《控制系统计算机仿真》实验指导书

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)?32s(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)?100s?2

s(s?1)(s?20)(2) H(z)?

?3z?2,Ts?0.1

z3?0.2z2?0.25z?0.055、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

201?203000??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?40320G(s)?8s?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。

1s+14s+22s +2s+12s +23s +14s2s +212s 3150 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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