《控制系统计算机仿真》实验指导书
更新时间:2023-08-31 02:58:01 阅读量: 教育文库 文档下载
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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A^2*B
(2)矩阵除法
已知 A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3]; A\B,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p(x) = x3 - 2x - 4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; 4、 基本绘图命令
(1)绘制余弦曲线y=cos(t),t∈[0,2π]
(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), t∈[0,2π] 5、基本绘图控制
绘制[0,4π]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、比例、网络线 (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+ +n<2000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。
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 Matlab中控制系统的建模与分析
一、实验目的
1、掌握Matlab中连续、离散系统各种数学模型的建立方法; 2、掌握Matlab中各种数学模型之间的转换方法; 3、熟悉Matlab中控制框图的化简方法; 4、掌握如何使用Matlab进行系统的稳定性分析;
5、掌握如何使用Matlab进行系统的可控性、可观测性分析; 6、掌握如何使用Matlab进行系统的时域数值分析; 二、实验内容
1、连续线性系统的数学模型建立及转换
请用合适的格式,将下面的传递函数模型输入MATLAB环境,并转换成状态空间形式、零极点形式、画出零极点位置。采样周期为Ts=0.5s时,将其转换为离散系统。
s3 4s 2
G(s) 32
s(s 2)[(s2 1)3 2s 5]
2、离散线性系统的数学模型建立及转换
请用合适的格式,将下面的传递函数模型输入MATLAB环境,并转换成状态空间形式、零极点形式、画出零极点位置。
3、从下面给出的典型反馈控制系统结构子模型中,求出总系统的传递函数与状态方程模型。
4、系统稳定性分析
已知系统的开环传递函数如下,试分别对其闭环系统(单位负反馈)判别稳定性。
(1) G(s) 100
s 2
s(s 1)(s 20)
(2) H(z)
3z 2
,Ts 0.1
z3 0.2z2 0.25z 0.05
5、系统可控性、可观测性分析 判定下面系统的可控、可观测性
0A 0
0 1
20
1 20300
0 20 ,B 11 00 0 0
2 ,C 0100 1 0010 0
6、线性系统时域响应数字仿真 给出一个8阶系统模型
18s7 514s6 5982s5 36380s4 122664s3 222088s2 185760s 40320
G(s) 8
s 36s7 546s6 4536s5 22449s4 67284s3 118124s2 109584s 40320
并假定系统具有零初始状态。
a) 绘制出单位阶跃响应和脉冲响应曲线;
b) 从单位阶跃响应图上读取最大超调量、调节时间。
c) 若输入信号变为正弦信号u(t) sin(3t 5),绘制出系统时域响应曲线。 三、实验数据处理与分析
记录每个步骤所执行的命令及运行结果
四、预习与思考题
1、认真复习相关内容;
2、按实验指导书内容预先编程。
实验三 SIMULINK模型的建立
一、实验目的
1、掌握使用Simulink进行系统建模的方法; 2、掌握模块编辑的方法 3、掌握模块参数的设置方法;
4、掌握Simulink仿真参数的设置方法。
二、实验内容
1、建立系统模型,观察在单位阶跃信号激励下的响应。
2、建立系统模型,观察在单位阶跃信号激励下的响应。
3、直流电动机拖动系统模型框图如图所示,试用Simulink搭建系统的仿真模型,并绘制出系统在单位阶跃信号作用下的仿真结果曲线。
三、实验数据处理与分析
准确记录各个系统仿真结果。
四、预习与思考题
1、认真阅读教材相关内容; 2、按实验指导书内容做好预习。
实验四 线性系统SIMULINK仿真
一、实验目的
1、掌握使用Simulink进行系统建模的方法; 2、掌握模块编辑的方法 3、掌握模块参数的设置方法;
4、掌握Simulink仿真参数的设置方法。
二、实验内容
1、系统模型框图如图所示,试用Simulink搭建系统的仿真模型,并绘制出系统在单位阶跃信号作用下的仿真结果曲线。
2、线性系统微分方程为
35y 10y e 3t e 5tsin(4t /3), y(4) 24y(3) 50 y
且方程的初始值为y(0) 1,
(0) (0) 1/2,yy试用Simulink搭建y(3)(0) 0.2,
系统的仿真模型,并绘制出仿真结果曲线。 ----------------------------------------------- 提示:
x1 = y, x2 = y(1), x3 = y(2), x4 =y(3) x1 (1) = x2 x2 (1) = x3 x3 (1) = x4
x4 (1) = -24x4 - 50x3 - 35x2 - 10x1 + u(t)
100 0 0
0 0 010 X u(t)X
0 0 001 24 50 35 10 1 y 1000 XX(0) [10.50.50.2]Tu(t) e 3t e 5tsin(4t /3)
三、实验数据处理与分析
准确记录各个系统仿真结果。
四、预习与思考题
1、认真阅读教材相关内容; 2、按实验指导书内容做好预习。
实验五 非线性系统SIMULINK仿真
一、实验目的
1、掌握使用Simulink进行系统建模的方法; 2、掌握模块编辑的方法 3、掌握模块参数的设置方法;
4、掌握Simulink仿真参数的设置方法。
二、实验内容
1、建立起如图所示非线性系统的Simulink框图,并观察在单位阶跃信号输入下系统的输出曲线和误差曲线。
2、建立起如图所示非线性系统的Simulink框图,设输入信号为幅值为1.1的阶跃信号,用示波器模块观察系统的输出曲线和误差曲线。
三、预习与思考题
准确记录各个系统仿真结果。
四、预习与思考题
1、认真阅读教材相关内容; 2、按实验指导书内容做好预习。
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