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1、自动控制原理计算机仿真实验1. 实验目的（1） 熟悉典型系统的时域、频域和根轨迹特性；（2） 掌握系统校正与设计的方法。（3） 了解应用计算机工具分析线性系统的基本方法。 2. Matlab基本特点（1） Matlab（Matrix Laboratory）1980年前后，美国Moler博士后成立Mathworks软件开发公司，专门扩展改进Matalb最初用FORTRAN编写，现在的版本用C语言改写4.0版；windows平台下，现在比较新的版本是7.2版（2） Matlab语言特点一切都是矩阵：数据的存储/输入/输出都是以矩阵为基础的，矩阵和其它变量不需要预先定义，如输入 A=1,0,1;1,
2、0,0;2,1,0; B=1,0,2;2,1,1;1,0,1; C=A*BC = 2 0 3 1 0 2 4 1 5inv(C)ans = 2 -3 0 -3 2 1 -1 2 0 用户使用方便：交互方式，修改调试方便；称为演算纸型语言工具。M文件：Matlab可执行文件，采用文本方式，编程效率高，可读性极强；function plot_sin(xmin,xmax)x=xmin:min(0.01,(xmax-xmin)/100):xmax;plot(x,sin(x);% This is a demo 命令简单，丰富，易于扩展函数名定义几乎与数学描述一样，接近书写计算公式的思维方式，min(),
3、max(),基本命令包括：数学函数，矩阵，数值方法，绘图，字符串，文件I/O等数百条；扩充工具箱：控制系统，信号处理，神经网络，系统辨识，数据统计，高等数学方法，甚至数理逻辑，通讯等等。 计算的高效、高可靠性 图形、打印、联机帮助等功能齐全3. Matlab控制系统仿真基础（1） 系统仿真基本概念仿真：某些控制系统仿真/设计软件的不足：使用不方便（EISPACK），调用过程烦琐，维数指定困难，开放性差，辅助功能弱，等等。（2） 线性控制系统的传递函数描述 num=12,24,12,20; den=2 4 6 2 2;传递函数复杂时，应用多项式乘法函数conv等实现。（3） 控制系统的频域响应B
4、ode图绘制函数：bode(SYS), 如：bode(num,den)；bode(1,0,1 2 1)；绘制出曲线m,p=bode(SYS, w)，返回数据但不绘制曲线；如m,p=bode(num,den,0:0.01:10)。（4） 控制系统的时域响应阶跃响应函数stepstep(SYS)；y,x=step(SYS,t)；y为系统在各个仿真时刻的输出所组成的向量；x为系统为可控标准型时选定的变量的时域响应数据，控制工程基础课程中不予考虑。（5） 系统稳定性分析，离散系统分析，等等4. 动态仿真工具Simulink（1）实际工作中控制系统的复杂性，需要一种更简单直接的系统输入方法和分析手段。
5、图形输入概念：模块、拖放与联结 模块和子模块：定义的一些系统元件，子系统，和输入输出设备；如，噪声输入模块，传递函数系统模块，信号发生器，示波器模块等等。 拖放：将需要的模块拖放到你定义的工作区内。 联结：用鼠标拖动，建立联结。 （2） 仿真参数选择 开始时间，结束时间，步长选择（变步长，定步长），算法选择（求解微分方程的一些典型算法，如：龙格库塔法等），精度，等等5. 预习要求：熟悉Matlab基本函数命令，控制系统工具箱命令，控制系统基本概念6. 实验报告附录1 Matalb常用控制系统仿真命令编程控制命令 if - Conditionally execute statements. el
6、se - IF statement condition. elseif - IF statement condition. end - Terminate scope of FOR, WHILE, SWITCH and IF statements. for - Repeat statements a specific number of times. while - Repeat statements an indefinite number of times. break - Terminate execution of WHILE or FOR loop. switch - Switch
7、among several cases based on expression. case - SWITCH statement case. otherwise - Default SWITCH statement case. return - Return to invoking function. 基本绘图函数 plot - Linear plot. loglog - Log-log scale plot. semilogx - Semi-log scale plot. semilogy - Semi-log scale plot. polar - Polar coordinate plo
8、t. plotyy - Graphs with y tick labels on the left and right. axis - Control axis scaling and appearance. zoom - Zoom in and out on a 2-D plot. grid - Grid lines. box - Axis box. hold - Hold current graph. axes - Create axes in arbitrary positions. subplot - Create axes in tiled positions. legend - G
9、raph legend. title - Graph title. xlabel - X-axis label. ylabel - Y-axis label. text - Text annotation. gtext - Place text with mouse.时域分析函数 step - Step response. impulse - Impulse response. initial - Response of state-space system with given initial state. lsim - Response to arbitrary inputs. ltivi
10、ew - Response analysis GUI. gensig - Generate input signal for LSIM. stepfun - Generate unit-step input.频域分析函数 bode - Bode plot of the frequency response. sigma - Singular value frequency plot. nyquist - Nyquist plot. nichols - Nichols chart. ltiview - Response analysis GUI. evalfr - Evaluate freque
11、ncy response at given frequency. freqresp - Frequency response over a frequency grid. margin - Gain and phase margins. 附录2 参考书目1. 控制系统计算机辅助设计，薛定宇，清华大学出版社，1996；2. MATLAB语言，张培强，中国科学技术大学出版社，1995；实验一 控制系统时域分析1、一阶系统阶跃响应分别取以下几组参数，求系统阶单位阶跃输入时的响应时间常数和调整时间。1) .K=1,T=10; 2).K=1,T=1; 3).K=1,T=0.12、二阶系统阶跃响应 分别就
12、T=1和T=0.1，x分别取0, 0.2, 0.5, 0.7, 1, 10时系统阶跃响应的最大超调量、 峰值时间、调整时间、振荡次数。3、自构造高阶系统，进行数学模型转换并分析其时域特性。4、了解MATLAB的控制系统图形输入与仿真工具SIMULINK。观察典型系统时域响应。个G(s)=实验二 控制系统根轨迹分析1、一阶系统阶跃响应分别取以下几组参数，绘制系统根轨迹图。1).K=1,T=10; 2).K=1,T=1; 3).K=1,T=0.12、二阶系统阶跃响应 分别就T=1和T=0.1，x分别取0, 0.2, 0.5, 0.7, 1, 10时绘制系统根轨迹图。3、自构造高阶系统，绘制系统根轨
13、迹图并分析其动态性能及稳定性。实验三 控制系统频域分析1、一阶系统阶跃响应分别取以下几组参数，分别绘制系统尼氏图和伯德图，并求出系统稳定裕度。2) .K=1,T=10; 2).K=1,T=1; 3).K=1,T=0.12、二阶系统阶跃响应 分别就T=1和T=0.1，x分别取0, 0.2, 0.5, 0.7, 1, 10时分别绘制系统尼氏图和伯德图，并求出系统稳定裕度。3、自构造高阶系统，绘制系统尼氏图和伯德图并分析其动态性能及稳定性。实验四 控制系统的设计与校正1、自构造三阶系统，利用相位超前或滞后校正对系统进行校正，求出校正装置并绘制校正前后系统的伯德图。2、在Simulink仿真环境下采用串联滞后-超前校正。实验五 离散控制系统的分析1、对自构造连续三阶系统进行离散化。2、对含有零阶保持器的二阶系统，当输入为单位阶跃信号时，采样周期T=1秒，求其输出并绘制离散与连续时间系统阶跃响应图。3、自构造高阶系统，要求绘制连续系统的脉冲响应图，以及T=1秒，0.1秒，0.01秒时采样系统的脉冲响应。