[自动控制原理]仿真实验报告

《自动控制原理》仿真实验报告

姓 名 王 颖 学 号 3131008028

2015年04月18 日

目 录

实验一 MATLAB软件的安装与认知 实验二 使用软件进行数值运算和绘图

实验三 采用SIMULINK仿真模块进行系统性能分析

实验一 MATLAB软件的认识

一、实验目的

MATLAB软件是具有数值分析、矩阵运算、复杂的信息处理和完美的图形显示等多种功能的软件包,它具有许多专门用途的工具箱,进一步扩展了MATLAB的应用领域,使其在自动控制系统的分析和设计方面获得广泛的应用。 1、熟悉启动和退出MATLAB软件的方法; 2、熟悉MATLAB软件的运行环境; 3、熟悉MATLAB软件的基本操作; 4、掌握建立矩阵的方法;

5、掌握熟悉MATLAB软件各种表达式的书写规则以及常用函数的使用; 6、能够进行基本的数组、矩阵运算。

二、实验内容

熟悉MATLAB软件的各个指令及常用函数,掌握数值的表示方法、运算符的使用规则及运算表达式的写法。

三、分析讨论题

1、MATLAB软件有哪些常用指令?有哪些常用函数? 答:(1)MATLAB软件常用指令:

ans :最近生成的无名结果 For:按规定次数重复执行语句 eps :浮点数的相对误差 While:不确定次数重复执行语句 pi:3.14145926 help:在线帮助指令

i:虚数单位 End:结束for,while,if 语句 j:虚数单位 Plot:绘制曲线 clear:从内存中清楚变量 Stem:离散序列的绘制 Inf :无穷大,如n/0 If:条件执行语句 (2)MATLAB软件常用函数:

三角函数(如sin正弦、cos余弦等);

指数函数(如exp E为底的指数、log自然指数等);

复数函数(如abs绝对值、conj共轭、real实部、imag虚部等); 其他函数(如max最大值等)。

2、用举例的方法说明数值的表示方法是怎样的? 答:例1: 例2:

3、变量命名的规定。

1)变量名、函数名:字母大小写表示不同的变量名。

2)变量名的第一个字母必须是英文字母,最多可包含31个字符(英文、数字和下连字符)。

3)变量名不得包含空格、标点、,但可以有下连字符。

实验二 使用软件进行数值运算和绘图

一、实验目的

1. 掌握熟悉MATLAB软件各种表达式的书写规则以及常用函数的使用; 2. 能够进行基本的数组、矩阵运算; 3. 应用MATLAB软件绘制二维图线。

二、实验内容

掌握应用MATLAB软件进行数值运算的方法并能绘制二维图线。

三、实验步骤及运算结果

1. 应用MATLAB软件求[122(74)]32的运算过程及结果。 运算过程及结果:

2. 求下列表达式的值,并写出运算过程及结果。

z1

2sin85o1e

2

3. 绘制二个周期内的正弦、余弦曲线,时间取样间隔为0.1,取样长度为4。

写出运行指令及显示绘图结果。 运行指令:

绘图结果:

实验三 采用SIMULINK仿真模块进行系统性能分析

一、实验目的

1.掌握应用MATLAB软件进行传递函数的变换;

2、能够采用SIMULINK仿真模块建立系统模型并进行系统仿真;

二、实验内容

通过实例练习掌握MATLAB软件在自动控制系统中的应用,重点是能够采用SIMULINK仿真模块建立系统模型并进行系统仿真分析。

三、系统仿真及性能分析

1、计算并绘制下列传递函数的阶跃响应(t0至t10,步长为0.1)

G(s)

10

2

s2s10

注:阶跃响应的MATLAB库函数为step(num,den,t),且num=10,den为传递函数分母系数。 输入MATLAB命令:

阶跃响应曲线:

2、采用SIMULINK仿真模块对下列系统建立模型,并进行系统仿真分析(求其单位阶跃响应曲线)。绘制系统仿真模型及仿真输出结果显示。

G(s)

35

s(0.2s1)(0.01s1)(0.005s1)

①首先双击MATLAB图标→单击右方按钮[打开Simulink Library Browser]→单击图中左上方的<Continuous>选项

②选择Continuous选项,从中选择传递函数(Transfer Fcn),并用拖曳的方式拖至窗口。再双击传递函数(Transfer Fcn),得到框图参数(Block parameters)对话框。在对话框中的分子项(Numerator)中取[1],分母项(Denominate)中取[1 0],对应1/s环节,点击OK,即得到如图

1

同理再建立传递函数为1/(0.2s+1)(对应Num项为[1],Den项为[0.2 1])、1/(0.01s+1)(对应Num项为[1],Den项为[0.01 1])、1/(0.005s+1)的方框(对应Num项为[1],Den项为[0.005 1])

③在Math选项内选择和点,将和点符号设定为[+-],得到如图所示比较点符号。选择增益模块(Gain)

④从Simulink库里的输入模块库(Sources)中选择(step)

,将它拖曳至建模窗

⑤从Simulink库里的输出模块(Sinks)库里,选择示波器(Scope)

,将它拖曳到

⑥将各环节移位,安排成如图1所示的位置。然后用鼠标左键点住环节输出的箭头,这时鼠标指针变成十字形叉,将它拖曳至想要连接的环节的输入箭头之处放开左键,就完成连线;这样逐一连接,便可完成如图

1

图1

⑦使用Simulink菜单中的Start,即可对系统进行仿真。将Scope参数设定为y:2,x(Time range):10,双击Scope模块,即可得到如图2所示的单位阶跃响应曲线。

图2


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