会使教学及实验效果、效率均有明显提高。

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第1章 Matlab简介 .................................................................................. 4

1.1 概述 ..................................................................................................................... 4 1.2 用户界面 ............................................................................................................. 4 1.3 基本语法与操作 ................................................................................................. 7

1.3.1 简单矩阵的输入 ............................................................................................................. 7 1.3.2 语句和变量 ..................................................................................................................... 7 1.3.3 语句以“％”开始和以分号“；”结束的特殊效用 ................................................. 8 1.3.4 获取工作空间信息 ......................................................................................................... 8 1.3.5 常数与算术运算符 ......................................................................................................... 9 1.3.6 MATLAB编程指南 ....................................................................................................... 9

第2章实验项目 .................................................................................... 11

2.1 Matlab编程练习、系统传递函数模型的建立 ............................................... 11 2.2 系统时域分析 ................................................................................................... 15 2.3 根轨迹法 ........................................................................................................... 19 2.4 系统频域分析 ................................................................................................... 22

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《自动控制原理》实验指导书

第1章 Matlab简介

1.1 概述

MATLAB是Mathworks公司开发的一种集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的功能强大、操作简单的优秀工程计算应用软件。MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题，而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能，能够很好的帮助工程师及科学家解决实际的技术问题。

MATLAB的含义是矩阵实验室（Matrix Laboratory），最初主要用于方便矩阵的存取，其基本元素是无需定义维数的矩阵。经过十几年的扩充和完善，现已发展成为包含大量实用工具箱（Toolbox）的综合应用软件，不仅成为线性代数课程的标准工具，而且适合具有不同专业研究方向及工程应用需求的用户使用。

MATLAB最重要的特点是易于扩展。它允许用户自行建立完成指定功能的扩展MATLAB函数（称为M文件），从而构成适合于其它领域的工具箱，大大扩展了MATLAB的应用范围。目前，MATLAB已成为国际控制界最流行的软件，控制界很多学者将自己擅长的CAD方法用MATLAB加以实现，出现了大量的MATLAB配套工具箱，如控制系统工具箱（control systems toolbox），系统识别工具箱（system identification toolbox），鲁棒控制工具箱（robust control toolbox），信号处理工具箱（signal processing toolbox）以及仿真环境SIMULINK等。

1.2 用户界面

启动Matlab7.0，其主界面如图1-1所示。

Matlab的用户界面主要由Command Window（命令窗口）、Current Directory（当前目录窗口）、Workspace（工作台窗口）、Command History（命令历史记录窗口）、Editor（文件编辑器）等部分组成。

1、Command Window（命令窗口）

Command Window如图1-2所示，它是进行人机交互的主要场所，也是和编译器连接的主要窗口。命令或语句在提示符“>>”后直接输入后，按下“Enter”键便会立即被执行。

2、Current Directory（当前目录窗口）

Current Directory如图1-3所示，它显示的是当前用户工作所作的路径，即

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《自动控制原理》实验指导书

图1-1 Matlab7.0主界面

图1-2 Command Window

当前用户所建立的所有文件，都将默认地存储在该路径。用户可以在此窗口进行打开、复制、移动、查找、重命名、删除等文件操作。