第一篇：《控制系統仿真與CAD》學習的感想

《控制系統仿真與CAD》學習的感想

學習了《控制系統仿真與CAD》這門課程。在這一過程中我學了很多東西，最直接的就是將控制理論和MATLAB軟件聯系起來，用計算機來仿真在《自動控制原理》中所學的內容，即利用MATLAB軟件來對自動控制系統進行仿真，以驗證所學的知識并且得到比較直觀的結論。

控制系統是指由控制主體、控制客體和控制媒體組成的具有自身目標和功能的管理系統。控制系統意味著通過它可以按照所希望的方式保持和改變機器、機構或其他設備內任何感興趣或可變化的量。控制系統同時是為了使被控制對象達到預定的理想狀態而實施的。控制系統仿真是建立在控制系統模型基礎之上的控制系統動態過程試驗，目的是通過試驗進行系統方案論證，選擇系統結構和參數，驗證系統的性能指標等。

MATLAB不僅僅是一門編程語言，還是一個集成的軟件平臺，它包含以下幾個主要部分：MATLAB語言、集成工作環境、MATLAB圖形系統、數學函數庫、交互式仿真環境Simulink、編譯器、應用程序接口API、工具箱、Notebook工具。而在控制系統CAD中我們較多的是使用MATLAB數學函數庫中的函數來對控制系統進行仿真與處理。另外，也利用MATLAB交互式仿真環境Simulink來構建系統的結構框圖，這樣更直接的應用于不知道系統傳遞函數的情況下來得到系統的仿真結果，從而省去了計算傳遞函數的復雜計算。

MATLAB它具有豐富的可用于控制系統分析和設計的函數，MATLAB的控制系統工具箱提供對線性系統分析、設計和建模的各種算法；MATLAB的仿真工具箱(Simulink)提供了交互式操作的動態系統建模、仿真、分析集成環境。通過在傳遞函數的建立、繪制響應的曲線等方面談了我學習的經歷，以及整個對控制系統仿真的整體過程。

在學習過程中還有利用Simulink工具箱繪出系統的結構框圖，再調用這個框圖來產生出傳遞函數再進行仿真計算。這樣的話可以更方便的對控制系統進行仿真與設計，而不用去通過復雜的方式去求去傳遞函數，然后再去計算響應，繪制響應曲線。MATLAB軟件的強大的功能和優點以及MATLAB語言的特點，在控制系統仿真中帶來了很大幫助，在實際中經常將控制系統的數學模型用零點、極點和增益來描述，在對于單神經元自適應PID控制，通過仿真定性的分析了單神經元PID控制中比例學習率、積分學習率、微分學習率和增益K等參數在控制中所起到的作用得出：

（1）在積分學習率、微分學習率不變的情況下，比例系數學習率越大則超調量越小，但是響應速度也會越慢；

（2）在比例學習率、微分學習率不變的情況下，積分系數學習率越大則響應會越快，但是超調量也會越大；

（3）在比例學習率、積分學習率不變的情況下，微分學習率對單神經元PID控制器的控制效果影響不大；

（4）K是系統最敏感的參數，K值增大、減小相當于P、I、D三項同時增加、減小，同時K 值過大會使系統發生振蕩，導致系統發散，所以對于K值應合理選擇。

通過本次學習，學習了薛教授的控制系統仿真課程，結合自己在教學工作中總結的經驗教訓，使我更進一步加深了怎樣分析問題和解決問題，加強了對已學過知識的理解，增強了實際應用能力，同時也開闊了視野，使我對《控制系統仿真與CAD》有了新的理解。

首先，基于MATLAB仿真環境平臺，盡量將控制系統理論的學習與實際應用結合在一起，用控制系統設計和試驗結果為依據，加深學生對理論知識的形象理解，為學生提供了一種重要的數學建模的輔助工具。本課程具有很強的實踐性，實踐是一個必要的環節，學習該課程主要是為了將其應用于控制系統的分析與設計，因此培養學生的實踐能力極為重要。

其次，要給學生具體的任務，同時注意知識點與實際模型的結合，讓學生在完成任務和解決實際問題的過程中學習，增加學生的學習興趣，提高學習效果。首先，教師講課的水平必須提高，講課方式必須有激情，才能保證學生得以繼續學習提供最基本的學習興趣；其次，在任何一門課開始之前，必須跟學生闡述此門課程與實際生活的相關性，并列舉一二三實例最好加以演示，這樣可大大提高學生學習此門課程的興趣；然后，充分利用課程內實驗環節，多設計幾個與實際例子息息相關的課題，讓學生獨立或者分組去完成；最后，實時鼓勵學生，給學生信心。

第三，重視發展學生的智力，主要包括觀察能力，實驗操作能力、思維能力、想象能力和記憶能力等．教學的根本任務是教會學生如何學習．只會傳播真理的還不能算好教師，只有在傳播真理的同時，又能傳播發現真理方法的才是好教師。學習過程中，不僅要看到前人的科學結論，對于后人創造發展所起的巨大作用，而且還要看到前人在成功和失敗中，曾經使用過的一些科學方法，他們對科學真理的執著追求的信念和百折不撓的堅強意志，對人類社會的發展所起的巨大影響。

最后，MALAB是一個作為仿真實驗所用的強大軟件，只有通過實驗或仿真，才證明理論或方法的正確性和有效性。通過實驗、仿真，提高學生對研究的興趣，從而反過來激發學生對理論研究的熱情，讓學生通過MATLAB仿真徹底理解和掌握這些結論。

雖然學習結束了，但對控制系統的仿真仍要伴隨在我以后的學習和工作中。今后，對控制系統的仿真與設計也將有更加實際的內容，繼續學習，不斷深入，努力將MATLA這個軟件更好的應用于對控制系統的仿真和設計上。

第二篇：控制系統仿真與CAD課程設計報告..

控制系統仿真與課程設計

學

院：物流工程學院 專

業：測控技術與儀器 班

級：測控102 姓

名：楊紅霞 學

號：201010233037 指導教師：蘭瑩

完成日期：2013年7月4日CAD

一、目的和任務

配合《控制系統仿真與CAD》課程的理論教學，通過課程設計教學環節，使學生掌握當前流行的演算式MATLAB語言的基本知識，學會運用MATLAB語言進行控制系統仿真和輔助設計的基本技能，有效地提高學生實驗動手能力。

一、基本要求：

1、利用MATLAB提供的基本工具，靈活地編制和開發程序，開創新的應用；

2、熟練地掌握各種模型之間的轉換，系統的時域、頻域分析及根軌跡繪制；

3、熟練運用SIMULINK對系統進行仿真；

4、掌握PID控制器參數的設計。

二、設計要求

1、編制相應的程序，并繪制相應的曲線；

2、對設計結果進行分析；

3、撰寫和打印設計報告（包括程序、結果分析、仿真結構框圖、結果曲線）。

三、設計課題

設計一：二階彈簧—阻尼系統的PID控制器設計及其參數整定

考慮彈簧－阻尼系統如圖1所示，其被控對象為二階環節，傳遞函數G(S)如下，參數為M=1kg，b=2N.s/m，k=25N/m，F（S）=1。設計要求：

（1）控制器為P控制器時，改變比例系數大小，分析其對系統性能的影響并繪制相應曲線。

（2）控制器為PI控制器時，改變積分時間常數大小，分析其對系統性能的影響并繪制相應曲線。(例如當kp=50時，改變積分時間常數)（3）設計PID控制器，選定合適的控制器參數，使閉環系統階躍響應曲線的超調量σ%<20%，過渡過程時間Ts<2s, 并繪制相應曲線。

圖1 彈簧－阻尼系統示意圖

彈簧－阻尼系統的微分方程和傳遞函數為：

??bx??kx?F M?xG(s)?X(s)11?? F(s)Ms2?bs?ks2?2s?25

圖2 閉環控制系統結構圖

附：P控制器的傳遞函數為：GP(s)?KP

PI控制器的傳遞函數為：GPI(s)?KP?11? TIsPID控制器的傳遞函數為：GPID(s)?KP?11??TD?s TIs

(一)設計P控制器，改變比例系數大小，分析其對系統性能的影響并繪制相應曲線。以下為所做的設計以及運行結果，KP取了不同的值，通過運用sim函數進行仿真，并得出超調量MP，過渡過程時間Ts的大小，通過分析所得出的結果，多次改變KP的大小直到符合題目的要求，使穩態誤差等都達到要求。

1、仿真運行程序

for Kp=[200,400,800] t=[0:0.01:6];

[t,x,y]=sim('yhx',6);hold on plot(t,y);N=length(t);

yss=y(N);%yss：穩態值 hold on

[ymax,i]=max(y);

mp=(ymax-yss)*100/yss, %計算超調量mp i=N;

while abs(y(i)-yss)/yss<=0.02 i=i-1;end

Ts=t(i), %計算過渡過程時間 gtext(num2str(Kp));end

2、仿真框圖

KpStepGain12s +2s+25Transfer FcnScope1Out1

3、仿真運行結果

改變比例系數kp大小,得如下結果，通過以下數據以及得出的曲線可分析其對系統性能的影響 Kp=200

mp =

75.3359 Ts =

3.7962

Kp=400

mp =

84.7526 Ts =

3.8317 Kp=800

mp =

88.0528 Ts =

4.5685

4、仿真運行曲線

21.81.61.48001.214000.82000.60.40.200123456

5、運行結果分析

根據實驗要求設計了一個P控制器，與Gs等構成閉環控制系統結構。由以上的運行結果以及曲線可以看出隨Kp增大，超調量mp是逐漸變大的，Ti也是逐漸變大的，而且總是達不到穩態誤差很小很小，因此得出以下結論：隨著Kp值的增大，系統的超調量變大，調節時間變長，振蕩次數也增多了。Kp值越大，系統的穩態誤差就越小，調節應精度越高，但是系統的波動明顯變多了，穩定性變差，但是系統響應變快了。隨著比例系數女kp的增大并不能消除穩態誤差，只能減小穩態誤差。(二)設計PI控制器，改變積分時間常數大小，分析其對系統性能的影響并繪制相應曲線。以下為設計出的仿真程序等，運用sim函數進行仿真，編寫程序使KP=50，改變KI的大小，來進行分析，直到符合題目的要求，使運行出的結果穩態誤差基本很小即可，如果達不到，就要重新設定KI的大小，進行多次試驗，選出如下符合要求的KI的值，程序中都有所體現。

1、仿真運行程序

for Ki=[30,50,80] t=[0:0.01:10];

[t,x,y]=sim('yhxx',10);hold on plot(t,y);

N=length(t);%yss：穩態值 yss=y(N);hold on [ymax,i]=max(y);

mp=(ymax-yss)*100/yss, %計算超調量mp i=N;

while abs(y(i)-yss)/yss<=0.02 i=i-1;end

Ts=t(i),%計算過渡過程時間 end

2、仿真框圖

50Kp1KiStepKi1sIntegrator2s +2s+25AddTransfer FcnScope1Out1

3、仿真運行結果

當Kp=50時, 改變積分時間常數ki的大小，由以下的結果以及曲線可分析其對系統性能的影響 ki=30

mp =

21.4633 Ts =

6.5686 Ki=50

mp =

26.7424 Ts =

5.1127 Ki=80

mp =

31.0229 Ts =

7.3375

4、仿真運行曲線：

1.41.280501300.80.60.40.20012345678910

5、運行結果分析

Kp=50時，隨著ki值的增大，系統的超調量變大，系統響應時間出現了波動。ki越大，積分速度越快，積分作用就越強，響應時間變快，但系統振蕩次數就較多。PI控制可以消除系統的穩態誤差，提高系統的誤差度。在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。為了消除穩態誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統在進入穩態后基本無穩態誤差。這是比上一個只有比例控制器的一個進步的地方。

(三)設計一PID控制器，選定合適的控制器參數，使閉環系統階躍響應曲線的超調量σ%<20%，過渡過程時間Ts<2s, 并繪制相應曲線。以下為所設計的程序，仿真等，改變kp,ki,kd 的值得出閉環階躍響應的超調量和過渡過程時間，通過多次試驗，得到的kp取20,ki取65，kd取9時運行出的結果是滿足題目要求的：

1、仿真運行程序

[t,x,y]=sim('yhxxx');plot(t,y);N=length(t);

yss=y(N);%yss：穩態值 [ymax,i]=max(y);

mp=(ymax-yss)*100/yss, %計算超調量mp i=N;

while abs(y(i)-yss)/yss<=0.02 i=i-1;end

Ts=t(i), %計算過渡過程時間

2、仿真框圖

20Kp1y(s)65StepKi1sIntegratorAdd12s +2s+25Transfer FcnYTo Workspace9Kddu/dtDerivativeScope

3、仿真運行結果

經過多次試驗，當Kp=20,ki=65,pd=9滿足使閉環系統的階躍響應曲線的超調量σ%<20%,過渡過程時間ts<2s，結果如下： mp =

1.1367

Ts =

0.8945 從結果可知超調量mp%<20%,過渡過程時間Ts<2s滿足設計要求.4、仿真運行曲線：

1.41.210.80.60.40.20012345678910

5、運行結果分析及設計小結

把比例 微分 積分結合起來進行控制能夠更好的達到我們想要的結果，PID參數的整定就是合理的選取PID三個參數。從系統的穩定性、響應速度、超調量和穩態誤差等方面來考慮問題，每個參數都有自己的作用，比如比例調節的作用是能夠成比例地反映系統的偏差信號，系統一旦出現了偏差，比例調節立即產生與其成比例的調節作用，以減小偏差。隨著Kp增大，系統的穩態誤差減小，但是系統容易產生超調，并且加大Kp只能減小穩態誤差，卻不能消除穩態誤差，顯著特點就是有差調節。然后就是微分調節的作用是消除系統的穩態誤差，提高系統的誤差度，它的特點就是誤差調節。微分調節作用是改善系統的動態性能，可以減少超調，減少調節時間。總之比例積分微分控制作用是相互關聯的，結合起來用效果會更好。設計二：二階系統串聯校正裝置的設計與分析

設某被控系統的傳遞函數G(s)如下：

G(s)?設計要求：

K

s(s?2)選用合適的方法設計一個串聯校正裝置K(s)，使閉環系統的階躍響應曲線超調量?%?20%，過渡過程時間Ts?1.5(s)，開環比例系數Kv?10(1/s)，并分析串聯校正裝置中增益、極點和零點對系統性能的影響。

提示：可采用根軌跡校正工具進行串聯校正

MATLAB 提供了一個輔助設計閉環系統根軌跡的仿真軟件Rltool，可以用來進行根軌跡校正。在command window 下鍵入>> rltool，進入設計環境。

一、設計思路方法

根據題目要求采用matlab中提供的一個輔助設計閉環系統根軌跡的仿真軟件Rltool，來進行根軌跡校正。打開matlab，在command window 下鍵入>> rltool，進入設計環境。

k根據設計要求：開環比例系數Kv?10(1/s)即 kv?limsG(s)??10得k?20

s?02取k=40, 傳遞函數G(s)?40

s(s?2)

二、設計步驟

1、打開matlab，在command window 下鍵入>> rltool，進入設計環境。啟動SISO Design Tool 在matlab中鍵入num=40;den=conv([1,0],[1,2]);ex_1=tf(num,den)，出現函數

40/(s^2 + 2 s)得到該系統的LTI對象模型ex_1。

2、啟動SISO Design Tool 窗口后，利用該窗口中File菜單下的命令Import,打開系統模型輸入對話框窗口。采用系統默認的結構，輸入選中的對象ex_1，將控制對象G設置為ex_1，控制器C設為1，其他的環節H,F均使用默認的取值1.單擊OK在SISO Design Tool中會自動繪制此負反饋線性系統的根軌跡圖，以及系統波特圖，如圖

Root Locus Editor(C)850Open-Loop Bode Editor(C)64020G.M.: InfFreq: InfStable loop-50-90-2-4-135-6P.M.: 18 degFreq: 6.17 rad/sec-1-8-2-180-1.5-1Real Axis-0.5010

3、點擊Analysis 中的other loop response 選擇step得到閉環系統階躍響應曲線如圖可以看到校正前的超調量為60.4%，過渡過程時間為3.66s，明顯不滿足要求。

1010Frequency(rad/sec)01102Step Response1.81.6System: Closed Loop: r to yI/O: r to yPeak amplitude: 1.6Overshoot(%): 60.4At time(sec): 0.5081.41.2System: Closed Loop: r to yI/O: r to ySettling Time(sec): 3.66Amplitude10.80.60.40.200123Time(sec)456

4、經過反復試驗，得出加入零點-5，加入極點-33，是滿足要求的，可得到如下的根軌跡圖以及伯德圖

Root Locus Editor(C)50403020-50100-10-20-30-40-50-40-180-30-20Real Axis-100-135G.M.: InfFreq: InfStable loop-100-90050Open-Loop Bode Editor(C)P.M.: 58.3 degFreq: 8.7 rad/sec-1101001010Frequency(rad/sec)12103

5、得到的階躍響應曲線如下超調量15.8%<20%，過渡過程時間0.715s<1.5s,滿足要求說明加的零極點是正確的

Step Response1.41.21System: Closed Loop: r to yI/O: r to ySystem: Closed Loop: r to ySettling Time(sec): 0.715I/O: r to yPeak amplitude: 1.16Overshoot(%): 15.8At time(sec): 0.348Amplitude0.80.60.40.2000.10.20.30.40.5Time(sec)0.60.70.80.91

6、在使用SISO Design Tool 完成系統的設計之后，在系統實現之前必須對設計好的系統通過Simulink 進行仿真分析，進一步對控制器C進行驗證，以確保系統設計的正確性。下圖為系統相應的Simulink模型：

untitledFStepFeed ForwardSumuntitledCCompensatorex_1PlantOutput1untitledHSensor DynamicsOut1

7、編寫M文件運行以得出超調量和過渡過程時間，以驗證是否正確，程序如下： num0=40;den0=conv([1,0],[1,2]);num1=[0.2,1];den1=[0.03,1];

[num2,den2]=series(num0,den0,num1,den1);[num,den]=cloop(num2,den2);t=0:0.005:5;

y=step(num,den,t);plot(t,y);N=length(t);yss=y(N);hold on

[ymax,i]=max(y);mp=(ymax-yss)*100/yss, i=N;

while abs(y(i)-yss)/yss<=0.02 i=i-1;end Ts=t(i)，運行結果： mp =

15.7500

Ts =

0.7150

運行所得的曲線如下： 1.41.210.80.60.40.2000.511.522.533.544.55

運行結果分析：所得出的結果，超調量15.7500%<20%,過渡過程時間0.7150s<1.5s,滿足設計要求，證明設計的沒有問題，符合設計要求。

三、串聯校正裝置中增益、極點和零點對系統性能的影響。（1）加入增益68，所得到的根軌跡及伯德圖：

Root Locus Editor(C)150100Open-Loop Bode Editor(C)10050500G.M.: InfFreq: InfStable loop-50-900-50-135-100P.M.: 8.66 degFreq: 106 rad/sec-1-150-20-180-15-10Real Axis-5010100

編寫M程序，得出圖像及超調量，過渡過程時間等值，來判斷加入增益對系統性能的影響，程序如下：

num0=40;den0=conv([1,0],[1,2]);num1=68*[0.2,1];den1=[0.03,1];[num2,den2]=series(num0,den0,num1,den1);[num,den]=cloop(num2,den2);t=0:0.005:1;y=step(num,den,t);plot(t,y);%計算超調量mp N=length(t);yss=y(N);

hold on %yss：穩態值 [ymax,i]=max(y);mp=(ymax-yss)*100/yss, i=N;while abs(y(i)-yss)/yss<=0.02

i=i-1;end Ts=t(i)，運行結果為

1010Frequency(rad/sec)12103mp =

69.4107

Ts =

0.2600 運行曲線為：

1.81.61.41.210.80.60.40.2000.10.20.30.40.50.60.70.80.91

由以上結果及圖像可以得出以下結論：加入增益之后超調量變大了，過渡過程時間變短了，波動的更加厲害，穩態誤差變小了。說明可以改變開環增益的大小，從而改善穩態誤差

（2）加入零點-10，所得到的根軌跡及伯德圖： Root Locus Editor(C)360402200Open-Loop Bode Editor(C)10-20G.M.: InfFreq: NaNStable loop-40-45-1-90-2-135P.M.: 108 degFreq: 12.9 rad/sec-1-3-60-180-50-40-30-20Real Axis-100101001010Frequency(rad/sec)12103

階躍響應曲線如下：

Step Response1.41.21Amplitude0.80.60.40.2000.5Time(sec)11.5

由圖可以得出，加入零點后對系統的性能產生了很大的影響，過渡過程時間變長了，超調量變小了，波動次數少了，而且增加開環極點，使得原系統根軌跡的整體走向在S平面向右移，使系統穩定性變壞。

（3）加入極點-10后所得到的根軌跡以及伯德圖: Root Locus Editor(C)8050Open-Loop Bode Editor(C)60040-50200-100G.M.: 10.3 dBFreq: 14.4 rad/secStable loop-150-90-20-40-180-60P.M.: 22.1 degFreq: 7.34 rad/sec100-80-100-50Real Axis0-270-150101010Frequency(rad/sec)12103

階躍響應曲線如下：

Step Response1.61.41.21Amplitude0.80.60.40.2000.511.5Time(sec)22.533.5 由圖可以看出加入零點之后系統的性能發生的變化，過渡過程時間變得更長了，超調量變大了，波動次數變多了，增加開環零點，使得原系統根軌跡的整體走向在S平面向右移，使系統穩定性得到改善。

四、設計小結

這個設計是應用了matlab中新的功能，是輔助設計閉環系統根軌跡的仿真軟件Rltool，可以用來進行根軌跡校正的一個軟件，在使用的過程中遇到了很多問題，參照著課本，一步一步的進行探索，遇到課本上解決不了的，就向同學和老師詢問，或者在網上搜些資料以幫助自己理解一些概念，從而更快的理解課程設計需要做的東西，該如何按照老師的要求做出來，其中需要試一些符合要求的零極點，試了很多次。還要到最后進行simulink的仿真，并且編寫了程序，以驗證所設計的是不是符合要求。

通過這次課程設計，我學到了很多東西，通過編寫程序，用到了以前學過的知識，對以前所學知識進行了鞏固，覺得非常好，把以前學過的東西又重新撿起來，繼續用，也為自己的后續的學習之路鋪下基礎，比如說后面的畢業設計可能就會用到matlab。我也感受到了matlab強大的功能，對這個軟件產生了極大的興趣，非常實用和好玩。這次課程設計真的學到了很多很多，深受啟發，讓我對以后的學習充滿了信心，老師也很敬業，對我們學生很負責任，耐心教導。

第三篇：MATLAB與控制系統仿真實驗報告

《MATLAB與控制系統仿真》

實驗報告

2013-2014學年 第 1 學期

專業： 班級： 學號： 姓名：

實驗三 MATLAB圖形系統一、實驗目的：

1.掌握繪制二維圖形的常用函數。2.掌握繪制三維圖形的常用函數。3.熟悉利用圖形對象進行繪圖操作的方法。4.掌握繪制圖形的輔助操作。

二、實驗原理：

1，二維數據曲線圖

（1）繪制單根二維曲線 plot(x,y);（2）繪制多根二維曲線 plot(x,y)當x是向量，y是有一維與x同維的矩陣時，則繪制多根不同顏色的曲線。當x，y是同維矩陣時，則以x，y對應列元素為橫、縱坐標分別繪制曲線，曲線條數等于矩陣的列數。（3）含有多個輸入參數的plot函數 plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn)（4）具有兩個縱坐標標度的圖形 plotyy(x1,y1,x2,y2)2,圖形標注與坐標控制 1）title(圖形名稱)； 2）xlabel（x軸說明）3）ylabel（y軸說明）4）text（x，y圖形說明）5）legend（圖例1，圖例2，…）

6）axis（[xmin xmax ymin ymax zmin zmax]）3, 圖形窗口的分割 subplot（m,n,p）4,三維曲線

plot3（x1,y1,z1,選項1，x2,y2，選項2，…,xn,yn,zn,選項n）5，三維曲面

mesh(x,y,z,c)與surf(x,y,z,c)。一般情況下，x，y，z是維數相同的矩陣。X，y是網格坐標矩陣，z是網格點上的高度矩陣，c用于指定在不同高度下的顏色范圍。6，圖像處理

1）imread和imwrite函數 這兩個函數分別用于將圖象文件讀入matlab工作空間，以及將圖象數據和色圖數據一起寫入一定格式的圖象文件。

2）image和imagesc函數 這兩個函數用于圖象顯示。為了保證圖象的顯示效果，一般還應使用colormap函數設置圖象色圖。

三、實驗儀器和設備：

計算機一臺（帶有MATLAB6.5以上的軟件環境）。

四、預習要求：

1．復習二維與三維圖形的繪圖函數。2．復習圖形輔助操作。

五、實驗內容及步驟：

1，設y?[0.5?3sinx]cosx，在x＝0～2π區間取101點，繪制函數曲線。21?x

2，已知y1=x2,y2=cos(2x),y3=y1*y2,完成下列操作：

（1）在同一坐標系下用不同的顏色和線型繪制三條曲線；

（2）分別用條形圖、階梯圖、桿圖和填充圖繪制三條曲線。

3，已知

?x??,?x?02?e y???1In(x?1?x2),x?0??2在－5<=x<=5區間繪制函數曲線。

4，繪制函數的曲面圖和等高線

z?cosxcosye?x2?y24

其中x的21個值均勻分布在[-5,5]范圍，y的31個值均勻分布在[0,10]，要求使用subplot（2，1，1）和subplot（2，1，2）將產生的曲面圖和登高圖畫在同一個窗口上。

5.畫出函數

z?x2?y2?sin(xy)的曲面及等高線圖。

x2y2?1繪制平面曲線，并分析參數a對其形狀的影響。6.根據2?a25?a2

四、心得體會：

通過這次實驗我能熟練掌握二維和三維圖以及其他特殊圖形的制作，弄清楚了基本的圖形操作規則，大大加深了我對matlab的興趣。

實驗二 MATLAB程序設計

一、實驗目的

1.掌握利用if語句實現選擇結構的方法。

2.掌握利用switch語句實現多分支選擇結構的方法。3.掌握利用for語句實現循環結構的方法。4.掌握利用while語句實現循環結構的方法。

二、實驗設備及條件

計算機一臺（帶有MATLAB6.5以上的軟件環境）。

三、實驗內容

1.編寫求解方程ax2?bx?c?0的根的函數（這個方程不一定為一元二次方程，因a、b、c的不同取值而定），這里應根據a、b、c的不同取值分別處理，有輸入參數提示，當a?0,b?0,c~?0時應提示“為恒不等式!”。并輸入幾組典型值加以檢驗。

clear,clc a=input('請輸入一個數a=');b=input('請輸入一個數b=');c=input('請輸入一個數c=');m=b^2-4*a*c;if a==0

if b==0

'為恒不等式'

end end

m=b^2-4*a*c;if m>0

x1=(-b+sqrt(m))/(2*a)

x2=(-b-sqrt(m))/(2*a)elseif m==0

x=(-b)/(2*a)else

'不存在正實根' end

2.輸入一個百分制成績，要求輸出成績等級A+、A、B、C、D、E。其中100分為A+，90分～99分為A，80分～89分為B，70分～79分為C，60分～69分為D，60分以下為E。

要求：（1）用switch語句實現。

（2）輸入百分制成績后要判斷該成績的合理性，對不合理的成績應輸出出錯信息。

clear,clc for k=1:10

a(k)={89+k};b(k)={79+k};

c(k)={69+k};d(k)={59+k};end A=cell(3,6);A(1,:)={'a','b','c','d','e','f'};A(2,:)={85,76,95,100,40,65};for k=1:6

switch A{2,k}

case 100

r='A+';

case a

r='A';

case b

r='B';

case c

r='C';

case d

r='D';

otherwise

r='E';

end

A(3,k)={r};end A A =

'a'

'b'

'c'

[85]

[76]

[95]

'B'

'C'

'A'

'd'

'e'

[100]

[40]

'A+'

'E'

'f' [65] 'D'

3.利用for循環語句編寫計算n!的函數程序，取n分別為-89、0、3、5、10驗證其正確性(輸入n為負數時輸出出錯信息)。

clear,clc n=input('請輸入一個正數n=');if n<0

'輸入錯誤' elseif n==0

'n!=0' elseif n==1

'n!=1' else

y=1;

for i=1:1:n

y=y*i;

i=i+1;

end

y end 請輸入一個正數n=-89

ans =輸入錯誤 請輸入一個正數n=0

ans =n!=0 請輸入一個正數n=1

ans =n!=1 請輸入一個正數n=3

y =6 請輸入一個正數n=10

y =3628800

四、實驗心得體會：

通過本次實驗課，我能熟練運用for循環語句，switch條件語句以及if條件語句的新用法，和在C中的區別。盡管如此，但是在實驗中依然容易把for循環跟C語言中的for語句弄混，最后經過不懈努力下，終于弄明白了兩者之間的差別，使我能更好的運用這些指令語句。

第四篇：2-控制系統仿真與CAD課程報告選題說明-張曉華080305（定稿）

“控制系統數字仿真與CAD”課程結業考核

“課程報告”選題說明

一、關于本課程

“控制系統數字仿真與CAD”課程是電氣工程系工業自動化專業方向的一門選修課，課程結業考核評定以撰寫“課程報告”的形式進行；其重在培養學生自主學習能力與獨立思考能力，檢查學生綜合運用所學知識與基本技能情況，鍛煉學生的書面表達能力。

二、關于 “課程報告”的選題

? “課程報告”包括如下兩部分內容：

1、必做題：“雙閉環直流調速系統的建模與仿真實驗研究”（參見教材第六章第一節內容）。

2、選做題：在“課程報告”選題一覽中任選一題（參見教材中的相關內容）。

? “課程報告”撰寫中有如下要求：

1、每個選題最多三人合作（如發現超過三人，將隨機保留三人，其他人重新選題/再次撰寫“課程報告”）。

2、“課程報告”要按規定的格式撰寫（對于存在“邏輯混亂”“文字不清”、“作圖潦草”等問題的報告，將予以退回重新撰寫）。

３、無論計算機錄入／打印還是手工書寫，均要求用標準Ａ４紙進行撰寫，以便于報告最終的批閱與存檔。

三、“課程報告”的格式要求

“課程報告”要求按科技論文的格式進行撰寫，具體格式如下： ? 中文 “題目” ? “姓名/班級/電子信箱/聯系電話” ? 中文“摘要” ? “關鍵詞” ? 英文“題目” ? 英文“摘要” ? 正文：

1、引言

2、原理/建模

3、設計/分析/論述

4、仿真實驗/結果分析

5、結論

建議：學生參閱“中國電機工程學報”、“控制與決策”、“自動化學報”、“控制理論與應用”雜志上的文章格式進行撰寫。

“控制系統數字仿真與CAD”課程結業考核

“課程報告”選題一覽

1、選題一：“一階直線倒立擺系統建模與模型驗證”

合作者：、、2、選題二：“一階直線倒立擺系統模型的線性化與固有特性分析”

合作者：、、3、選題三：“一階直線倒立擺系統的可控性分析”

合作者：、、4、選題四：“一階直線倒立擺的雙閉環PID控制系統設計”

合作者：、、5、選題五：“雙閉環PID控制的一階直線倒立擺系統抗擾性能分析”

（擺長/配重/直線導軌傾斜/外力沖擊擺桿等擾動）

合作者：、、6、選題六：“一階直線雙倒立擺系統建模與模型驗證”（參見教材之習題5-14）

合作者：、、7、選題七：“一階直線雙倒立擺系統模型的線性化與固有特性分析”

（參見教材之習題5-14）

合作者：、、8、選題八：“一階直線雙倒立擺系統的可控性分析”（參見教材之習題5-14）

合作者：、、9、選題九：“一階旋轉倒立擺系統建模與模型驗證”

（參見教材之習題6-1）

合作者：、、10、選題十：“一階旋轉倒立擺系統模型的線性化與固有特性分析”

（參見教材之習題6-1）

合作者：、、11、選題十一：“一階旋轉倒立擺系統的可控性分析”

（參見教材之習題6-1）

合作者：、、12、選題十二：“斜梁-滾球系統建模與模型驗證”

（參見教材之習題2-11）

合作者：、、13、選題十三：“斜梁-滾球系統模型的線性化與固有特性分析”

（參見教材之習題2-11）

合作者：、、14、選題十四：“斜梁-滾球系統的可控性分析”

（參見教材之習題2-11）

合作者：、、15、選題十五：“二維運動龍門起重機系統建模與模型驗證”(參見教材第二章第二節/第五章第五節)合作者：、、16、選題十六：“二維運動龍門起重機系統模型的線性化與固有特性分析”

(參見教材第二章第二節/第五章第五節)合作者：、、17、選題十七：“二維運動龍門起重機系統的可控性分析”(參見教材第二章第二節)合作者：、、18、選題十八：“二維運動龍門起重機的雙閉環PID控制系統設計”(參見教材第五章第三節)合作者：、、19、選題十九：“雙閉環PID控制的二維運動龍門起重機系統抗擾性能分析”

（繩長/重物質量/外力沖擊重物等擾動）

合作者：、、20、選題二十：“單水箱液位控制系統建模與模型驗證”

（參見教材第二章第二節）

合作者：、、21、選題二十一：“單水箱液位控制系統模型的線性化與固有特性分析”

（參見教材第二章第二節）

合作者：、、22、選題二十二：“單水箱液位控制系統設計”

（參見教材第六章第三節）

合作者：、、23、選題二十三：教材之習題5-8。

合作者：、、24、選題二十四：教材之習題5-11。

合作者：、、25、選題二十五：教材之習題5-12。

合作者：、、26、選題二十六：教材之習題5-13。

合作者：、、27、選題二十七：教材之習題5-6。

合作者：、、28、選題二十八：教材之習題3-8。

合作者：、、29、選題二十九：教材之習題3-2。

合作者：、、30、選題三十：教材之習題2-7。

合作者：、、31、選題三十一：教材之習題2-12。

合作者：、、32、選題三十二：教材之習題3-3。

合作者：、、33、選題三十三：教材之習題3-6。

合作者：、、34、選題三十四：教材之習題4-8。

合作者：、、35、選題三十四：教材之習題5-3。

合作者：、、36、選題三十四：教材之習題5-4。

合作者：、、37、選題三十四：教材之習題5-1。

合作者：、、38、選題三十四：教材之習題5-9。

合作者：、、39、選題三十四：教材之習題5-2。

合作者：、、40、選題三十四：教材之習題5-10。

合作者：、、說明：

1、以上選題使用120人，如班級人數超過之，可以在每題中再加一名合作者。

2、學生也可自行確定其他的“選題”，但須與任課教師商定。

第五篇：基于 Matlab 的離散控制系統仿真

2014 / 2015 學年第 1 學期

計算機控制技術 實

班 級 學 生 指 導 驗 報 告

學 號 1108030301 姓 名 蔡 夢 教 師 張 坤 鰲

實驗二 基于 Matlab 的離散控制系統仿真

一、實驗目的和要求：

1、學習使用 Matlab 的命令對控制系統進行仿真的方法

2、學習使用 Matlab 中的 Simulink 工具箱進行系統仿真的方法

二、實驗環境

X86系列兼容型計算機，Matlab軟件

三、實驗原理

1、控制系統命令行仿真

1）建立如圖所示一階系統控制模型并進行系統仿真：

一階系統閉環傳遞函數為G（S）=

s1?333s=s?3，轉換為離散系統脈沖傳遞函數并仿真。

2）建立如圖所示二階系統控制模型并進行系統仿真：

52s(s?2?0.4?5)25251?s(s?2?0.4?5)=s2?2?0.4?5s?52，二階系統閉環傳遞函數為G（S）=轉換為離散系統脈沖傳遞函數并仿真，改變參數，觀察不同的系統的仿真結果。

2、控制系統的 Simulink 仿真

按圖建立系統的 Simulink 模型，對不同的輸入信號進行仿真，改變參數，觀察不同的仿真結果。

將上述系統離散化并仿真，觀察仿真結果

四、實驗步驟

1、根據實驗原理對控制系統進行軟件仿真

2、觀察記錄輸出的結果，與理論計算值相比較

3、自行選擇參數，練習仿真方法，觀察不同的仿真結果

5252s(s?2?0.4?5)s(s?2?0.4?5)?52521?1?s(s?2?0.4?5)s(s?2?0.4?5)進行軟二階系統閉環傳遞函數為G（S）=件仿真如下圖：

分別進行離散仿真：

五、實驗心得

針對這次實驗設計，我通過各種渠道，上課認真學習，請教老師、上網搜索，圖書館查閱，詢問同學等學習到了很多知識，一步步了解最少拍控制系統設計，鍛煉了自我學習能力。

盡管學習上遇到了很多困難，結果也差強人意。但我們在不斷處理困難的過程中磨練了處理事物的能力和耐心，也讓同學間學會了互相學習，共享資源