控制系统数字仿真题库
一、填空题
1. 定义一个系统时，首先要确定系统的边界；边界确定了系统的范围，边界以外对系统的作用称为系统的输入，系统对边界以为环境的作用称为系统的输出。
2．系统的三大要素为：实体、属性和活动。
3．人们描述系统的常见术语为：实体、属性、事件和活动。
4．人们经常把系统分成四类，它们分别为：连续系统、离散系统、采样数据系统和离散-连续系统。
5、根据系统的属性可以将系统分成两大类：工程系统和非工程系统。
6．根据描述方法不同，离散系统可以分为：离散时间系统和离散事件系统。
7. 系统是指相互联系又相互作用的实体的有机组合。
8．根据模型的表达形式，模型可以分为物理模型和数学模型二大类，其中数学模型根据数学表达形式的不同可分为二种，分别为：静态模型和动态模型。
9、采用一定比例按照真实系统的样子制作的模型称为物理模型，用数学表达式来描述
系统内在规律的模型称为数学模型。
10．静态模型的数学表达形式一般是代数方程和逻辑关系表达式等，而动态模型的数学表达形式一般是微分方程和差分方程。
11．系统模型根据描述变量的函数关系可以分类为线性模型和非线性模型。
12 仿真模型的校核是指检验数字仿真模型和数学模型是否一致。
13．仿真模型的验证是指检验数字仿真模型和实际系统是否一致。14．计算机仿真的三个要素为：系统、模型与计算机。
15．系统仿真的三个基本活动是系统建模、仿真建模和仿真试验。
16．系统仿真根据模型种类的不同可分为：物理仿真、数学仿真和数学-物理混合仿真。17．根据仿真应用目的的不同，人们经常把计算机仿真应用分为四类，分别为：
系统分析、系统设计、理论验证和人员训练。18．计算机仿真是指将模型在计算机上进行实验的过程。
19. 仿真依据的基本原则是:相似原理。
20. 连续系统仿真中常见的一对矛盾为计算速度和计算精度。
21．保持器是一种将离散时间信号恢复成连续信号的装置。
22．零阶保持器能较好地再现阶跃信号。
23. 一阶保持器能较好地再现斜坡信号。
24. 二阶龙格-库塔法的局部截断误差为O()。
25．三阶隐式阿达姆斯算法的截断误差为:O()。 26．四阶龙格-库塔法的局部截断误差为O()。
27．根据计算稳定性对步长h 是否有限制，数值积分算法可以分为二类，分别是： 条件稳定算法 和 绝对稳定算法 。
28. 根据数值积分算法本次计算只用到前一次的计算结果，还是需要更前面的多次结果，数值积分算法可以分为二类，分别 单步 法和 多步 法 。
29. 根据数值积分算法本次计算是否是需要前面的多次结果，常见的RK 法和Adams 法分别是： 单步 法和 多步 法。
30．龙格-库塔法的基本思想是用几个点上函数值的 线性组合 来避免计算函数的高阶导数、提高数值计算的精度。
31. 根据本次计算时用到的数据是否全部已知，数值积分算法可以分成二类：显式算法和隐式算法。
32. 数值积分法步长的选择应遵循的原则为计算稳定性及计算精度。 33. 采用数值积分方法时有两种计算误差，分别为截断误差和舍入误差。 34. 离散相似法在采样周期上应该满足 采样（香农）定理。
35. 常用快速数字仿真算法有增广矩阵法、时域矩阵法、替换法和根匹配法。 36. 一般对快速数字仿真算法有二点基本要求，分别为： 每步计算量小 和 良好的计
算稳定性 。
38. 双线性替换法的基本公式为：211
z s T z -=+。
39. 采样控制系统的数字仿真的一般方法为：差分方程递推求解法和双重循环方法。 40. 采样控制系统是既有连续信号又有离散信号的混合系统。 41. 采样系统按采样周期T 重复工作。
42. 已知某采样控制系统的数字校正环节为()2()()0.30.04
Y z z
D z U z z z =
=-+，采。样周期为T=0.02秒，试写出该校正环节的数字仿真模型1210.30.04n n n n y y y u ---=-+。 43.为了确定控制器的结构及其参数，人们往往会提出二类优化问题，分别为：函数优
化问题和参数优化问题。
44. 控制系统参数优化设计中目标函数一般可以分为二类：加权性能指标型目标函数和误差积分型目标函数，其中后者常用的目标函数有：误差绝对值的积分（IAE ）、误差平方的积分（ISE ）、 时间乘以误差绝对值的积分（ITAE ）、时间乘以误差平方的积分（ITSE ）、时间平方乘以误差绝对值的积分（ISTAE ）和时间平方乘以误差平方的积分（ITSE ）。 45. 参数优化问题也称为静态优化问题，解决参数优化问题的寻优途径一般有二种：间接寻优法 和直接寻优法。 46. 目标函数2
2
12121()(3/2)(1/2)Q αααααα=+--，在初值点0(2,4)T α=-处的
梯度方向为: [11- ]6T
。
50. 从计算稳定性角度分析，常见的数值积分法是 条件稳定 的算法，双线性替换法是
绝对稳定 的算法，根匹配法是 绝对稳定 的算法。 52. 控制系统仿真过程中，实现步长自动控制的前提是 误差估计 。
54. 根匹配法依据的映射关系为 Ts z e = ，若G(s)的分母阶次n 高于其分子阶次m ，
则在G(z)的分子上还需要配上 n-m 个附加零点。
55. 将实际系统抽象为数学模型，称之为一次模型化, 将数学模型转化为可在计算机上运行的仿真模型，称之为二次模型化。
二、简答题：
2、（本题5分）试述系统仿真的一般步骤。
问题的描述 、 建立系统的数学模型 、 数学模型转换成仿真模型 、 编程和调试 、仿真模型的校核和验证 、在计算机上进行仿真试验，并对仿真结果进行分析 3、（本题5分）简述计算机仿真的优点。
（1）对尚处于论证或设计阶段的系统进行研究，唯一的方法就是仿真。 （2）经济、安全、效率高。 （3）研究系统非常方便灵活。
6、（本题5分）简述系统、模型及仿真三者之间的关系。
系统是被研究的对象，模型是对系统的描述，仿真是通过模型研究系统的一种工具或手段。
7、一般的快速数字仿真算法有一下两点要求
1）每步计算量要小；
2）算法要有良好稳定性，允许采用较多的计算步长，同时又能保证必要的计算精度。
9、（本题5分）简述多步法数值积分算法的优缺点。
?多步法的优点：欲达到相同的精度，计算工作量要小得多。
?多步法的缺点：不能自启动。
10、（本题5分）简述数值积分算法的选择原则。
选择时应考虑的原则：
（1）精度要求；（2）计算速度；
（3）计算稳定性；（4）自启动能力；
（5）步长变化能力。
11、（本题5分）简述实际应用的哪些场合需要采用快速数字仿真算法?
①利用仿真技术进行控制系统的参数优化设计时；
②在数学-物理混合仿真中，并且系统比较复杂或者方程个数很多；
③在复杂系统的控制中，需要在线用仿真方法对被控系统的状态进行预测，以确定系统的控制策略时。
12、（本题5分）简述离散相似算法的优缺点。
与数值积分算法相比，离散相似算法的每步计算量要小得多，稳定性也要好得多，因而允许采用较大的计算步长。然而，它通常只适合线性定常系统的仿真，具有一定的局限性。
13、（本题5分）简述离散相似算法的原理。
离散相似算法借助于离散系统的理论和方法，将连续系统作虚拟的离散化处理，从
而建立与原连续系统模型等价（相似）的离散化模型来进行数字仿真。
14、（本题5分）简述根匹配法的原理。
根匹配法的基本思想是要使离散化模型的瞬态特性和稳态特性与原连续系统保持一致。更明确地说，就是要使离散化后所得脉冲传递函数的零点和极点与原连续系统传递函数的零点和极点相匹配。
15、（本题5分）简述相匹配原理
相匹配的含义是，如果被仿真系统的数学模型是稳定的，则其仿真模型也应该是稳定的，并且二者的瞬态、稳态特性一致。如果对于同一输入信号，二者的输出具有相一致的时域特性，或者二者具有相一致的频率特性，则称仿真模型与原系统模型相匹配。
16、（本题5分）简述采样控制系统数字仿真中连续部分离散化时的步长h如何选取?
①若仿真的任务仅要求计算系统输出y(t)而不要求计算系统内部状态变量，且连续部分的整体脉冲传递函数G(z)=Z[Gh(s)G0(s)]较易求出时，可选h=T
②若连续部分整体脉冲传递函数G(z)=Z[Gh(s)G0(s)]不易求出；或仿真的任务要求计算系统输出y(t)和内部状态变量；或被控对象含有非线性环节时，可选h=T/N（N为正整数）。
17、（本题5分）采样控制系统仿真有何特点？
采样控制系统实际存在的采样开关的采样周期，这有异于连续系统离散化时人为引入虚拟的采样开关和保持器，使得计算步长必须与采样周期相匹配。
18、（本题5分）简述连续时间系统、离散时间系统和采样控制系统的概念。
系统的状态是随时间连续变化的，这类系统称为连续时间系统；可以用差分方程或离散状态方程来描述的系统称为离散时间系统；采样系统是既有连续信号又有离散信号的混合系统。
19、（本题5分）简述采样控制系统数字仿真有哪几种方法?
采样控制系统仿真通常有差分方程递推求解法、双重循环方法、应用MATLAB控制工具箱时域响应分析函数法和Simulink仿真法。
三、计算题
1、用二阶龙格—库塔法求解方程'1,0
y yτ
τ
=->，分析对计算步长h有何限制，说明h对数值稳定性的影响。
解：
112
1
2
()
2
1
11
()
k k
k
k k
h
y y k k
k y
k y y h
τ
ττ
+
?
=++
?
?
?
=-
?
?
?
=--
??
得到
2
12
(1)
2
k k
h h
y y
ττ
+
=-+
稳定系统最终渐进收敛。系统稳定则
2
2
11
2
h h
ττ
-+<
计算得02
hτ
<<。
h的选取不能超出上述范围，否则系统不稳定。
2、（本题15分）已知.,(0)1
y y t y
=+=，取计算步距h=0.1，试分别用欧拉法、四阶
龙格—库塔法求t=h 时的y 值，并将求得的y 值与精确解()21t y t e t =--比较，并说明造成差异的原因。 解：（1） 欧拉法：
1()n n n n y y y t h +=++
11(10)0.1 1.1y =++?= （5分） （2） 四阶龙格—库塔法： 11234(22)6
n n h
y y k k k k +=+
+++ 121324
322
22n n n n n n n n k y t h h k y k t h h k y k t k y hk t h
=+??
?=+++???=+++
??=+++?
1k =1，2k =1.1，3k =1.105，4k =1.2105
1 1.1103y ≈ （5分）
y(0.1)=1.1103 （2分）
计算结果产生差异是由于两种方法的精度不一样，RK4方法精度更高。（3分）
3、（本题10分）设.
()()T y t y t k +=，试分别用欧拉法、二阶龙格—库塔法求y(t)的差分方程，如果步长h 大于2T 将会产生什么结果？试说明其原因。
欧拉法：T
kh
y T h y m m +-=+)1(1 （4分） RK2法：2
2
221
2)21(T
kh T kh y T h T h y m m -++-=+ （4分） 显然，当T h 2>时，数值解将发散。系统的特征值T
1
-=λ，若T h 2>，则2>h λ，超出稳定性范围。（2分）
4、（本题15分）已知.2,(0)1
=-+=，，取计算步距h=0.1，试分别用欧拉法、
y y t y
四阶龙格—库塔法求t=h时的y值，并说明造成差异的原因。
解：被求函数y的导函数.2
(,),(0)1
==-+=，以下分别用两种方法求解
y f t y y t y
(1)欧拉法
由欧拉法的递推公式
得：
（5分）
(2)四阶龙格—库塔法
RK4的递推公式为：
其中
由已知条件，，，由递推出时的值
（5分）（3）计算结果产生差异是由于两种方法的精度不一样，RK4方法精度更高。（5分）
5、（本题15分）已知微分方程及其初值：
取计算步距h=0.2，试用四阶龙格—库塔法计算y(0.4)的近似值，至少保留四位小数。解：此处f (t，y)＝8－3y，四阶龙格――库塔法公式为
其中κ1＝f (tk，yk)；κ2＝f (tk+0.5h，yk+0.5hκ1)；
κ3＝f (tk+0.5h，yk+0.5hκ2)；κ4＝f (tk+h，yk+hκ3)
其中κ1＝8－3yk；κ2＝5.6－2.1yk；
κ3＝6.32－2.37yk；κ4＝4.208－1.578yk
＝1.2016＋0.5494yk (k＝0，1，2，…)
当x0＝0，y0＝2，
y(0.2)≈y1＝1.2016＋0.5494y0＝1.2016＋0.5494×2＝2.3004
y(0.4)≈y2＝1.2016＋0.5494y1＝1.2016＋0.5494×2.3004＝2.4654
6、（本题15分）已知微分方程及其初值：
取计算步距h=0.1，试用四阶龙格—库塔法计算y(0.1)的近似值，至少保留四位小数。
解 因 f (t ，y)＝－y+1．用四阶标准龙格一库塔方法计算有：
于是得
这个值与准确解
在
处的值
已十分接近．
7、（本题15分）系统的系统状态方程和输出方程为：
u
x a b y u ax x
+-=+-=)(&
试分别用二阶龙格—库塔法（步长为h ）和离散相似法（T h =）求x(t)和y(t)的差分方程，并说明步长h 在什么范围算法是计算稳定的？
解：RK2法：
)1()](2
1[)()1)((2)
()2
1)(()1()
1(2
)()1(2)()21()1(2
222+-++--++--=+++-++-=+k u a b h
k u ah a b h k x h a ah a b k y k u h
k u ah h k x h a ah k x （6分） 系统的特征值为a -=λ，因此，步长的取值范围是a
h 2
0<<。（2分）
离散相似法（T h =）：
)
1()()1)((1
)()()1()()1(1
)()1(++--+-=+-+
=+----k u k u e a b a
k x e a b k y k u e a
k x e k x ah ah ah ah （5分）
步长的取值范围是0>h ，因为算法是无条件稳定的。（2分）
11、（本题10分）已知连续系统的传递函数为：
试采用双线性变换法求出对应的脉冲传递函数和差分方程，计算步长取T ，并对所得结果进行分析。 解：
1
2)(2++=
s s s
s G 2
2122
22)2
2()22(211)2(2)]2()2[()1)(1(21
)112(2)112(11
2)()()(---+-++-+-?+=-+++-=++-++-+-=
=z T T z T T z T T T z T z z T z z T z z T z z T z U z Y z G
于是，差分方程为：
（3分） 因为
G(z)是稳定的。
G(s)的分子多项式为1阶，分母多项式为2阶，而G(z)的分子、分母多项式的阶次相同，均为2阶。 G(s)的稳态增益为0， G(z)的稳态增益也为0。（3分）
12、（本题10分）试分析采用双线性变换21
1
z s T z -=+将z 平面的单位圆映射到s 平面
的什么区域？ 解： 21
1
z s T z -=
+
则：
设：
[]22
222()2(
)(1)()(2)()(2)22(2)T T T
y k y k y k u k u k T T T --=----+--+++2
12
T T -<+1/21/2
Ts z Ts +=
-s j σω=+1()21()2T
j z T
j σωσω+
+=
-+
z 平面的单位圆即2
1z ≤ 即2222(1)()(1)()2222
T T T T σωσω+
+≤-+ 0σ≤
则双线性变换法将左半s 平面映射到z 平面的单位圆内。
13、（本题10分）设某连续系统的微分方程为
试用根匹配法确定其离散化模型，并求出对应的差分方程，计算步长取T 。
解：首先写出系统的传递函数，并求出对应的脉冲传递函数:
（2分）
（1分）
1()()()
T y t y t r t +=&
11
1
11
()11()
G s T s T s T =
=
++0
11()lim ()()lim ()
11lim
11s s s y sG s R s sG s s
s T s s
→→→∞====+11)
(1lim )()(1lim
)(z z z
z G z z R z G z y →→-=-=∞222
22)
2
()21()
2()21(ωσωσT T T T z +-++
=
（1分）
从而：
（2分）
于是，求得的等价离散化模型为：
根据G(z)，可以进一步求出差分方程为：
14、（本题10分）二阶连续系统的传递函数为，用根匹配法求取
与之近似等效的脉冲传递函数，计算步长取T 。
解：解：
系统有两个一阶极点，
，无有限零点；根据根匹配法，有系统离散传
递函数：
（4分）
现根据终值相等，确定增益；对于连续模型，当系统输入为阶跃信号时，应用终值定理
111
/=--T T z e K 1/1T T z K e -=-1
////11
1
111)1()(-----?--=--=z e e e z z e z G T T T T T T T T )()1()1()(1
1//k r e k y e k y T T T T ---+-=
（1分）
对于离散模型，同样阶跃输入时，应有相同的稳态输出，应用终值定理
（1分）
因此：
（1分）
最终由根匹配法得到的离散相似模型为：
（3分）
或
15、（本题10分）某纯延迟环节的输入为u ，输出为y ，传递函数为0.45()
()()
s Y s G s e U s -==，取仿真步长T=0.2，求这个环节的离散化仿真模型。
解：将0.45()
()()
s Y s G s e U s -=
=通过替换公式Ts z e =变换为离散时间Z 域模型，则由于步长T=0.2，延迟时间 0.45τ=，
010.45
2.2520.250.2
C C T
τ
=
==+=+ （3分） 2.25(20.25)()G z z z --+== （1分）
(20.25)()()()()Y z G z U z z U z -+== （1分）
式中，02C =为整数部分，10.25C =为小数部分。根据线性插值方法，这个环节的仿真模型为：
2323(10.25)0.250.750.25k k k k k y u u u u ----=-+=+ （5分）
16、（本题10分）已知系统结构图如下图所示，试求系统的状态方程和输出方程。
解： 由
12()1
()()3
x s u s x s s =-+
得：112()3()()()sx s x s x s u s =--+
1123x x x u
?
∴=--+（1）
21()5
()21
x s s x s s +=+ 同理：21122()()5()()sx s sx s x s x s =+- 211225x x x x ?
?
∴=+- (2) 将式（1）代入式（2），得：
21212122(3)522x x x u x x x x u ?
∴=--++-=-+ 因此，2121
2
x x x u ?=-+ (3)
综合式（1）和式（3）得状态方程：
112212312
x x x u
x x x u ?
?
?=--+??=-+??
输出方程：2y x =
现代工程控制理论 实验报告 实验名称：控制系统数字仿真技术 实验时间： 2015/5/3 目录 一、实验目的 (2) 二、实验容 (3)
三、实验原理 (3) 四、实验方案 (6) 1、分别离散法； (6) 2、整体离散法； (7) 3、欧拉法 (9) 4、梯形法 (9) 5、龙格——库塔法 (10) 五、实验结论 (11) 小结： (14) 一、实验目的 1、探究多阶系统状态空间方程的求解； 2、探究多种控制系统数字仿真方法并对之进行精度比较；
二、 实验容 1、 对上面的系统进行仿真，运用分别离散法进行分析； 2、 对上面的系统进行仿真，运用整体离散法进行分析； 3、 对上面的系统进行仿真，运用欧拉法进行分析； 4、 对上面的系统进行仿真，运用梯形法进行分析； 5、 对上面的系统进行仿真，运用龙泽——库塔法进行分 析； 6、 对上面的几种方法进行总计比较，对他们的控制精度分 别进行分析比较； 三、 实验原理 1、 控制系统状态空间方程整体离散法的求解； 控制系统的传递函数一般为 x Ax Bu Y Cx Du ? =+=+ 有两种控制框图简化形式如下： KI 控制器可以用框图表示如下：
惯性环节表示如下： 高阶系统(s)(1)n K G T = +的框图如下 对于上面的框图可以简写传递函数 x Ax Bu Y Cx Du ? =+=+ 根据各环节间的关系可以列写出式子中出现的系数A 、B 、C 和D ，下面进行整体离散法求传递函数的推导
00 ()0 ...*()...()(t)(0)...*(t)(0)(t)(0)()(0)At At At At At t t At t t A AT t AT A At t t At At A At A t x Ax Bu e e x e Ax e Bu d e x dt Bue dt dt e x Bue dt e x x Bue d e x x e e Bue d x x e Bue d t KT x kT x e τ ττ τττττ ? -? -----------=+=+=?=?=+=+?=+==????? ?①①得②③ ③得令()0 (1)(1)[(1)]0 (1)[(1)]0 ...(1)[(1)](0)...*(1)()(1)T (1)()()() ,kT A kT A kT k T A k T A k T AT k T AT A k T kT T T AT At AT At AT Bue d t K T x k T x e Bue d e x k e x k Bue d k t x k e x k e Budt e x k e Bdt u k e ττττττ τ?-+?++-++-+=++=+-+-=+-=+=+=+?Φ=? ? ? ??④ 令⑤ ⑤④得令令0 (1)()(1) T At m m e Bdt x k x k x k Φ=+=Φ?+Φ?+?得 这样，如果知道系数，就可以知道高阶系统的传递函数和状态空间方程。 2、 在控制系统的每一个环节都加一个采样开关，构成分别 离散法求解系统的状态空间方程； 采样开关其实是一个零阶保持器
上海市高等教育自学考试 工业自动化专业（独立本科段）（B080603）控制系统数字仿真 (02296) 自学考试大纲 上海交通大学自学考试办公室编上海市高等教育自学考试委员会组编 2013年
I、课程的性质及其设置的目的和要求 （一）本课程的性质与设置的目的 “控制系统数字仿真”是利用数字计算进行各种控制系统分析、设计、研究的有力工具，是控制系统工程技术人员必须掌握的一门技术。 本课程是工业自动化专业的专业课程，也是一门理论和实际紧密结合的课程。 通过本课程的学习，学生能掌握系统仿真的基本概念、基本原理及方法；掌握基本的仿真算法及能用高级编程语言在微机上编程实现，学会使用常用的仿真软件。为学习后继课程、从事工程技术工作、科学研究以及开拓性技术工作打下坚实的基础。 （二）本课程的基本要求 1．要求掌握系统、模型、仿真的基本概念，这是学好仿真这门课程的概念基础。 2．掌握常用的连续系统数学仿真算法及能用某种高级编程语言上机实现。 3．初步掌握利用微机来分析、设计、研究控制系统的方法与仿真技术。 （三）本课程与相关课程的联系 先修课程：自动控制原理、现代控制理论基础、高级编程语言。
II、课程内容与考核目标 第1章概论 （一）学习目的和要求 通过本章学习，了解系统的概念，系统的分类方法及特点，仿真的应用目的。了解模型的基本概念，熟悉模型的分类方法及特点。掌握仿真的基本概念，仿真的分类方法及特点。熟悉仿真的一般步骤，仿真技术的应用，熟悉计算机仿真的三要素及基本活动。 （二）课程内容 第一节系统、模型与仿真 1.系统 2.模型 3.仿真 4.仿真科学与技术的发展沿革 第二节系统仿真的一般知识 1.相似理论 2.基于相似理论的系统仿真 3.系统仿真的类型 4.系统仿真的一般步骤 第三节仿真科学与技术的应用 1.仿真在系统设计中的应用 2.仿真在系统分析中的应用 3.仿真在教育与训练中的应用 4.仿真在产品开发及制造过程中的应用 第四节当前仿真科学与技术研究的热点 1.网络化仿真技术 2.复杂系统/开放复杂巨系统的建模与仿真
过程控制系统Matlab/Simulink 仿真实验 实验一 过程控制系统建模 ............................................................................................................. 1 实验二 PID 控制 ............................................................................................................................. 2 实验三 串级控制 ............................................................................................................................. 6 实验四 比值控制 ........................................................................................................................... 13 实验五 解耦控制系统 . (19) 实验一 过程控制系统建模 指导内容：（略） 作业题目一： 常见的工业过程动态特性的类型有哪几种？通常的模型都有哪些？在Simulink 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线。 作业题目二： 某二阶系统的模型为2 () 22 2n G s s s n n ?ζ??= ++，二阶系统的性能主要取决于ζ，n ?两个参数。试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶 系统的理解，分别进行下列仿真： （1）2n ?=不变时，ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线； （2）0.8ζ=不变时，n ?分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。
控制系统数字仿真题库 填空题 1.定义一个系统时，首先要确定系统的；边界确定了系统的范围，边界以外对系统的作用称为系统的，系统对边界以外环境的作用称为系统的。 1.定义一个系统时，首先要确定系统的边界；边界确定了系统的范围，边界以外对系统的作用称为系统的输入，系统对边界以外环境的作用称为系统的输出。 2．系统的三大要素为：、和。 2．系统的三大要素为：实体、属性和活动。 3．人们描述系统的常见术语为：、、和 3．人们描述系统的常见术语为：实体、属性、事件和活动。 4．人们经常把系统分成四类，分别为：、、和 4．人们经常把系统分成四类，它们分别为：连续系统、离散系统、采样数据系统和离散-连续系统。 5、根据系统的属性可以将系统分成两大类：和。 5、根据系统的属性可以将系统分成两大类：工程系统和非工程系统。 6．根据描述方法不同，离散系统可以分为： 和。 6．根据描述方法不同，离散系统可以分为：离散时间系统和离散事件系统。 7. 系统是指相互联系又相互作用的的有机组合。 7. 系统是指相互联系又相互作用的实体的有机组合。 8．根据模型的表达形式，模型可以分为和数学模型二大类，期中数学模型根据数学表达形式的不同可分为二种，分别为：和。8．根据模型的表达形式，模型可以分为物理模型和数学模型二大类，期中数学模型根据数学表达形式的不同可分为二种，分别为：静态模型和动态模型。 9．连续时间集中参数模型的常见形式为有三种，分别为：、和。 9．连续时间集中参数模型的常见形式为有三种，分别为：微分方程、状态方程和传递函数。 10、采用一定比例按照真实系统的样子制作的模型称为，用数学表达式来描述系 统内在规律的模型称为。 10、采用一定比例按照真实系统的样子制作的模型称为物理模型，用数学表达式来描述系统 内在规律的模型称为数学模型。 11．静态模型的数学表达形式一般是方程和逻辑关系表达式等，而动态模型的数学表达形式一般是方程和方程。 11．静态模型的数学表达形式一般是代数方程和逻辑关系表达式等，而动态模型的数
《控制系统数字仿真》课程 大作业 姓名： 学号： 班级： 日期： 同组人员：
目录 一、引言 (2) 二、设计方法 (2) 1、系统数学模型 (2) 2、系统性能指标 (4) 2.1 绘制系统阶跃响应曲线、根轨迹图、频率特性 (4) 2.2 稳定性分析 (6) 2.3 性能指标分析 (6) 3、控制器设计 (6) 三、深入探讨 (9) 1、比例-微分控制器(PD) (9) 2、比例-积分控制（PI） (12) 3、比例-微分-积分控制器（PID） (14) 四、设计总结 (17) 五、心得体会 (18) 六、参考文献 (18)
一、引言 MATLAB语言是当今国际控制界最为流行的控制系统计算机辅助设计语言，它的出现为控制系统的计算机辅助分析和设计带来了全新的手段。其中图形交互式的模型输入计算机仿真环境SIMULINK，为MATLAB应用的进一步推广起到了积极的推动作用。现在，MATLAB语言已经风靡全世界，成为控制系统CAD领域最普及、也是最受欢迎的软件环境。 随着计算机技术的发展和应用，自动控制理论和技术在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已发展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会领域中，成为现代社会生活中不可或缺的一部分。随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探知未来，认识和改造自然，建设高度文明和发达社会的活动中，控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。作为一个自动化专业的学生，了解和掌握自动控制的有关知识是十分必要的。 利用MATLAB软件及其SIMULINK仿真工具来实现对自动控制系统建模、分析与设计、仿真，能够直观、快速地分析系统的动态性能和稳态性能，并且能够灵活的改变系统的结构和参数，通过快速、直观的仿真达到系统的优化设计，以满足特定的设计指标。 二、设计方法 1、系统数学模型 美国卡耐尔基-梅隆大学机器人研究所开发研制了一套用于星际探索的系统，其目标机器人是一个六足步行机器人，如图(a)所示。该机器人单足控制系统结构图如图(b)所示。 要求： （1）建立系统数学模型； （2）绘制系统阶跃响应曲线、根轨迹图、频率特性； （3）分析系统的稳定性，及性能指标； （4）设计控制器Gc(s)，使系统指标满足：ts<10s,ess=0,，超调量小于5%。
实验报告 课程名称：MATLAB语言与控制系统仿真 实验项目：PID控制系统的Simulink仿真分析专业班级： 学号： 姓名： 指导教师： 日期： 机械工程实验教学中心
注：1、请实验学生及指导教师实验前做实验仪器设备使用登记； 2、请各位学生大致按照以下提纲撰写实验报告，可续页； 3、请指导教师按五分制（优、良、中、及格、不及格）给出报告成绩； 4、课程结束后，请将该实验报告上交机械工程实验教学中心存档。 一、实验目的和任务 1．掌握PID 控制规律及控制器实现。 2．掌握用Simulink 建立PID 控制器及构建系统模型与仿真方法。 二、实验原理和方法 在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是PID 控制。PID 控制器是一 种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。PID 控制规律写成传递 函数的形式为 s K s Ki K s T s T K s U s E s G d p d i p ++=++==)1 1()() ()( 式中，P K 为比例系数；i K 为积分系数；d K 为微分系数；i p i K K T =为积分时间常数； p d d K K T =为微分时间常数；简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下： （1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产 生控制作用，以减少偏差。 （2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积 分时间常数i T ，i T 越大，积分作用越弱，反之则越强。 （3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大 之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调 节时间。 三、实验使用仪器设备（名称、型号、技术参数等） 计算机、MATLAB 软件 四、实验内容(步骤） 1、在MATLAB 命令窗口中输入“simulink ”进入仿真界面。 2、构建PID 控制器：（1）新建Simulink 模型窗口（选择“File/New/Model ”）,在 Simulink Library Browser 中将需要的模块拖动到新建的窗口中，根据PID 控制器的 传递函数构建出如下模型：
控制系统数字仿真 题型举例与总复习 一、填空题 A类基本概念题型 1、系统是指相互联系又相互作用的实体的有机组合。 2、定义一个系统时，首先要确定系统的边界；边界确定了系统的范围，边界以外对系统的作用称为系统的输入，系统对边界以为环境的作用称为系统的输出。 3、系统的三大要素为：实体、属性和活动。 4、根据系统的属性可以将系统分成两大类：工程系统和非工程系统。 5、相似原理用于仿真时，对仿真建模方法的三个基本要求是稳定性、准确性和快速性。 6、根据模型种类不同，系统仿真可分为三种：物理仿真、数字仿真和半实物仿真。 7、按照系统模型特征分类，仿真可分为连续系统仿真及离散事件系统仿真两大类。 8、采用一定比例按照真实系统的样子制作的模型称为物理模型，用数学表达式来描述系统内在规律的模型称为数学模型。 9、计算机仿真是指将模型在计算机上进行试验的过程。 10、系统仿真的三个基本活动是系统建模、仿真建模和仿真试验，计算机仿真的三个要素为：系统、模型与计算机。 11、如果某数值计算方法的计算结果对初值误差和计算误差不敏感，则称该计算方法是稳定的。 12、数值积分法步长的选择应遵循的原则为计算稳定性及计算精度。 13、采样数值积分方法时有两种计算误差，分别为截断误差和舍入误差。 14、三阶隐式啊达姆氏算法的截断误差为O(?4)，二阶龙格-库塔法的局部截断误差为O(?3)，四阶龙格-库塔法的局部截断误差为O(?5)。 15、在判定数值积分方法的稳定域时，使用的测试方程为y?=μy。 16、龙格-库塔法的基本思想是用几个点上函数值的线性组合来避免计算函数的高阶导数，提高数值计算的精度。 17、连续系统仿真中常见的一对矛盾为计算速度和计算精度。 18、离散相似法在采样周期的选择上应当满足采样定理。 19、保持器是一种将离散时间信号恢复成连续信号的装置，零阶保持器能较好地再现阶跃信号，一阶保持器能较好地再现斜坡信号。 20、实际信号重构器不可能无失真地重构信号，具体表现为信号重构器会对被重构的信号产生相位的滞后和幅度的衰减。 21、一般将采样控制系统的仿真归类为连续系统仿真。 22、在控制理论中，由系统传递函数来建立系统状态方程的问题被称为“实现问题”。 23、常用的非线性环节包括:饱和非线性、失灵非线性、迟滞回环非线性。
运动控制系统仿真作业 利用Matlab解运动控制系统习题 习题2-5在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器均采用PI调节器。当系统带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压是否为零？为什么？ 解：（一）结合电流、转速调节器的设计建立转速、电流双闭环调速系统模型。设有某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流电动机：220V，136A，1460r/min，e C=0.132V2min/r，允 许过载倍数λ=1.5； 晶闸管装置放大系数s K=40； 电枢回路总电阻R=0.5Ω； 时间常数l T=0.03s，m T=0.18s； 电流反馈系数β=0.05V/A(≈10V/1.5N I)； 转速反馈系数α=0.007V2min/r(≈10V/N n)。 设计要求：设计电流调节器，要求电流超调量5%iσ=。设计转速调节器，要求转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量10%iσ=，并检验转速超调量的要求能否得到满足。 1.设计电流调节器 1）确定时间常数 ①整流装置滞后时间常数s T。三相桥式电路的平均失控时间s
T=0.0017s。②电流滤波时间常数oi T。取oi T=0.002s。 ③电流环小时间常数之和￡i T。按小时间常数近似处理，取￡i s oi T T T=+=0.0037s。 2）选择电流调节器结构 根据设计要求10%iσ=，并保证稳态电流无差，可按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数为 (1)()i i ACR i K s W s s ττ+=检查对电源电压的抗扰性能： ￡i l T T=0.030.0037s s=8.11，由表1可知，各项指标都是可以接受的。 电流调节器超前时间常数：i l Tτ==0.03s。 电流环开环增益：要求10%iσ=时，根据表2可知，￡i I K T =0.5，因此 1￡i0.50.5135.10.0037I K s T s -===于是，ACR的比例系数为 ￡i135.10.030.5 1.013400.05 I i i K R K Tτ??===?4）校验近似条件
哈尔滨理工大学实验报告 控制系统仿真 专业：自动化12-1 学号：1230130101 姓名：
一．分析系统性能 课程名称控制系统仿真实验名称分析系统性能时间8.29 地点3# 姓名蔡庆刚学号1230130101 班级自动化12-1 一．实验目的及内容： 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程； 2. 熟悉闭环系统稳定性的判断方法； 3. 熟悉闭环系统阶跃响应性能指标的求取。 二．实验用设备仪器及材料： PC, Matlab 软件平台 三、实验步骤 1. 编写MATLAB程序代码； 2. 在MATLAT中输入程序代码，运行程序； 3.分析结果。 四．实验结果分析： 1.程序截图
得到阶跃响应曲线 得到响应指标截图如下
2.求取零极点程序截图 得到零极点分布图 3.分析系统稳定性 根据稳定的充分必要条件判别线性系统的稳定性最简单的方法是求出系统所有极点,并观察是否含有实部大于0的极点，如果有系统不稳定。有零极点分布图可知系统稳定。
二．单容过程的阶跃响应 一、实验目的 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程 2. 了解自衡单容过程的阶跃响应过程 3. 得出自衡单容过程的单位阶跃响应曲线 二、实验内容 已知两个单容过程的模型分别为 1 () 0.5 G s s =和5 1 () 51 s G s e s - = + ，试在 Simulink中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。 三、实验步骤 1. 在Simulink中建立模型，得出实验原理图。 2. 运行模型后，双击Scope，得到的单位阶跃响应曲线。 四、实验结果 1．建立系统Simulink仿真模型图，其仿真模型为
实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些 2、 如何判断系统稳定性 3、 系统的动态性能指标有哪些 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为： ) ()()()(1 )(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,(); ,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.
兰州理工大学 《控制系统计算机仿真》 上机报告Ⅰ 院系：电气工程与信息工程学院 班级：14级自动化3班 姓名：孙悦 学号：1405220323 时间：2017年6月15日 电气工程与信息工程学院
《控制系统计算机仿真》上机实验任务书Ⅰ（2017） 一、上机实验内容及要求 1.matlab软件 要求利用课余时间熟悉掌握matlab软件的基本数值运算、基本符号运算、基本程序设计方法及常用的图形命令操作。 2.各章节仿真实验内容及要求 具体实验内容及要求请详见上机实验报告。 二、上机实验时间安排及相关事宜 1.依据课程教学大纲要求，上机实验学时共16学时，学生须在每次上机之前 做好相应的准备工作，以确保在有限的机时内完成仿真实验要求的内容； 2.实验完成后按规定完成相关的仿真实验报告； 3.仿真实验报告请按有关样本制作并A4打印，侧面装订，作为成绩评定的一 部分。 自动化系《控制系统计算机仿真》课程组 2017年3月
一、Matlab 基础操作 1-1用MATLAB 语言求下列系统的状态方程、传递函数、零极点增益和部分分式形式的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式： （1）2450351024 247)(234 23+++++++=s s s s s s s s G 程序如下: num=[7,24,24] den=[10,35,50,24] [A,B,C,D]=tf2ss(num,den) 系统的状态方程： A = -3.5000 -5.0000 -2.4000 1.0000 0 0 0 1.0000 0 B = 1 0 0 C = 0.7000 2.4000 2.4000 D = 零极点增益形式： [Z,P,K]=tf2zp(num,den) Z = -1.7143 + 0.6999i -1.7143 - 0.6999i
控制系统数字仿真题库 一、填空题 1. 定义一个系统时，首先要确定系统的边界；边界确定了系统的范围，边界以外对系统的作用称为系统的输入，系统对边界以为环境的作用称为系统的输出。 2．系统的三大要素为：实体、属性和活动。 3．人们描述系统的常见术语为：实体、属性、事件和活动。 4．人们经常把系统分成四类，它们分别为：连续系统、离散系统、采样数据系统和离散-连续系统。 5、根据系统的属性可以将系统分成两大类：工程系统和非工程系统。 6．根据描述方法不同，离散系统可以分为：离散时间系统和离散事件系统。 7. 系统是指相互联系又相互作用的实体的有机组合。 8．根据模型的表达形式，模型可以分为物理模型和数学模型二大类，其中数学模型根据数学表达形式的不同可分为二种，分别为：静态模型和动态模型。 9、采用一定比例按照真实系统的样子制作的模型称为物理模型，用数学表达式来描述系统内在规律 的模型称为数学模型。 10．静态模型的数学表达形式一般是代数方程和逻辑关系表达式等，而动态模型的数学表达形式一般是微分方程和差分方程。 11．系统模型根据描述变量的函数关系可以分类为线性模型和非线性模型。 12 仿真模型的校核是指检验数字仿真模型和数学模型是否一致。 13．仿真模型的验证是指检验数字仿真模型和实际系统是否一致。 14．计算机仿真的三个要素为：系统、模型与计算机。 15．系统仿真的三个基本活动是系统建模、仿真建模和仿真试验。 16．系统仿真根据模型种类的不同可分为：物理仿真、数学仿真和数学-物理混合仿真。 17．根据仿真应用目的的不同，人们经常把计算机仿真应用分为四类，分别为： 系统分析、系统设计、理论验证和人员训练。 18．计算机仿真是指将模型在计算机上进行实验的过程。 19. 仿真依据的基本原则是:相似原理。 20. 连续系统仿真中常见的一对矛盾为计算速度和计算精度。 21．保持器是一种将离散时间信号恢复成连续信号的装置。 22．零阶保持器能较好地再现阶跃信号。 23. 一阶保持器能较好地再现斜坡信号。 24. 二阶龙格-库塔法的局部截断误差为O()。 25．三阶隐式阿达姆斯算法的截断误差为:O()。
飞行控制系统大作业 一、飞机纵向俯仰角与速度控制系统设计 某飞机的纵向线性小扰动方程为： l o n l o n x A x B u =+ 其中 状态[]T x u q h αθ =?????，控制量[]T e T u δδ=?? 问题： 1、 分析飞机纵向动力学模态，求飞机的长周期与短周期阻尼与自然频率。 2、 对升降舵及油门单位阶跃输入下的飞机自然特性进行仿真，画出相应的状态曲线。 3、 采用短周期简化方法，求出传递函数()e q G s δ??。采用根轨迹方法设计飞机的 俯仰角控制系统，并进行仿真。 4、 基于长周期简化方法，求出传递函数()T u G s δ??，设计飞机的速度控制系统， 并进行仿真。 5、 基于纵向线性模型（状态方程），分别对速度控制与俯仰角控制进行仿真。 假设作动器特性为 10 10 s +。 要求：给出相应的传递函数，画出相应的结构图根轨迹图及仿真曲线。 二、飞机侧向滚转角控制系统设计 某飞机的侧向线性小扰动方程为： l a t l a t x A x B u =+ 其中 状态[]T x p r βφψ=?????，控制量[]T a r u δδ=?? 问题： 1、 求出侧向运动方程的特征根，及对应的模态，求出荷兰滚模态的阻尼及自然频率。 2、 对副翼与方向舵单位阶跃输入下的自然特性进行仿真。 3、 采用简化方法，求出传递函数()a p G s δ??。采用根轨迹方法设计飞机的滚转角
控制系统，并进行仿真。 4、设计飞机航向控制系统，并进行仿真。 5、设计飞机方向舵协调控制律，基于侧向线性模型（状态方程），进行航向控制系统的仿真。 假设作动器特性为 10 10 s 。 要求：给出相应的传递函数，画出相应的结构图根轨迹图及仿真曲线，提交word 打印稿。 1.数据文件在dataX.mat文件中，按照学号的最后一位选择相应的数据文件。 如学号最后一位为5，则选择data5.mat文件作为你设计的数据。 2.在matlab中输入load data5 则可将数据导入， 其中alon为纵向系统阵，blon为纵向控制输入阵 alat为侧向系统阵，blat为侧向控制输入阵 控制量的单位为deg，状态变量的单位为（deg，deg/s，m） 3、由状态方程求传递函数用ss2tf（）函数。 4、仿真可以用simulink搭建仿真图。 5、仿真的输入采用单位阶跃。 6、曲线要标注单位，用plot画，不能直接copy scope中的图。 例：
1-1什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？ 答：仿真是建立在控制理论，相似理论，信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助专家经验知识，统汁数据和信息资料对试验结果进行分析和研究，进而做出决策的一门综合性的试验性科学。 它所遵循的基本原则是相似原理。 1-2在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区別？各有什么特点？ 答：解析法就是运用已掌握的理论知识对控制系统进行理论上的分析，il?算。它是一种纯物理意义上的实验分析方法，在对系统的认识过程中具有普遍意义。由于受到理论的不完善性以及对事物认识的不全而性等因素的影响，其应用往往有很大局限性。 仿真法基于相似原理，是在模型上所进行的系统性能分析与研究的实验方法。 1-3数字仿真包括那几个要素？其关系如何？ 答：通常情况下，数字仿真实验包括三个基本要素，即实际系统，数学模型与让算机。由图可见，将实际系统抽象为数学模型，称之为一次模型化，它还涉及到系统辨识技术问题，统称为建模问题：将数学模型转化为可在计算机上运行的仿真模型，称之为二次模型化，这涉及到仿真技术问题，统称为仿真实验。 1-4为什么说模拟仿真较数字仿真精度低？其优点如何？o 答：由于受到电路元件精度的制约和容易受到外界的下?扰，模拟仿真较数字仿真精度低 但模拟仿真具有如下优点： （1）描述连续的物理系统的动态过程比较自然和逼真。 （2）仿真速度极快，失真小，结果可信度髙。 （3）能快速求解微分方程。模拟汁算机运行时0运算器是并行工作的，模拟机的解题速度与原系统的复杂程度无关。 （4）可以灵活设置仿真试验的时间标尺，既可以进行实时仿真，也可以进行非实时仿真。 （5）易于和实物相连。 1-5什么是CAD技术？控制系统CAD可解决那些问题？ 答：CAD技术，即计算机辅助设计（Computer Aided Design），是将计算机高速而精确的计算能力, 大容量存储和数据的能力与设讣者的综合分析，逻辑判断以及创造性思维结合起来，用以快速设计进程，缩短设计周期，提髙设计质量的技术。 控制系统CAD可以解决以频域法为主要内容的经典控制理论和以时域法为主要内容的现代控制理论。此外，自适应控制，自校正控制以及最优控制等现代控制测略都可利用CAD技术实现有效的分析与设计。 1-6什么是虚拟现实技术？它与仿真技术的关系如何？ 答：虚拟现实技术是一种综合了计算机图形技术，多媒体技术，传感器技术，显示技术以及仿真技术等多种学科而发展起来的高新技术。 1-7什么是离散系统？什么是离散事件系统？如何用数学的方法描述它们？ 答：本书所讲的“离散系统”指的是离散时间系统，即系统中状态变量的变化仅发生在一组离散时刻上的系统*它一般采用差分方程.离散状态方程和脉冲传递函数来描述。 离散事件系统是系统中状态变量的改变是由离散时刻上所发生的事件所驱动的系统。这种系统的输入输出是随机发生的，一般采用概率模型来描述。 1-8如图1-16所示某卫星姿态控制仿真实验系统，试说明： （1）若按模型分类，该系统属于那一类仿真系统？ （2）图中“混合汁算机”部分在系统中起什么作用？ （3）与数字仿真相比该系统有什么优缺点？ 答：（1）按模型分类，该系统属于物理仿真系统“ （2）混合计算机集中了模拟仿真和数字仿真的优点，它既可以与实物连接进行实时仿真，计算一些复杂函数，又可以对控制系统进行反复迭代讣算。其数字部分用来模拟系统中的控制器，而模拟部分用于模拟控制对象。（4）与数字仿真相比，物理仿真总是有实物介入，效果逼真，精度高，具有实时性与在线性的特点, 但其构成复杂，造价较髙，耗时过长，通用性不强。
《MATLAB与控制系统仿真》 实验报告 班级： 学号： 姓名： 时间：2013 年 6 月
目录实验一MATLAB环境的熟悉与基本运算（一）实验二MATLAB环境的熟悉与基本运算（二）实验三MATLAB语言的程序设计 实验四MATLAB的图形绘制 实验五基于SIMULINK的系统仿真 实验六控制系统的频域与时域分析 实验七控制系统PID校正器设计法 实验八线性方程组求解及函数求极值
实验一MATLAB环境的熟悉与基本运算（一） 一、实验目的 1．熟悉MATLAB开发环境 2．掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算 二、实验基本原理 1.熟悉MATLAB环境: MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件和搜索路径浏览器。 2.掌握MATLAB常用命令 表1 MATLAB常用命令 变量与运算符 3．1变量命名规则 3．2 MATLAB的各种常用运算符 表3 MATLAB关系运算符 表4 MATLAB逻辑运算符
| Or 逻辑或 ~ Not 逻辑非 Xor逻辑异或 符号功能说明示例符号功能说明示例 ：1:1:4;1:2:11 . ；分隔行.. ，分隔列… （）% 注释 [] 构成向量、矩阵！调用操作系统命令 {} 构成单元数组= 用于赋值 的一维、二维数组的寻访 表6 子数组访问与赋值常用的相关指令格式 三、主要仪器设备及耗材 计算机 四．实验程序及结果 1、新建一个文件夹（自己的名字命名，在机器的最后一个盘符） 2、启动MATLAB，将该文件夹添加到MATLAB路径管理器中。 3、学习使用help命令。
基于全转速范围内的直接转矩控制调速系统的研究摘要：建立了一种包含弱磁控制的直接转矩调速控制系统仿真模型，实现了感应电动机全转速范围内的速度控制，既可以实现同步转速以下的恒转矩调速，又可以实现弱磁范围内的恒功率调节。仿真结果显示系统的调速性能良好，在换向调速过程中，无抖动和超调现象，很好地实现了电动机调速的四象限特性，弱磁控制过程平稳。对研究全转速范围内直接转矩调速控制具有较好的参考价值。 关键词：直接转矩控制；调速；弱磁；仿真 Research of Direct Torque Control Speed Adjustment System within Full-speed Range Abstract: A simulation system of direct torque control speed adjustment system is introduced, it include field-weakening control. The simulation system realized induction-motor speed control within full-speed range, constant torque adjustment less than foundation speed and constant power adjustment greater than foundation speed. The results of simulation show that system performance is excellent. The ripple and overshoot of speed are reduced; the four-quadrant characteristic of induction-motor varying speed is achieved successfully; the field-weakening control is very smooth. The simulation model has better reference meaning for researching direct torque control system within full-speed range. Keyword: direct torque control, adjustment speed, flux weakening, simulation 1．引言 直接转矩控制系统具有控制结构简单、动态响应快等特点，它在很大程度上解决了矢量控制中计算复杂、特性易受电动机参数变化的影响、实际性能难以达到理论分析结果的一些重要技术问题[1]。直接转矩控制采用双滞环控制策略，电机在运行中转矩及定子磁链脉动较大，影响了电机运行的稳定性，所以研究的焦点大都集中在减小转矩及定子磁链脉动上[2-3]。为了提高定子磁链的估计精度，改善直接转矩控制系统的动静态性能等，提出了多种行之有效的减小脉动方法[4-6]。在直接转矩的调速控制方面，有同步转速以下恒转矩调速的研究[7]，也有基于弱磁范围内的速度控制等[8]，但基于全速度范围内的控制仿真研究还不多见[9，10]。本文建立了一种直接转矩控制的感应电动机变频调速系统仿真模型，可以实现电动机全转速范围内的速度控制。所谓全转速范围，是指电动机调速系统既可以实现同步转速以下的恒转矩调速，又可以实现弱磁范围内的恒功率调节，而且能实现转速的四象限运行特性。 2．直接转矩控制调速系统的建模 直接转矩控制（Direct Torque Control，DTC），是基于动态模型的双闭环控制系统。外环采用转速闭环，控制转速的大小；内环采用磁链和转矩滞环比较控制，产生转矩的快速动态响应。 2.1 磁链与转矩控制 要进行磁链和转矩滞环的闭环控制，必须取得异步电动机的定子磁链和电磁转矩，磁链观测和转矩观测通常采用的数学表达 式为： dt R t i t u t s s s s ) )( )( ( )(- =? ψ（1） ) ( 2 3 β α α β ψ ψ s s s s e i i P T- =（2） 式中：s(t)为定子磁链，u s(t)为定子相电压，i s(t)为定子相电流，R s为定子电阻，
控制系统数字仿.. 交卷时间：2016-04-01 21:13:58 一、单选题 1. (2分) 列出工作内存中的变量名称以及细节，只需在命令窗口输入________。 ? A. what ? B. who ? C. echo on ? D. whose 得分：0知识点：控制系统数字仿真作业题 答案D解析 2. (2分) 在Simulink中，运行系统仿真的工具栏图标为 ? A. ? B. ? C. ? D. 得分：0知识点：控制系统数字仿真作业题 答案C解析 3. (2分) 设A＝[0 2 3 4;1 3 5 0]，B＝[1 0 5 3;1 5 0 5]则A>=B的结果为________。
? A. ? B. ? C. ? D. 得分：0知识点：控制系统数字仿真作业题 答案B解析 4. (2分) 若B=[3 2 7 4 9 6 1 8 0 5]，则B([end-3:end])为________。 ? A. 3 7 1 ? B. 3 2 7 4 9 9 4 7 2 3 ? C. 3 4 ? D. 1 8 0 5 得分：0知识点：控制系统数字仿真作业题 答案D解析 5. (2分) 执行以下指令之后E,F的值分别为________。 A=[1 2 3; 4 5 6]; B=[3 4 5; 7 8 9]; C=3; E = A+B; F = B+C ? A. E=[4 5 6;7 8 9] F=[6 7 8;10 11 12] ? B. E=[6 7 8;10 11 12] F=[4 5 6;7 8 9] ? C. E=[4 5 6;7 8 9 F=[6 4 5;10 8 9] ? D. E=[4 5 6;7 8 9] F=[3 4 8;7 8 12]
控制系统仿真 实验报告 专业班级：自动F0903 姓名：罗新勇 学号： 200948280311 指导教师：张杰
实验一、熟悉MATLAB 环境及矩阵、数组的数学计 算 一、 实验目的 1、熟悉启动和退出Matlab 的方法； 2、熟悉Matlab 命令窗口的组成； 3、掌握建立矩阵的方法； 二、 实验内容： 1、帮助命令 使用help 命令，查找 sqrt （开方）函数的使用方法； 2、先求下列表达式的值，然后显示Matlab 工作空间的使用情况并保存全部变量。 .3,9.2,8.2,...,8.2,9.2,0.3,2 3.0ln )3.0sin(2 )3(545.0212),1log(21)2(185sin 2)1(3.03.032 220 1---=+++-= ?? ? ? ??-+=++=+=-a a a e e z i x x x z e z a a 其中 提示：利用冒号表达式生成a 向量，求各点的函数值时用点乘运算。
?? ???=<≤+-<≤-<≤=5.2:5.0:0,3 2,1221, 110,)4(22 2 4t t t t t t t t z 其中 提示：用逻辑表达式求分段函数值。 （1）z1=2*sin(85/180*pi)/(1+(exp(1))^2) z1 = 0.2375 （2）x=[2 1+2i;-0.45 5] x = 2.0000 1.0000 + 2.0000i -0.4500 5.0000 z2=0.5*log(x+sqrt(1+x^2)) z2 = 0.7114 - 0.0253i 0.8968 + 0.3658i 0.2139 + 0.9343i 1.1541 - 0.0044i （3）a=-3.0:0.1:3.0 a = Columns 1 through 5 -3.0000 -2.9000 -2.8000 -2.7000 -2.6000 Columns 6 through 10 -2.5000 -2.4000 -2.3000 -2.2000 -2.1000 Columns 11 through 15 -2.0000 -1.9000 -1.8000 -1.7000 -1.6000 Columns 16 through 20 -1.5000 -1.4000 -1.3000 -1.2000 -1.1000 Columns 21 through 25 -1.0000 -0.9000 -0.8000 -0.7000 -0.6000 Columns 26 through 30 -0.5000 -0.4000 -0.3000 -0.2000 -0.1000 Columns 31 through 35 0 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000 Columns 36 through 40 0.5000 0.6000 0.7000 0.8000 0.9000 Columns 41 through 45 1.0000 1.1000 1.2000 1.3000 1.4000 Columns 46 through 50 1.5000 1.6000 1.7000 1.8000 1.9000 Columns 51 through 55 2.0000 2.1000 2.2000 2.3000 2.4000 Columns 56 through 60 2.5000 2.6000 2.7000 2.8000 2.9000 Column 61