南昌大學(xué)《MATLAB與控制系統(tǒng)仿真》實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告實(shí)驗(yàn)課程： MATLAB與控制系統(tǒng)仿真姓 名：學(xué) 號(hào)：專業(yè)班級(jí)： 2016年 6月目 錄實(shí)驗(yàn)一 MATLAB的環(huán)境與基本運(yùn)算（一）實(shí)驗(yàn)二 MATLAB的環(huán)境與基本運(yùn)算（二）實(shí)驗(yàn)三 MATLAB語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)四 MATLAB的圖形繪制實(shí)驗(yàn)五 基于SIMULINK的系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)六 控制系統(tǒng)的頻域與時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)七 控制系統(tǒng)PID校正器設(shè)計(jì)法實(shí)驗(yàn)八 線性方程組求解及函數(shù)求極值 實(shí)驗(yàn)一 MATLAB的環(huán)境與基本運(yùn)算（一）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 熟悉MATLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境2掌握矩陣、變量、表達(dá)式的各種基本運(yùn)算二、實(shí)驗(yàn)基本原理1.熟悉MATLAB環(huán)境: MATLAB桌面和命令窗口、命令歷史窗口、幫助

2、信息瀏覽器、工作空間瀏覽器、文件和搜索路徑瀏覽器。2.掌握MATLAB常用命令表1 MATLAB常用命令clc 清除命令窗口中內(nèi)容clear 清除工作空間中變量help 對(duì)所選函數(shù)的功能、調(diào)用格式及相關(guān)函數(shù)給出說(shuō)明lookfor 查找具有某種功能的函數(shù)但卻不知道該函數(shù)的準(zhǔn)確名稱3.MATLAB變量與運(yùn)算符31變量命名規(guī)則32 MATLAB的各種常用運(yùn)算符表2 MATLAB算術(shù)運(yùn)算符操作符 功能說(shuō)明 操作符 功能說(shuō)明 + 加 矩陣左除- 減. 數(shù)組左除* 矩陣乘/ 矩陣右除.* 數(shù)組乘./ 數(shù)組右除 矩陣乘方' 矩陣轉(zhuǎn)置. 數(shù)組乘方.' 數(shù)組轉(zhuǎn)置 表3 MATLAB關(guān)系運(yùn)算符操作

3、符 功能說(shuō)明 = 等于= 不等于> 大于< 小于>= 大于等于<= 小于等于表4 MATLAB邏輯運(yùn)算符邏輯運(yùn)算符 邏輯運(yùn)算 說(shuō)明 & And 邏輯與| Or 邏輯或 Not 邏輯非Xor邏輯異或表5 MATLAB特殊運(yùn)算符號(hào) 功能說(shuō)明示例 符號(hào) 功能說(shuō)明示例 ： 1:1:4;1:2:11 . ； 分隔行 . ， 分隔列 （） % 注釋 構(gòu)成向量、矩陣 ！ 調(diào)用操作系統(tǒng)命令 構(gòu)成單元數(shù)組= 用于賦值 4.MATLAB的一維、二維數(shù)組的尋訪表6 子數(shù)組訪問(wèn)與賦值常用的相關(guān)指令格式三、主要儀器設(shè)備及耗材 計(jì)算機(jī)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1新建一個(gè)文件夾（自己的名字命名，在機(jī)器的

4、最后一個(gè)盤(pán)符） 2啟動(dòng)MATLAB，將該文件夾添加到MATLAB路徑管理器中。3學(xué)習(xí)使用help命令。4窗口命令l closel close alll clcl hold onl hold off了解其功能和作用，觀察command window、command history和workspace等窗口的變化結(jié)果。5工作空間管理命令l whol whosl clear6隨機(jī)生成一個(gè)2×6的矩陣，寫(xiě)出實(shí)現(xiàn)矩陣左旋（以第1行第1列為中心逆時(shí)針）90°或右旋（順時(shí)針）90°的命令。左旋:rot90(a)；右旋：rot90(flipud(fliplr(a)（先左右翻轉(zhuǎn)，上

5、下翻轉(zhuǎn)，在左旋90°）7求高階方程的的根，求高階多項(xiàng)式的值。8創(chuàng)建一個(gè)二維數(shù)組A（4×8）。查詢數(shù)組A第2行、第3列的元素；查詢數(shù)組A第2行的所有元素；查詢數(shù)組A第6列的所有元素；查詢數(shù)組A按列拉長(zhǎng)形成新的數(shù)組B；查詢數(shù)組A按行拉長(zhǎng)形成新的數(shù)組C。查詢數(shù)組A按列拉長(zhǎng)形成新的數(shù)組B：B=A(:)查詢數(shù)組A按行拉長(zhǎng)形成新的數(shù)組C：B=A;D=B(:);C=D五、實(shí)驗(yàn)程序及結(jié)果1、新建一個(gè)文件夾（自己的名字命名，在機(jī)器的最后一個(gè)盤(pán)符） 2、啟動(dòng)MATLAB，將該文件夾添加到MATLAB路徑管理器中。3、學(xué)習(xí)使用help命令。4、窗口命令l closel close alll cl

6、cl hold onl hold off5、工作空間管理命令l whol whosl clear3、程序如下：%隨機(jī)生成一個(gè)2×6的矩陣a=rand(2,6)%左旋90度a1=rot90(a)%右旋90度a2=rot90(flipud(fliplr(a)%創(chuàng)建一個(gè)二維數(shù)組A（4×8）。查詢數(shù)組A第2行、第3列的元素；查詢數(shù)組A第2行的所有元素；%查詢數(shù)組A第6列的所有元素；查詢數(shù)組A按列拉長(zhǎng)形成新的數(shù)組B；查詢數(shù)組A按行拉長(zhǎng)形成新的數(shù)組CA=1 2 3 4 5 6 7 8;9 10 11 12 13 14 15 16; 17 18 19 20 21 22 23 24;25

7、26 27 28 29 30 31 32 ;A1=A(2,3)A2=A(2,:)A3=A(:,6)B=A(:)B1=A'D=B1(:);C=D'求高階方程的的根，求高階多項(xiàng)式的值。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 通過(guò)第一次做實(shí)驗(yàn)，熟悉了一些的基本功能。掌握矩陣、變量、表達(dá)式的各種基本運(yùn)算，讓自己感覺(jué)到了MATLAB功能的強(qiáng)大，因此我們必須學(xué)習(xí)使用這個(gè)軟件，讓它更好的為我們服務(wù)。實(shí)驗(yàn)二 MATLAB的環(huán)境與基本運(yùn)算（二）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 熟悉MATLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境2掌握矩陣、變量、表達(dá)式的各種基本運(yùn)算二、實(shí)驗(yàn)基本原理1.MATLAB的基本運(yùn)算表1 兩種運(yùn)算指令形式和實(shí)質(zhì)內(nèi)涵的異同表2MATLAB的常用

8、函數(shù)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1設(shè)有3個(gè)二維數(shù)組A（2×4），B（2×4），C（2×2），參照表1寫(xiě)出所有由2個(gè)數(shù)組參與的合法的數(shù)組運(yùn)算和矩陣指令及結(jié)果。2學(xué)習(xí)使用表2列出的常用函數(shù)。3學(xué)習(xí)使用表3列出的數(shù)組操作函數(shù)。4生成下列矩陣，并取出方框內(nèi)的數(shù)組元素四、主要儀器設(shè)備及耗材計(jì)算機(jī)五、實(shí)驗(yàn)程序及結(jié)果實(shí)驗(yàn)程序：%1、設(shè)有3個(gè)二維數(shù)組A（2×4），B（2×4），C（2×2），參照表1寫(xiě)出所有由2個(gè)數(shù)組參與的合法的數(shù)組運(yùn)算和矩陣指令及結(jié)果。A=1 2 3 4;5 6 7 8;B=9 10 11 12;13 14 15 16;C=17 18;19 20

9、;s=30;n=5;p=1.2;A.'A=ss+Bs-BB-ss.*As./BB./sA.nA.pA+BA-BA.*BA./BB.Aexp(A)log(A)sqrt(A)A's*As*inv(C)AnApA*BA/BBAexpm(A)logm(A)sqrtm(A)diag(C)eye(4)magic(5)ones(5)ones(4,5)rand(6)rand(6,2)randn(3)randn(3,6)zeros(5)zeros(3,7)size(C)rot90(B)det(C)rank(C) %4、生成一個(gè)指定的矩陣，并按要求取出其中的數(shù)組元素 方法一D=1:5;10:-1:

10、6;11:15;16:20;21:25D(2,2:3)D(2:4,4)D(4:5,1:3)方法二>>A=1,2,3,4,5;10,9,8,7,6;11,12,13,14,15;16,17,18,19,20A = 1 2 3 4 5 10 9 8 7 6 11 12 13 14 1516 17 18 19 20>> A(2,2:3)ans = 9 8>> A(2:4,4)ans = 7 1419>> A(4:5,1:3)ans= 16 17 18 21 22 23六、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 在第一次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，自己這次實(shí)驗(yàn)要相對(duì)上一次比較順利，一些基本功能也能

11、更好的掌握，但是對(duì)matlab這個(gè)軟件的強(qiáng)大功能還不能很好的應(yīng)用，因此我要加強(qiáng)對(duì)該軟件的學(xué)習(xí)，讓它更好的處理各個(gè)學(xué)科的知識(shí)，總而言之，這次實(shí)驗(yàn)的收獲還是比較大的。實(shí)驗(yàn)三 MATLAB語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉MATLAB程序編輯與設(shè)計(jì)環(huán)境2掌握各種編程語(yǔ)句語(yǔ)法規(guī)則及程序設(shè)計(jì)方法 3函數(shù)文件的編寫(xiě)和設(shè)計(jì) 4了解和熟悉跨空間變量傳遞和賦值 二、實(shí)驗(yàn)基本原理1程序流程控制語(yǔ)句 for循環(huán)結(jié)構(gòu)語(yǔ)法：for i初值：增量：終值 語(yǔ)句1 語(yǔ)句n end 說(shuō)明：1i初值：終值，則增量為1。 2初值、增量、終值可正可負(fù)，可以是整數(shù)，也可以是小數(shù)，只須符合數(shù)學(xué)邏輯。while 循環(huán)結(jié)構(gòu) 語(yǔ)法：while

12、邏輯表達(dá)式 循環(huán)體語(yǔ)句 end 說(shuō)明：（1）whiIe結(jié)構(gòu)依據(jù)邏輯表達(dá)式的值判斷是否執(zhí)行循環(huán)體語(yǔ)勾。若表達(dá)式的值為真，執(zhí)行循環(huán)體語(yǔ)句一次、在反復(fù)執(zhí)行時(shí)，每次都要進(jìn)行判斷。若表達(dá)式的值為假，則程序執(zhí)行end之后的語(yǔ)句。（2）為了避免因邏輯上的失誤，而陷入死循環(huán)，建議在循環(huán)體語(yǔ)句的適當(dāng)位置加break語(yǔ)句、以便程序能正常執(zhí)行。（執(zhí)行循環(huán)體的次數(shù)不確定；每一次執(zhí)行循環(huán)體后，一定會(huì)改變while后面所跟關(guān)系式的值。） （3）while循環(huán)也可以嵌套、其結(jié)構(gòu)如下： while邏輯表達(dá)式1 循環(huán)體語(yǔ)句1 while邏輯表達(dá)式2 循環(huán)體語(yǔ)句2 end 循環(huán)體語(yǔ)句3 end if-else-end分支結(jié)構(gòu)if

13、 表達(dá)式 1 語(yǔ)句1 else if 表達(dá)式 2(可選) 語(yǔ)句2 else(可選) 語(yǔ)句3 end end 說(shuō)明：（1）if結(jié)構(gòu)是一個(gè)條件分支語(yǔ)句，若滿足表達(dá)式的條件，則往下執(zhí)行；若不滿足，則跳出if結(jié)構(gòu)。（2）else if表達(dá)式2與else為可選項(xiàng)，這兩條語(yǔ)句可依據(jù)具體情況取舍。（3）注意：每一個(gè)if都對(duì)應(yīng)一個(gè)end，即有幾個(gè)if，記就應(yīng)有幾個(gè)end。switch-case結(jié)構(gòu)語(yǔ)法：switch表達(dá)式case常量表達(dá)式1 語(yǔ)句組1 case常量表達(dá)式2 語(yǔ)句組2 otherwise 語(yǔ)句組n end 說(shuō)明：（1）switch后面的表達(dá)式可以是任何類型，如數(shù)字、字符串等。（2）當(dāng)表達(dá)式的值與

14、case后面常量表達(dá)式的值相等時(shí)，就執(zhí)行這個(gè)case后面的語(yǔ)句組如果所有的常量表達(dá)式的值都與這個(gè)表達(dá)式的值不相等時(shí)，則執(zhí)行otherwise后的執(zhí)行語(yǔ)句。程序流程控制指令break、return、pause 2函數(shù)文件的結(jié)構(gòu)和編寫(xiě)方法 函數(shù)只能在函數(shù)體內(nèi)對(duì)變量進(jìn)行操作，也就是只能訪問(wèn)函數(shù)本身工作空間中的變量。M函數(shù)文件的結(jié)構(gòu)（1） 函數(shù)定義行（function） （2） H1行（函數(shù)幫助文本的第一行） （3） 函數(shù)幫助文本（4） 函數(shù)體（5） 注釋函數(shù)文件編寫(xiě)后，保存時(shí)，其文件名必須與函數(shù)名相同。注意：函數(shù)名不要與MATLAB自身的函數(shù)命令相同。三、主要儀器設(shè)備及耗材計(jì)算機(jī)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 練習(xí)A

15、 1熟悉MATLAB程序編輯與設(shè)計(jì)環(huán)境2用for循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)求1100的和3用for循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)編寫(xiě)一個(gè)求階乘n!的函數(shù)文件4設(shè)y=3,5,7,9,11,16,21,23,25,27，將y向量中屬于能整除3的元素傳遞給向量z。(使用函數(shù)rem求余數(shù))。7已知數(shù)組A=2,4,6,8,10，B=4,9,6,7,4,求,其中n=5。五、實(shí)驗(yàn)程序及結(jié)果程序如下：%用for循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)求1100的和sum=0;for i=1:100sum=sum+i;endsum結(jié)果為：sum = 5050%用for循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)編寫(xiě)一個(gè)求階乘n!的函數(shù)文件function f=factor(n)f=1;for i=1:

16、n f=f*i;End運(yùn)行結(jié)果為： f=factor(10)f = 3628800%設(shè)y=3,5,7,9,11,16,21,23,25,27，將y向量中屬于能整除3的元素傳遞給向量z。(使用函數(shù)rem求余數(shù))y=3,5,7,9,11,16,21,23,25,27;z=;for i=1:10 a=rem(y(i),3); if a=0 z=z,y(i); endendz 結(jié)果為：z = 3 9 21 27%已知數(shù)組A=2,4,6,8,10，B=4,9,6,7,4,求,其中n=5。A=2,4,6,8,10;B=4,9,6,7,4;n=5;sum=0;for i=1:5 a(i)=A(i)*B(n-

17、i+1); sum=sum+a(i);endsum結(jié)果為：sum = 184六、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 在前兩次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，掌握了基本的操作，這次實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步加深了對(duì)軟件功能的探索，讓自己熟悉MATLAB程序編輯與設(shè)計(jì)環(huán)境，掌握編程語(yǔ)句語(yǔ)法規(guī)則及程序設(shè)計(jì)方法、函數(shù)文件的編寫(xiě)和設(shè)計(jì)，了解和熟悉跨空間變量傳遞和賦值。讓自己掌握了基本的編程方法，受益匪淺。實(shí)驗(yàn)四 MATLAB的圖形繪制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)MATLAB圖形繪制的基本方法； 2熟悉和了解MATLAB圖形繪制程序編輯的基本指令； 3熟悉掌握利用MATLAB圖形編輯窗口編輯和修改圖形界面，并添加圖形的各種標(biāo)注； 4掌握plot、subplot的指令格式和語(yǔ)

18、法。二、實(shí)驗(yàn)基本原理1基本的繪圖命令plot（x,y,）2建立圖形窗口命令figure（1）；figure（2）；figure(n)打開(kāi)不同的圖形窗口，以便繪制不同的圖形。3grid on：在所畫(huà)出的圖形坐標(biāo)中加入柵格grid off：除去圖形坐標(biāo)中的柵格。4hold on：把當(dāng)前圖形保持在屏幕上不變，同時(shí)允許在這個(gè)坐標(biāo)內(nèi)繪制另外一個(gè)圖形。hold off：使新圖覆蓋舊的圖形。5axis設(shè)定軸的范圍axis（xmin xmax ymin ymax）設(shè)定x 軸與y軸的最大、最小坐標(biāo)。axis(equal)：將x坐標(biāo)軸和y坐標(biāo)軸的單位刻度大小調(diào)整為一樣。6文字標(biāo)示l text(x,y,字符串)在圖

19、形的指定坐標(biāo)位置(x,y)處，標(biāo)示單引號(hào)括起來(lái)的字符串。l gtext(字符串)利用鼠標(biāo)在圖形的任意位置標(biāo)示字符串。l title(字符串)在所畫(huà)圖形的最上端顯示說(shuō)明該圖形標(biāo)題的字符串。l xlabel(字符串)，ylabel(字符串)設(shè)置x，y坐標(biāo)軸的名稱。l 輸入特殊的文字需要用反斜杠（）開(kāi)頭7subplot（m，n，k）：分割圖形顯示窗口，在同一個(gè)窗口中顯示多個(gè)圖形。l m：上下分割個(gè)數(shù)l n：左右分割個(gè)數(shù)l k:：子圖編號(hào)8semilogx：繪制以x軸為對(duì)數(shù)坐標(biāo)（以10為底），y軸為線性坐標(biāo)的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖形。semilogy：繪制以y 軸為對(duì)數(shù)坐標(biāo)（以10 為底），x 軸為線性坐標(biāo)的半

20、對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖形。三、主要儀器設(shè)備及耗材計(jì)算機(jī)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1繪制下列曲線，要求盡可能多地使用二中所列命令。 y=sin(t)sin(9t)2繪制二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)，綜合演示圖形標(biāo)識(shí)。clf;t=6*pi*(0:100)/100;y=1-exp(-0.3*t).*cos(0.7*t); tt=t(find(abs(y-1)>0.05);ts=max(tt); plot(t,y,'r-','LineWidth',3) axis(-inf,6*pi,0.6,inf) set(gca,'Xtick',2*pi,4*pi,6*pi,'Ytick&

21、#39;,0.95,1,1.05,max(y) grid on title('it y = 1 - e -alphatcosomegat') text(13.5,1.2,'fontsize12alpha=0.3') text(13.5,1.1,'fontsize12omega=0.7') hold on;plot(ts,0.95,'bo','MarkerSize',10);hold off cell_string1='fontsize12uparrow' cell_string2='font

22、size16 fontname隸書(shū)鎮(zhèn)定時(shí)間' cell_string3='fontsize6 ' cell_string4='fontsize14rmt_s = ' num2str(ts); text(ts,0.85,cell_string) xlabel('fontsize14 bft rightarrow')ylabel('fontsize14 bfy rightarrow')五、實(shí)驗(yàn)程序及結(jié)果1繪制下列曲線，要求盡可能多地使用二中所列命令。 y=sin(t)sin(9t) %繪制下列曲線subplot(2,2,1);

23、x=-5:0.1:5;y=x-x.3/3;plot(x,y);title('圖形1');xlabel('x');ylabel('y');grid onsubplot(2,2,2);x=-5:0.1:5;y=1/2/pi*exp(x.2/2);plot(x,y);title('圖形2');xlabel('x');ylabel('y');grid onsubplot(2,2,3);t=linspace(0,2*pi,10000);r=2;x=r*sin(t);y=r*cos(t);plot(x,y);t

24、itle('圖形3');xlabel('x');ylabel('y');axis('equal')grid onsubplot(2,2,4);t=linspace(0,2*pi,10000);y=sin(t).*sin(9*t);plot(t,y);title('圖形4');xlabel('t');ylabel('y');grid on 2繪制二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)，綜合演示圖形標(biāo)識(shí)。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 這次實(shí)驗(yàn)掌握了MATLAB圖形繪制的基本方法，熟悉和了解MATLAB圖形繪制程序編輯的基本指

25、令，利用MATLAB圖形編輯窗口編輯和修改圖形界面，并添加圖形的各種標(biāo)注，掌握plot、subplot的指令格式和語(yǔ)法。讓自己對(duì)軟件的拓展范圍加大，自己的使用更加順利，收獲很大。實(shí)驗(yàn)五 基于SIMULINK的系統(tǒng)仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉SIMULINK 工作環(huán)境及特點(diǎn)2、掌握線性系統(tǒng)仿真常用基本模塊的用法3、掌握SIMULINK 的建模與仿真方法4、子系統(tǒng)的創(chuàng)建和封裝設(shè)計(jì)二、實(shí)驗(yàn)基本原理1、了解SIMULINK模塊庫(kù)中各子模塊基本功能 2、SIMULINK 的建模與仿真方法（1）打開(kāi)模塊庫(kù)，找出相應(yīng)的模塊。鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊相應(yīng)模塊，拖拽到模型窗口中即可。（2）創(chuàng)建子系統(tǒng)：當(dāng)模型大而復(fù)雜時(shí)，可創(chuàng)建子

26、系統(tǒng)。（3）設(shè)置仿真控制參數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)程序及結(jié)果1、SIMULINK仿真實(shí)際應(yīng)用（1） 雙環(huán)調(diào)速的電流環(huán)系統(tǒng)的方框圖模型為： 圖中參數(shù)設(shè)為Ks=44；Ts=0.00167；Ta=0.017；R=1；Tm=0.075；Ce=0.1925；Kt=0.01178；T1=0.049；T2=0.088(1)在Simulink集成環(huán)境下建立模型，在給定信號(hào)作用點(diǎn)處輸入單位給定階躍響應(yīng)信號(hào)，0.3秒后在擾動(dòng)信號(hào)點(diǎn)輸入單位階躍響應(yīng)信號(hào)。并繪制相應(yīng)的響應(yīng)曲線(2)計(jì)算仿真結(jié)果的超調(diào)量、上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差。(3)設(shè)計(jì)PID調(diào)節(jié)器替代圖中的比例積分調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)Kp,Ti,Td，用使系統(tǒng)滿足超調(diào)量15%，上

27、升時(shí)間0.3s，調(diào)節(jié)時(shí)間0.4s的要求。(4)要求對(duì)加入的PID控制器封裝成一個(gè)模塊使用。PID調(diào)節(jié)器 封裝模塊應(yīng)用PID調(diào)節(jié)器后2、用Simulink對(duì)以下系統(tǒng)進(jìn)行仿真 其中為系統(tǒng)輸入，y(t)為系統(tǒng)輸出，仿真當(dāng)輸入為正弦信號(hào)時(shí)，輸出的信號(hào)的波形，仿真時(shí)間0<=0t<=100。3、在滑艇的運(yùn)行過(guò)程中，滑艇主要受到如下作用力的控制：滑艇自身的牽引力F，滑艇受到的水的阻力f。其中水的阻力，u為滑艇的運(yùn)動(dòng)速度。由運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)定理可知，整個(gè)滑艇系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為：其中，m為滑艇的質(zhì)量。假設(shè)滑艇的質(zhì)量為1000kg，建立此系統(tǒng)的Simulink模型并進(jìn)行分析。由仿真曲線可知，滑艇在牽引力F

28、（值為1000）的作用下，在經(jīng)過(guò)80s左右的時(shí)間后，速度由0上升并穩(wěn)定在33km/h。四、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 這個(gè)實(shí)驗(yàn)讓我熟悉SIMULINK工作環(huán)境及特點(diǎn)，掌握線性系統(tǒng)仿真常用基本模塊的用法，熟悉SIMULINK 的建模與仿真方法以及子系統(tǒng)的創(chuàng)建和封裝設(shè)計(jì).這個(gè)實(shí)驗(yàn)也體現(xiàn)了MATLAB用途比較廣泛，因此我們必須學(xué)會(huì)使用MATLAB，這樣才能更有益于我們的學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)六 控制系統(tǒng)的頻域與時(shí)域分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基本描述方法和相互轉(zhuǎn)化2、了解控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法3、掌握控制系統(tǒng)頻域與時(shí)域分析基本方法二、實(shí)驗(yàn)基本原理1、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的幾種表示方法 2、在MATLAB工具箱中，提供了子

29、系統(tǒng)的連接處理函數(shù)：1） series()函數(shù)：系統(tǒng)串聯(lián)實(shí)現(xiàn)。2） parallel()函數(shù)：系統(tǒng)并聯(lián)實(shí)現(xiàn)。3） feedback()函數(shù)：系統(tǒng)反饋連接。3、控制系統(tǒng)根軌跡繪制1）rlocfind():計(jì)算給定根的根軌跡增益 2）rlocus() 函數(shù)：功能為求系統(tǒng)根軌跡。 4、控制系統(tǒng)頻域分析基本方法1）Bode圖：bode()函數(shù)2）Nyquist圖：nyquist()函數(shù)3）穩(wěn)定裕度計(jì)算：margin( )函數(shù)5、線性系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)分析1）step( )函數(shù)-求系統(tǒng)階躍響應(yīng)2）impulse( )函數(shù)：求取系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)3）lsim( )函數(shù)：求系統(tǒng)的任意輸入下的仿真三、實(shí)驗(yàn)程序及結(jié)果1、

30、表示下列傳遞函數(shù)模型,并轉(zhuǎn)化成其他的數(shù)學(xué)模型1. (1)傳遞函數(shù)以及傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)化為零極點(diǎn)形式 傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)化為狀空表達(dá)式 （2） 傳遞函數(shù)以及傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)化為零極點(diǎn)形式傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)化為狀空表達(dá)式（3） 傳遞函數(shù)以及傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)化為零極點(diǎn)形式傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)化為狀空表達(dá)式(4)狀空表達(dá)式以及狀空表達(dá)式轉(zhuǎn)化為傳遞函數(shù) 狀空表達(dá)式轉(zhuǎn)化為零極點(diǎn)形式2、一個(gè)單位負(fù)反饋開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 試?yán)L出系統(tǒng)閉環(huán)的根軌跡圖；并在跟軌跡圖上任選一點(diǎn)，試計(jì)算該點(diǎn)的增益K及其所有極點(diǎn)的位置。3、求下面系統(tǒng)在階躍信號(hào)為0.11(t)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)。并求系統(tǒng)性能指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)值、上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量。穩(wěn)態(tài)值 0.11、上升時(shí)間 4.52、調(diào)節(jié)

31、時(shí)間 10 、超調(diào)量 0.113四、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)掌握控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基本描述方法和相互轉(zhuǎn)化，了解控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法，掌握控制系統(tǒng)頻域與時(shí)域分析基本方法，這個(gè)對(duì)于我們控制理論的學(xué)習(xí)非常有幫助，通過(guò)模擬讓我們知道自己運(yùn)算的結(jié)果的正誤，讓自己能夠更好的檢驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)七 控制系統(tǒng)PID校正器設(shè)計(jì)法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉常規(guī)PID控制器的設(shè)計(jì)方法2、掌握PID參數(shù)的調(diào)節(jié)規(guī)律3、學(xué)習(xí)編寫(xiě)程序求系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 二、實(shí)驗(yàn)基本原理1模擬PID控制器典型的PID控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。比 例積 分微 分對(duì)象模型PID控制器r(t)y(t)u(t)e(t) 圖1 典型PID控制結(jié)構(gòu)PID調(diào)節(jié)器的數(shù)學(xué)描述為2 數(shù)字PID控制器在計(jì)算機(jī)PID控制中，連續(xù)PID控制算法不能直接使用，需要采用離散化方法，通常使用數(shù)字PID控制器。以一系列采樣時(shí)刻點(diǎn)kT（T為采樣周期）代表連續(xù)時(shí)間t，以矩形法數(shù)值積分近似代替積分，以一階后向差分近似代替微分，即：離散PID表達(dá)式：三、實(shí)驗(yàn)程序及結(jié)果1、在SIMULINK窗口建立如下模型2、設(shè)