1、精選優質文檔-傾情為你奉上東南大學自動控制實驗室實 驗 報 告課程名稱： 自動控制原理實驗 實驗名稱： 實驗五 Matlab/Simulink仿真實驗 院（ 系）： 自動化學院 專 業： 自動化 姓 名： 學 號： 實 驗 室： 實驗組別： 同組人員： 實驗時間： 2017/12/8 評定成績： 審閱教師： 目 錄一實驗目的和要求實驗目的：1學習系統數學模型的多種表達方法，并會用函數相互轉換。2學習模型串并聯及反饋連接后的系統傳遞函數。3掌握系統BODE圖，根軌跡圖及奈奎斯特曲線的繪制方法。并利用其對系統進行分析。4掌握系統時域仿真的方法，并利用其對系統進行分析。預習要求：參閱相關Matlab

2、/Simulink參考書，熟悉能解決題目問題的相關Matlab函數。二實驗原理Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設計環境，是實現動態系統建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統、非線性系統、數字控制及數字信號處理的建模和仿真中。Simulink提供一個動態系統建模、仿真和綜合分析的集成環境。在該環境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統。Simulink可以用連續采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統，也就是系統中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創建動態系統模型，S

3、imulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口，這個創建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統的仿真結果。Simulink是用于動態系統和嵌入式系統的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統，Simulink提供了交互式圖形化環境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執行和測試。.構架在Simulink基礎之上的其他產品擴展了Simulink多領域建模功能，也提供了用于設計、執行、驗證和確認任務的相應工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工

4、具來進行算法研發、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創建、建模環境的定制以及信號參數和測試數據的定義。三實驗方案與實驗步驟1已知H（s）=，求H（s）的零極點表達式和狀態空間表達式。2已知，。（1） 求兩模型串聯后的系統傳遞函數。（2） 求兩模型并聯后的系統傳遞函數。（3） 求兩模型在負反饋連接下的系統傳遞函數。3 作出上題中（1）的BODE圖，并求出幅值裕度與相位裕度。4 給定系統開環傳遞函數為，繪制系統的根軌跡圖與奈奎斯特曲線，并求出系統穩定時的增益K的范圍。5 對內容4中的系統，當K=10和40時，分別作出閉環系統的階躍響應曲線，要求用Simulink實現。四實驗設備與器材配置裝有MATL

5、AB的電腦一臺。五實驗記錄1已知H（s）=，求H（s）的零極點表達式和狀態空間表達式。在MATLAB中輸入以下代碼得：>> num5=0.05,1;den5=conv(0.2,1,0.1,1);A B C D=tf2ss(num5,den5);%求狀態空間表達式zero=zpk(tf(num5,den5);%零極點表達式求得狀態空間表達式：A = -15.0000 -50.0000 1.0000 0 B = 1 0C =2.5000 50.0000D = 0線性定常系統的狀態空間模型為：xt=Axt+Bu(t)yt=Cxt+Du(t)零極點表達式：>> zerozero

6、 = 2.5 (s+20) - (s+10) (s+5) Continuous-time zero/pole/gain model.G（s）=2.5 (s+20) (s+10) (s+5)2已知，。a) 求兩模型串聯后的系統傳遞函數。b) 求兩模型并聯后的系統傳遞函數。c) 求兩模型在負反饋連接下的系統傳遞函數。在MATLAB中輸入以下程序：num1 = 1,5; den1 = conv(1,1,1,2); den1 = conv(den1,1,0);H1 = tf(num1,den1);num2 = 1; den2 = 1,1; H2 = tf(num2,den2);num3,den3 =

7、series(num1,den1,num2,den2); G1 = tf(num3,den3);%串聯num4,den4 = parallel(num1,den1,num2,den2); G2 = tf(num4,den4);%并聯G3 = feedback(H1,H2) ;%負反饋得：兩模型串聯后的系統傳遞函數：G1 = s + 5 - s4 + 4 s3 + 5 s2 + 2 s Continuous-time transfer function.兩模型并聯后的系統傳遞函數:G2 = s3 + 4 s2 + 8 s + 5 - s4 + 4 s3 + 5 s2 + 2 s Continuo

8、us-time transfer function.兩模型在負反饋連接下的系統傳遞函數:G3 = s2 + 6 s + 5 - s4 + 4 s3 + 5 s2 + 3 s + 5 Continuous-time transfer function.6 作出上題中（1）的BODE圖，并求出幅值裕度與相位裕度。在MATLAB中輸入以下程序：bode(num3,den3); grid on;%Bode圖g,p,wg,wp = margin(num3,den3); %g幅值裕度，p相位裕度BODE圖：幅值裕度：g = 0.5576相位裕度：p = -19.36627 給定系統開環傳遞函數為，繪制系統

9、的根軌跡圖與奈奎斯特曲線，并求出系統穩定時的增益K的范圍。在MATLAB中輸入以下程序：>> num6=1; den6 = conv(1,2,1,2,5); G = tf(num6,den6);>> rlocus(num6,den6); K為正值時的根軌跡圖：K為負值時的根軌跡圖：由上圖可得系統穩定時的增益K的范圍為：-10<K<26畫出Nyquist曲線圖為：nyquist(num6,den6);8 對內容4中的系統，當K=10和40時，分別作出閉環系統的階躍響應曲線，要求用Simulink實現。Simulink仿真圖如下：閉環系統的階躍響應曲線：K=10時：K=40時：七實驗結論Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具對我們自動控制系統的研究具有巨大的幫助作用，Simulink提供一個動態系統建模、仿真和綜合分析的集成環境。利用sinmulink和MTALAB既可以實現對系統傳遞函數的分析與計算，又可以利