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控制系统仿真复习题及答案

《控制系统仿真》复习题及参考答案

1绪论

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，统计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别？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，计算。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面性等因素的影响，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，数学模型与计算机。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。虽然两者有十分密切的联系，但仍有区别。系统建模或系统辨识是研究实际系统与数学模型之间的关系，而系统仿真技术则是研究系统数学模型与计算机之间的关系。

结果分析

建立仿真模型

图1.1 计算机仿真三要素关系图

1.4为什么说模拟仿真较数字仿真精度低？其优点如何？。

答：由于受到电路元件精度的制约和容易受到外界的干扰，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，结果可信度高。

（3）能快速求解微分方程。模拟计算机运行时各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计者的综合分析，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，提高设计质量的技术。

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：本课程所讲的―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简述控制系统仿真过程

答：

?第一步：建立系统的数学模型。数学模型是系统仿真的依据，所以

数学模型是十分重要的（对于控制系统仿真而言，这里所讲的数学模型不仅包括对象，而且还包括了控制器及各种构成系统所必须的部分）。

?第二步：建立仿真模型。通过一定的算法对原系统的数学模型进行

离散化处理，就连续系统而言，是建立相应的差分方程。

?第三步：编制仿真程序。可用一般的高级语言或仿真语言。对于快

速的实时仿真，往往需要用汇编语言。

?第四步：进行仿真实验并输出仿真结果。通过实验对仿真系统模型

及程序进行校验和修改，然后按系统仿真的要求输出仿真结果。

仿真的一般步骤

1.9国内和国际的两个系统仿真学术组织名称？

答：国际仿真联合会(International Association for Mathematic and Computer in

Simulation—IAMCS)

中国系统仿真学会(Chinese Association for System Simulation—CASS) 2MATLAB语言及编程

2.1求解下列线性方程，并进行解得验证：

(1)

7 2 1 -24

9 15 3 -27

-2 -2 11 51

1 3

2 130

????

,(2)

5 7

6 5 124

7 10 8 7 234

6 8 10 9 336

5 7 9 10 435

1 2 3 4 515

???

136

144

140

由A*X=B得：X=A\B

解：>> a=[7 2 1 -2;9 15 3 -2;-2 -2 11 5;1 3 2 13]

a =

7 2 1 -2

9 15 3 -2

-2 -2 11 5

1 3

2 13

>> b=[4 7 -1 0]'

b =

-1

>> x=a\b

x =

0.4979

0.1445

0.0629

-0.0813

(2)解：>> a=[5 7 6 5 1

7 10 8 7 2

6 8 10 9 3

5 7 9 10 4

1 2 3 4 5]

a =

5 7

6 5 1

7 10 8 7 2

6 8 10 9 3

5 7 9 10 4

1 2 3 4 5

>> b=[24 96

34 136

36 144

35 140

15 60]

b =

24 96

34 136

36 144

35 140

15 60

>> x=a\b

x =

1.0000 4.0000

2.2 进行下列计算，给出不使用for 和while 等循环语句的计算方法。

（1）63

02i i k ==∑

解:根据等比数列求和方法，在利用matlab 中的m 文件，编写程序求解。 M 文件为 n=64;

q=2;

k=(1-q^n)/(1-q); disp('k 的值为'); disp(k);

保存文件q1.m

在matlab 命令框中输入 >> q1

k 的值为

1.8447e+019

(2)求出y=x*sin(x) 在0

解：画出图形 >> x=0:0.01:100;

>> y=x.*sin(x); >> plot(x,y); >> grid on

>> title('y=x*sin(x)') >> xlabel('x') >>ylabel('y')

方法1。从图形中不难看出峰值点取决于函数sin(x),即在sin(x)为峰值时，y

就得到峰值。所以求取函数的峰值转化为求取正弦函数波峰问题。而sin(x)

π+2kπ(k为整数)，所以求取y在上述x时刻的数值就是峰值。

在x=

在matlab命令行里键入

>> x=pi/2:pi*2:100;

>> y=x.*sin(x) %注意是。*不是*%

得到结果y=1.5708 7.8598 14.1481 20.4350 26.7198 33.0019 39.2804 45.5549 51.8245 58.0887 64.3467 70.5978 76.8414 83.0769 89.303 95.5204

方法2. a=size(y) a=1 1001

b=([y(2:1000)]>[y(1:999)])&([y(2:1000)]>[y(3:1001)]);

at=find(b==1);

disp(y(at))

就可以找到最大值点

2.3绘制下面的图形。

（1）sin(1/t),-1

-1

1cos(7)t

(1)解: >> t=-1:0.01:1;

>> y=sin(1./t); %注意是./不是/%

Warning: Divide by zero.

>> plot(t,y)

>> grid on

>> xlabel('t')

>> ylabel('y')

>> title('y=sin(1/t)')

（2）解：>> t=-1:0.01:1;

>> y=1-(cos(7.*t)).^3; %注意是.*与.^%

>> plot(t,y)

>> grid on

>> xlabel('t')

>> ylabel('y')

>> title(' y=1-cos(7t)^3')

2.4已知元件的实验数据如下，拟合这一数据，并尝试给出其特性方程。

解：采用最小二乘曲线拟合

>> x=0.01:1:9.01;

>> y=[2.5437 7.8884 9.6242 11.6071 11.9727 13.2189 14.2679 14.6134 15.4045 15.0805];

>> p=polyfit(x,y,3); %选定曲线的阶数为3阶，阶数<5,否则曲线不光滑，有数据振荡%

>> xi=0:0.01:9.01;

>> yi=polyval(p,xi);

>> plot(x,y,xi,yi)

>> grid on

红色：采样曲线绿色：拟合曲线

3动态系统数学模型及转换

3.1线性时不变动态系统LTI的数学模型的微分方程，状态方程，传递函

数，零极点增益和部分分式五种形式，各有什么特点？

答：微分方程是直接描述系统输入和输出量之间的制约关系，是连续控制系统其他数学模型表达式的基础。状态方程能够反映系统内部各状态之间的相互关系，既适用于单输入单输出（SISO）系统，既适用于多输入多输出（MIMO）系统。传递函数是零极点形式和部分分式形式的基础。零极点增益形式可用于分析系统的稳定性和快速性。利用部分分式形式可直接分析系统的动态过程。

3.2数学模型各种形式之间为什么要互相转换？

答：不同的控制系统的分析和设计方法，只适用于特定的数学模型形式。

3.3控制系统建模的基本方法有哪些？他们的区别和特点是什么？

答：控制系统的建模方法大体有三种：机理模型法，统计模型法和混合模型法。机理模型法就是对已知结构，参数的物理系统运用相应的物理定律或定理，经过合理的分析简化建立起来的各物理量间的关系。该方法需要对系统的内部结构和特性完全的了解，精度高。统计模型法是采用归纳的方法，根据系统实测的数据，运用统计规律和系统辨识等理论建立的系统模型。该方法建立的数学模型受数据量不充分，数据精度不一致，数据处理方法的不完善，很难在精度上达到更高的要求。混合法是上述两种方法的结合。

3.4

控制系统计算机仿真中的―实现问题‖是什么含意？

答：―实现问题‖就是根据建立的数学模型和精度，采用某种数值计算方法，

将模型方程转换为适合在计算机上运行的公式和方程，通过计算来使之正确的反映系统各变量动态性能，得到可靠的仿真结果。

3.5

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) G （s ）= 32432

72424

10355024

s s s s s s s +++++++

(2)

X = 2.25 -5 -1.25 -0.542.25 -4.25 -1.25 -0.2520.25 -0.5 -1.25 -121.25 -1.75 -0.25 -0.75 0X ?????????

???+????????????

u y=[0 2 0 2] X

（1）解：（1）状态方程模型参数:编写matlab 程序如下 >> num=[1 7 24 24];

>> den=[1 10 35 50 24]; >> [A B C D]=tf2ss(num,den)

得到结果：A=-10 -35 -50 -24 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0??

???

,B=1000????????????,C=[]1 7 24 24,D=[0] 所以模型为: .

X =-10 -35 -50 -24 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0??

???

X+1000????????????u,y=[]1 7 24 24X

(2) 零极点增益:编写程序 >> num=[1 7 24 24];

>> den=[1 10 35 50 24]; >> [Z P K]=tf2zp(num,den)

得到结果Z= -2.7306 + 2.8531 , -2.7306 -

2.8531i ,-1.5388

P= -4, -3 ,-2 ,-1 K=1

(3) 部分分式形式:编写程序>> num=[1 7 24 24];

>> den=[1 10 35 50 24];

>> [R P H]=residue(num,den) 得到结果R= 4.0000 ,-6.0000, 2.0000, 1.0000 P= -4.0000, -3.0000 ,

-2.0000 ,-1.0000

H=[] G(s)=4621

4321

s s s s -+++++++

（2）解：（1）传递函数模型参数：编写程序>> A=[2.25 -5 -1.25 -0.5

2.25 -4.25 -1.25 -0.25 0.25 -0.5 -1.25 -1 1.25

-1.75 -0.25

-0.75]；

>> B=[4 2 2 0]'; >> C=[0 2 0 2];

>> D=[0]; >>

[num

den]=ss2tf(A,B,C,D)

得到结果

num = 0 4.0000 14.0000

22.0000 15.0000

den =1.0000 4.0000 6.2500

5.2500 2.2500

324324 s + 14 s + 22 s + 15

()s + 4 s + 6.25 s + 5.25 s + 2.25

G s

(2) 零极点增益模型参数:编写程序>> A=[2.25 -5 -1.25 -0.5

2.25 -4.25 -1.25 -0.25 0.25 -0.5 -1.25 -1 1.25

-1.75 -0.25

-0.75]；

>> B=[4 2 2 0]'; >> C=[0 2 0 2];

>> D=[0];

>> [Z,P,K]=ss2zp(A,B,C,D)

得到结果Z =-1.0000 + 1.2247i -1.0000 - 1.2247i -1.5000

P= -0.5000 + 0.8660i -0.5000 -

0.8660i -1.5000 -1.5000

K = 4.0000

表达式 ()()

()()()

4s+1-1.2247i s+1+1.2247i ()s+0.5-0.866i s+0.5+0.866i s+1.5G s =

（3）部分分式形式的模型参数：编写程序>> A=[2.25 -5 -1.25 -0.5

2.25 -4.25 -1.25 -0.25 0.25 -0.5 -1.25 -1 1.25

-1.75 -0.25

-0.75]；

>> B=[4 2 2 0]'; >> C=[0 2 0 2];

>> D=[0]; >>

[num

den]=ss2tf(A,B,C,D)

[R,P,H]=residue(num,den)

得到结果R = 4.0000 -0.0000 0.0000 -

2.3094i 0.0000 + 2.3094i

P = -1.5000 -1.5000 -0.5000 +

0.8660i -0.5000 - 0.8660i

H =[]

4 2.3094 2.3094() 1.50.50.8660.50.866i i G s s s i s i

-+++-++ 3.6 单位反馈系统的开环传递函数已知如下

5100

()( 4.6)( 3.416.35)

s G s s s s s +=

+++

用matlab 语句、函数求取系统闭环零极点，并求取系统闭环状态方程的可控标准型实现。

解：已知开环传递函数，求得闭环传递函数为

25100

()( 4.6)( 3.416.35)5100

s G s s s s s s +=

+++++

在matlab 命令行里键入>> a=[1 0];

>> b=[1 4.6]; >> c=[1 3.4 16.35]; >> d=conv(a,b)； >> e=conv(d,c)

e = 1.0000 8.0000 31.9900

75.2100 0

>> f=[0 0 0 5 100]; >> g=e+f

g = 1.0000 8.0000 31.9900

80.2100 100.0000

%以上是计算闭环传递函数的特征多项

式%

>> p=roots(g) %计算特征多项式的根，就

是闭环传递函数的极点%

p =

-0.9987 + 3.0091i -0.9987 - 3.0091i -3.0013 + 0.9697i -3.0013 - 0.9697i >> m=[5 100];

>> z=roots(m)

z = -20 %计算零点%

综上：当闭环传函形如1111

11...()...n n n

n n n n

b s b s b G s s a s a s a ----+++=++++时，可控标准型为： 1010...00001...00;00101n A B a a ????????????????==??????????

??--?????

?；[]1

1;0n n C b b b D -??==??

所以可控标准型是.11.22.33.44

3401000

001000

001010080.2131.9981

[100500][0]

x x x x u x x x x x x Y u x x ???????????????????????

???=+??????????????????----??????

????????

????=-+????????

3.7

已知系统的闭环传递函数32432

626620

()3422

s s s s s s s s φ+++=++++，试分析该系统的稳定性。

解：由稳定性判据：当闭环传递函数所有极点都位于虚轴左半平面时，该系统稳定。

传递函数的特征方程为:4323422s s s s ++++=0,解此方程，得到特征根，即闭环极点。

在matlab 命令行里键入 >> p=[1 3 4 2 2];

>> r=roots(p) %求多项式等于零的根%

得到 r =

-1.4734 + 1.0256i

-1.4734 - 1.0256i -0.0266 + 0.7873i

-0.0266 - 0.7873i

闭环极点的实部都小于零，即都位于虚轴左半平面，所以系统稳定。

4 动态系统仿真数值算法

4.1 动态系统仿真中常用的数值算法有哪几类，分别是什么？

答：主要有求解线性和非线性微分方程的数值积分法和计算线性时不变动

态系统的离散相似法。其中，数值积分法主要有：欧拉(Euler)法、梯形法、龙格—库塔(Runge-Kutta)法和阿达姆斯(Adams)法；离散相似法主要有：置换法和相似变换法。

4.2 数值积分法的选用应遵循哪几条原则？

答：数值积分法应该遵循的原则是在满足系统精度的前提下，提高数值运

算的速度和并保证计算结果的稳定。

4.3 用图示法说明欧拉(Euler)法的计算原理

答：

问题设定

设系统方程为

()(,()),(0)y t f t y t y y ==

控制系统仿真课程设计报告.

控制系统仿真课程设计（2011级）题目控制系统仿真课程设计学院自动化专业自动化班级学号学生姓名指导教师王永忠/刘伟峰完成日期2014年6月

控制系统仿真课程设计一 ———交流异步电机动态仿真一设计目的 1．了解交流异步电机的原理，组成及各主要单元部件的原理。 2. 设计交流异步电机动态结构系统； 3．掌握交流异步电机调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。二设计及Matlab 仿真过程异步电机工作在额定电压和额定频率下，仿真异步电机在空载启动和加载过程中的转速和电流变化过程。仿真电动机参数如下： 1.85, 2.658,0.2941,0.2898,0.2838s r s r m R R L H L H L H =Ω=Ω===， 20.1284Nm s ,2,380,50Hz p N N J n U V f =?===，此外，中间需要计算的参数如下： 21m s r L L L σ=-，r r r L T R =，22 2 s r r m t r R L R L R L +=，10N m TL =?。αβ坐标系状态方程：其中，状态变量：输入变量：电磁转矩： 2p m p s r s L r d ()d n L n i i T t JL J βααωψψβ=--r m r r s r r d 1d L i t T T ααβαψψωψ=--+r m r r s r r d 1d L i t T T ββαβψψωψ=-++22s s r r m m m s r r s s 2r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ααβαα σψωψ+=+-+22 s s r r m m m s r r s s 2 r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ββαββ σψωψ+=--+[ ] T r r s s X i i αβαβωψψ=[ ] T s s L U u u T αβ=()p m e s s s s r n L T i i L βααβ ψψ=-

控制系统仿真试题参考2解析

频率特性类题目 1 一个系统的开环传递函数为，试绘制其当K=5、30时系统的开环频率特性Nyquist 图，并判断系统的稳定性。 2系统开环传递函数为，建立其零极点增益模型，然后分别绘制当K=5、K=30时系统的开环频率特性Bode 图，并判断系统的稳定性。 3 系统开环传递函数为，计算K=5和K=30时系统的幅值裕度与相位裕度。 4 已知某系统的闭环传递函数()s Φ如下，试用roots （）命令来判断系统的稳定性。 25432 325 ()24576 s s s s s s s s ++Φ=+++++ 5 某单位负反馈系统的开环控制系统的传递函数为 2k (0.80.64) ()(0.05)(5)(40) K s s G s s s s s ++=+++ （1）绘制系统的根轨迹；（2）当10K =时，绘制系统的Bode 图，判断系统的稳定性，并且求出幅值裕度和相角裕度。 6 已知系统的状态空间模型如下： ???=11x ???-31x + ?? ????01u [1=y ]1x （1）绘制系统的Bode 图和nyquist 图；（2）求系统的幅值裕度和相位裕度； 7 已知单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 1(1 2 ++s s s ，试绘制系统的单位阶跃响应、开环Bode 图和Nyquist 曲线，并求系统的幅值裕度和相位裕度。 ) 5.01)(1.01()(s s s k s G ++=) 5.01)(1.01()(s s s k s G ++=) 5.01)(1.01()(s s s k s G ++=

8 用筛选法求某自然数范围内的全部素数。素数是大于1，且除了1和它本身以外，不能被其他任何整数所整除的整数。用筛选法求素数的基本思想是：要找出2～m 之间的全部素数，首先在2～m 中划去2的倍数(不包括2)，然后划去3的倍数(不包括3)，由于4已被划去，再找5的倍数 (不包括5)，…，直到再划去不超过的数的倍数，剩下的数都是素数。 9 已知 ∑ =-=n k k y 11 21 ，当n=100时，求y 的值。 10 利用for 循环计算1!+2!+3!+….. +20!的值。 11 用while 循环来实现求1+2+……+100的值。 12 编一函数计算以下分段函数值。 2 32(0)21 (01)321(1)x x x x x x x

过程控制系统仿真实验指导

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。

控制系统仿真课程设计

控制系统仿真课程设计（2010级）题目控制系统仿真课程设计学院自动化专业自动化班级学号学生姓名指导教师王永忠/刘伟峰完成日期2013年7月

控制系统仿真课程设计（一） ——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真，掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法，深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点，实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系，掌握过程控制系统参数整定的方法。 1.2 设计原理锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量，目的是使汽包水位维持在给定的范围内。汽包液位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水过多，若用此蒸汽推动汽轮机，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。汽包液位过低，水循环就会被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，甚至爆炸。常见的锅炉汽水系统如图1-1所示，锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响，而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量，锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量，使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。图1-1 锅炉汽水系统图

在给水流量及蒸汽负荷发生变化时，锅炉汽包水位会发生相应的变化，其分别对应的传递函数如下所示：（1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性汽包和给水可以看做单容无自衡对象，当给水增加时，一方面会使得汽包水位升高，另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，又会使得汽包中气泡减少，导致水位降低，两方面的因素结合，在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟，使得汽包水位的变化具有一定的滞后。因此，汽包水位在给水流量作用下，近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统，系统特性可以表示为 ()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ （1.1）（2）汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下，当蒸汽流量突然增加时，瞬间会导致汽包压力的降低，使得汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高；而当蒸汽流量突然减小时，汽包内压力会瞬间增加，使得水面下汽包的容积变小，出现水位先下降后上升的现象，上述现象称为“虚假水位”。虚假水位在大中型中高压锅炉中比较显著，会严重影响锅炉的安全运行。“虚假水位”现象属于反向特性，变化速度很快，变化幅值与蒸汽量扰动大小成正比，也与压力变化速度成正比，系统特性可以表示为 222()()()1f K K H s G s D s T s s ==-+ （1.2）常用的锅炉水位控制方法有：单冲量控制、双冲量控制及三冲量控制。单冲量方法仅是根据汽包水位来控制进水量，显然无法克服“虚假水位”的影响。而双冲量是将蒸汽流量作为前馈量用于汽包水位的调节，构成前馈-反馈符合控制系统，可以克服“虚假水位”影响。但双冲量控制系统要求调节阀具有好的线性特性，并且不能迅速消除给水压力等扰动的影响。为此，可将给水流量信号引入，构成三冲量调节系统，如图1-2所示。图中LC 表示水位控制器（主回路），FC 表示给水流量控制器（副回路），二者构成一个串级调节系统，在实现锅炉水位控制的同时，可以快速消除给水系统扰动影响；而蒸汽流量作为前馈量用于消除“虚假水位”的影响。

控制系统仿真期末考试题及答案

《自动控制系统计算机仿真》习题参考答案 1-1什么是仿真？它的主要优点是什么？它所遵循的基本康JM是什么？答：所谓仿耳，畝是使用其它相似的系统来樓仿曳实的需要研究的系统.计算机仿真是指以数字计算机为主要工具，编写并且运行反映真实系统运行状况的程序.对计算机■出的信息进行分析和研究，从而对实际系统运行状杏和演化规律进行編合评估与预测.它是非的设计自动控制系统或甘评价系统性能和功能的一种技术手段. 仿真的主要优点是，方便快捷、成本低巌、工作效車和计算II度都很高.它所遵循的基本原则是相似性原理. 1-2你认为计算机仿真的发展方向是什么？各；向模型更加准确的方向发展，向虐拟现实技术，以及高技术智能化、一体化方向发尺.向更加广■的时空发展. 1-3计算机敷字仿真包括■些要素？它们的关系如何？答，计算机仿真的三要素是：系一丸的对象、模一系统的抽象、计算机一真的工具和手段.它＜1的关系是相互依存. 2-1控制算法的步长应该如何选择？ ?：控制算法步长的选择应该怡当.如果步长太小，就会增加迭代次数，增加计算量；如果步长太大，计算碳養将显著堆加，甚至造成计算结杲失真. 2-2通常控制系统的建模有■几种方法？ 4t. i\ *?、1、绘厶 2-2通常控制系统的建模有■几种方法？ I）机理建模法,2）实鲨麓模法；3）综合建模法. 2-3用欧拉法求以下系统的■出响应）?（/）在0W/W1上"0.1时的效值解? y + y = 0, y(0) = 0.8 解，输入以下语句 dt=0. 1; X set step y=0.8; % set initial value for 1=1:10; 尸y-y拿dt; yl (i+l)=y; end t=0:0. 1:1; yl (1)=0. 8; plot (t,yl)

控制系统仿真实验报告

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

复杂过程控制系统设计与Simulink仿真

银河航空航天大学课程设计（论文）题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿真班级学号学生姓名指导教师

目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)

复杂过程控制系统设计与Simulink仿真姬晓龙银河航空航天大学自动化分校摘要：本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计，以此来深化对复杂过程控制系统的理解，体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型，学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法，为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。关键字：串级；前馈；解耦；建模；Simulink。 0.前言单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题，在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统，如串级控制（双闭环控制）、前馈控制大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。从结构上看，这些控制系统由两个以上的回路构成，相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器，以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”，以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析，得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真，为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验，仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时，十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大，先进过程控制的出现，就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink，这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。

控制系统仿真课程设计

控制系统数字仿真课程设计 1．课程设计应达到的目的 1、通过Matlab仿真熟悉课程设计的基本流程； 2、掌握控制系统的数学建模及传递函数的构造； 3、掌握控制系统性能的根轨迹分析； 4、学会分析系统的性能指标； 2．课程设计题目及要求设计要求 1、进行系统总体设计，画出原理框图。（按给出的形式，自行构造数学模型，构造成1 个零点，三个极点的三阶系统，主导极点是一对共轭复根） G（s）=10(s+2)/(s+1)(s2+2s+6) 2、构造系统传递函数，利用MATLAB绘画系统的开环和闭环零极点图；(分别得到闭环和开环的零极点图)参考课本P149页例题4-30 clear; num = [10,20]; den =[1 3 8 6]; pzmap(num,den) 3、利用MATLAB绘画根轨迹图，分析系统随着根轨迹增益变化的性能。并估算超调量=16.3%时的K值（计算得到）。参考课本P149页例题4-31 clear num=[10,20]; den=[1 3 8 6]; sys=tf(num,den); rlocus(sys) hold on jjx(sys); s=jjx(sys); [k,Wcg]=imwk(sys)

set(findobj('marker','x'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); set(findobj('marker','o'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); function s=jjx(sys) sys=tf(sys); num=sys.num{1}; den=sys.den{1}; p=roots(den); z=roots(num); n=length(p); m=length(z); if n>m s=(sum(p)-sum(z))/(n-m) sd=[]; if nargout<1 for i=1:n-m sd=[sd,s] end sysa=zpk([],sd,1); hold on; [r,k]=rlocus(sysa); for i=1:n-m plot(real(r(i,:)),imag(r(i,:)),'k:'); end end else disp; s=[]; end function [k,wcg]=imwk(sys) sys=tf(sys) num=sys.num{1} den=sys.den{1}; asys=allmargin(sys); wcg=asys.GMFrequency; k=asys. GainMargin;

自动控制原理及系统仿真课程设计

自动控制原理及系统仿真课程设计学号：1030620227 姓名：李斌指导老师：胡开明学院：机械与电子工程学院

2013年11月

目录一、设计要求 (1) 二、设计报告的要求 (1) 三、题目及要求 (1) （一）自动控制仿真训练 (1) （二）控制方法训练 (19) （三）控制系统的设计 (23) 四、心得体会 (27) 五、参考文献 (28)

自动控制原理及系统仿真课程设计一：设计要求： 1、完成给定题目中，要求完成题目的仿真调试，给出仿真程序和图形。 2、自觉按规定时间进入实验室，做到不迟到，不早退，因事要请假。严格遵守实验室各项规章制度，实验期间保持实验室安静，不得大声喧哗，不得围坐在一起谈与课程设计无关的空话，若违规，则酌情扣分。 3、课程设计是考查动手能力的基本平台，要求独立设计操作，指导老师只检查运行结果，原则上不对中途故障进行排查。 4、加大考查力度，每个时间段均进行考勤，计入考勤分数，按照运行的要求给出操作分数。每个人均要全程参与设计，若有1/3时间不到或没有任何运行结果，视为不合格。二：设计报告的要求： 1.理论分析与设计 2.题目的仿真调试，包括源程序和仿真图形。 3.设计中的心得体会及建议。三：题目及要求一）自动控制仿真训练 1.已知两个传递函数分别为：s s x G s x G +=+= 22132)(,131)(

①在MATLAB中分别用传递函数、零极点、和状态空间法表示； MATLAB代码： num=[1] den=[3 1] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) num=[2] den=[3 1 0] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) 仿真结果： num =2 den =3 1 0 Transfer function: 2 --------- 3 s^2 + s

控制系统设计与仿真实验报告

阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根控制系统设计与仿真上机实验报告学院：自动化学院班级：自动化姓名：学号：法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根一、第一次上机任务 1、熟悉matlab软件的运行环境，包括命令窗体，workspace等，熟悉绘图命令。 2、采用四阶龙格库塔法求如下二阶系统的在幅值为1脉宽为1刺激

下响应的数值解。 2?，??n10?0.5,??(s)G n22?????2ss nn3、采用四阶龙格库塔法求高阶系统阶单位跃响应曲线的数值解。 2?，，??5T?n100.5,???Gs)( n22???1)?s(?2s)(Ts?nn4、自学OED45指令用法，并求解题2中二阶系统的单位阶跃响应。程序代码如下：法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根

;曲线如下：法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根

法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根

法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根二、第二次上机任务试用simulink方法解微分方程，并封装模块，输出为。得到各、1x i 状态变量的时间序列，以及相平面上的吸引子。 ?x?x??xx?3121? ??xx?x???322 ??xx?xx??x??32321参数入口为的值以及的初值。（其中，以及??????x28?10,?8/,,3,?i1模块输入是输出量的微分。）初值分别为提示：0.001xxx?0,?0,?312s:Simulink

MATLAB控制系统与仿真设计

MATLAB控制系统与仿真课程设计报告院（系）：电气与控制工程学院专业班级：测控技术与仪器1301班姓名：吴凯学号：1306070127

指导教师：杨洁昝宏洋基于MATLAB的PID恒温控制器本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。 Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid

控制系统数字仿真题库

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

控制系统仿真

《控制系统仿真》 (实验/学习总结)报告题目:经典控制系统分析院系：电子信息与控制工程系专业：测控技术与仪器专业授课教师：陈政强石玉秋本科生：李俊良班级：测控 082 学号： 200800304079 完成时间： 2011.01.16

实验二经典控制系统分析实验内容（带*号的可不做） 1．教材P82页，4.8（任选一个小题）和4.11，已知单位负反馈的开环传递函数为下面的表达式，绘制当K 从0到无穷大时的闭环系统的根轨迹图：（1）：s s s k G ) 22()(s 2++= 程序： num=[1,2,2]; den=[1,0];g=tf(num,den); rlocus(g) 图形： -1-0.5 00.51 I m a g i n a r y A x i s 4.11：已知闭环系统的传递函数为： () ()()()501.52559.41301)(2+++++=s s s s s s G 试求系统的超调量00σ和过渡过程时间s t 。程序： num=conv(1301,[1 4.9]);den=conv(conv([1 5 25],[1 5.1]),[1 50]);G=tf(num,den) C=dcgain(G) %计算系统的终值 [y,t]=step(G);[Y,k]=max(y); percentovershoot=100*(Y-C)/C %计算超调量 i=length(t); while(y(i)>0.98*C&y(i)<1.02*C) i=i-1; end

settlingtime=t(i) %计算调节时间运行结果： Transfer function: 1301 s + 6375 ------------------------------------------ s^4 + 60.1 s^3 + 555.5 s^2 + 2653 s + 6375 C = 1.0000 percentovershoot = 16.9668 settlingtime = 1.6344 所得波形如下： 00.51 1.52 2.500.5 1 Step Response A m p l i t u d e 3．已知某控制系统的开环传递函数1512(),.()()K G s K s s s = =++ 试绘制系统的开环频率特性曲线，并求出系统的幅值与相位裕量。程序： num=1.5;den=conv(conv([1 0],[1 1]),[1 2]);G=tf(num,den); bode(G) grid [Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G) %Gm,Pm,Wcg,Wcp 分别为幅值稳定裕度，相角稳定裕度，相角穿越频率，幅值穿越频率运行结果： Gm = 4.0000

基于PLC的控制系统仿真平台的应用

龙源期刊网 https://www.docsj.com/doc/886921461.html, 基于PLC的控制系统仿真平台的应用作者：罗卫东来源：《卷宗》2012年第02期摘要：仿真软件在PLC设计中占有举足轻重的地位，因为对于PLC系统的新编程序来说实际操作会有很大的风险，PLC的一个错误指令就会造成设备和操作人员不可预计的伤害。在网络上，用户可以安装这种软件，从开放式的资料库中获取所需要的各种功能部件。本文就从仿真软件在网络以及PLC设计中的应用方面来进行探索。关键词：仿真软件；网络应用；PLC设计仿真软件是通过建立网络设备和网络链路达到网络应用的标准，这是种通过模拟网络流量就可以获取到网络设计中所需要的相关数据的仿真软件。现阶段，我国工业发展都朝着高速大型化和自动化的方向发展，重大生产设备的运用使得成本日益增高，对运行操作人员素质要求也日益提高。由于仿真系统可以近乎真实的贴近现场实际，同时因为不需要到现场实际节省了很大的操作空间，而快速提高了现场的调试效率，降低了用于调试系统的费用和风险。一、仿真软件的功能 1、控制程序运行在PLC设计中仿真软件可以仿真其过程映像的输入输出，在仿真窗口改变运行程序的输入变量的ON/OFF状态进行控制程序，观察输出的变量状态能否符合要求、程序运行能否达到正确运行的目标，起到监视程序运行结果的作用。 2、防止程序出错在程序运行过程中，仿真软件会通过对程序的检测修改定时器、计数器等。也可以通过程序自动运行或手动复位定时器。这样的检测不仅能够发现程序中的错误和缺陷，还可以使PLC 设计更加的完美。也可以在PLC设计过程中使用软件来改变它的控制过程，而PLC使用者对程序的编写和调试是必不可少的。 3、拥有储存记忆功能仿真软件模拟是针对软元件、缓冲存储器、外设输入/出的读写。它的这项功能既可以存储PLC内的软元件、存储器的缓冲存储器的数据，并可以将这种数据使用到以后的调试工作中。如果用户想要收集相关网络设备中的某些特殊代码时，可以通过层次上的编程来收集自己感兴趣的网络代码。但在网络信息相对复杂的环境下，使用者的程序必须进行现场调试，而在这个过程中往往会出现一些差错，使用者直接将程序应用到实际操作系统中进行控制调试的话，会被设备带来一定的未知风险。

MATLAB控制系统仿真试题B卷.doc

广东技术师范学院 2010—2011学年度第一学期期未考查试卷科目：控制系统仿真（B ）卷考试形式：上机考试考试时间: 120 分钟所属学院：自动化学院班级：姓名：学号：答题注意事项：以下题目请大家在计算机上完成，并将结果写成电子文档上交。电子文档中应包含以下几项内容：仿真程序代码、仿真结果截图、仿真实验结论。 1．设单位负反馈系统的开环传递函数为) 5)(2()(2++= s s s K s G k ，试确定分别使闭环系统稳定的开环增益的取值范围。（20分）程序如下： num=1; den=conv([1 2 0 0],[1 5]); G=tf(num,den); k=0:0.05:100; rlocus(G) [K,P]=rlocfind(G) 题目一二三四五总分标准分数 20 20 20 20 20 100 实得分数评卷人装订线考生答题不得超过此线

Select a point in the graphics window selected_point = 0.0024 + 0.3230i K = 1.0607 P = -4.9857 -2.0838 0.0347 + 0.3176i 0.0347 - 0.3176i 运行结果：

K=1.0607; t=0:0.05:100; G0=feedback(tf(K*num,den),1); step(G0,t)

由上图分析可得，系统的临界稳定增益是1.0607，因此该闭环系统稳定的开环增益的取值范围是0~1.0607,随着增益的增加系统趋于发散统系统 2、试求以下单位负反馈系4 1 )(2++=s s s G k 的单位阶跃响应曲线，并求其动态性能指标r p s t t t %σ。 num=1; den=[1 1 4]; G=tf(num,den); Gk=feedback(G ,1) figure(1);

解耦控制系统仿真

.. . .. . . 综合性设计型实验报告系别：化工机械系班级：10级自动化（2）班2013—2014学年第一学期

系统的相对增益矩阵为： 0.570.43 0.430.57 ?? Λ=?? ?? 。由相对增益矩阵可以得知，控制系统输入、输出的配对选择是正确的；通道间存在较强的相互耦合，应对系统进行解耦分析。系统的输入、输出结构如下图所示（2）确定解耦调节器根据解耦数学公式求解对角矩阵，即 ()() ()()()()()() ()()()() ()()()()?? ? ? ? ? - - - = ? ? ? ? ? ? s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G P P P P P P P P P P P P P P P P 22 11 21 11 22 12 22 11 21 12 22 11 22 21 12 11 1 22 222 128.752.8 3.313.6530.15 1 216.282.8 5.882544055128.752.8 3.3 S S S S S S S S S S ?? ++--- =?? ++++++ ??采用对角矩阵解耦后，系统的结构如下图所示：解耦前后对象的simulink阶跃仿真框图及结果如下： 1）不存在耦合时的仿真框图和结果

图a 不存在耦合时的仿真框图（上）和结果（下）2）对象耦合Simulink仿真框图和结果

图b 系统耦合Simulink仿真框图（上）和结果（下）对比图a和图b可知，本系统的耦合影响主要体现在幅值变化和响应速度上，但影响不显著。其实不进行解耦通过闭环控制仍有可能获得要求品质。 3）对角矩阵解耦后的仿真框图和结果

matlab控制系统仿真课程设计

课程设计报告题目PID控制器应用课程名称控制系统仿真院部名称机电工程学院专业班级学生姓名学号课程设计地点课程设计学时指导教师金陵科技学院教务处制成绩

一、课程设计应达到的目的应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行控制系统的初步设计。应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。二、课程设计题目及要求 1．单回路控制系统的设计及仿真。 2．串级控制系统的设计及仿真。 3．反馈前馈控制系统的设计及仿真。 4．采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。三、课程设计的内容与步骤 (1)．单回路控制系统的设计及仿真。（a）已知被控对象传函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。（b）画出单回路控制系统的方框图。（c）用MatLab的Simulink画出该系统。（d）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应

曲线。注明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=50(5s+1)/(3s+1) 给定值为单位阶跃响应幅值为3。有积分作用单回路控制系统无积分作用单回路控制系统

大比例作用单回路控制系统（e）修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响？答：由上图分别可以看出无积分作用和大比例积分作用下的系数响应曲线，这两个PID调节的响应曲线均不如前面的理想。增大比例系数将加快系统的响应，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏；增大积分时间有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长，加入微分环节，有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加。 (2)．串级控制系统的设计及仿真。（a）已知主被控对象传函W 01(s) = 1 / (100s + 1)，副被控对象传函W 02 (s) = 1 / (10s + 1)，副环干扰通道传函W d (s) = 1/(s2 +20s + 1)。（b）画出串级控制系统方框图及相同控制对象下的单回路控制系统的方框图。（c）用MatLab的Simulink画出上述两系统。

控制系统仿真实训试题

一、某控制系统结构图如图所示，（1）试用SIMULINK 建立系统仿真模型，且该系统中K=1保存路径为：E ：\lsfz ；（2）利用所建立的SIMULINK 仿真模型求该系统闭环传递函数及开环传递函数；（3）求该系统当K=1和K=2时的单位阶跃响应的峰值时间p t 、超调量o o σ 、调节时间s t 和稳态值)(∞h ，分析系统性能，指出增益K 对系统的影响；（4）画出该系统的根轨迹，判断使系统稳定的K 的变化范围，求系统临界稳定时根轨迹增益。（5）画出系统的BODE 图，求出系统的频域性能指标幅值裕量和相角裕量。二、已知某控制系统结构如下图，（1）试用MATLAB 命令（编写m 文件），求出系统的开环和闭环传函；（2）画出该系统的根轨迹，判断使系统稳定的K 的变化范围，求系统临界稳定时的增益及根值。（3）在K 值的稳定范围内绘制三组不同K 值的系统单位阶跃响应(同一坐标中），比较其峰值时间p t 、超调量o o σ 、调节时间s t 和稳态值)(∞h ，指出增益K 对系统的影响；（4）画出系统的BODE 图，求出系统的频域性能指标幅值裕量和相角裕量。三、已知某控制系统结构如下图，（1）当K=1和K=2时，试用时域法分析系统的稳定性。（2）用根轨迹法确定使系统稳定的K 的范围（3) 当K=1.5时，画出系统的BODE 图，求出系统的频域性能指标幅值裕量和相角裕量。 (4) 当K=1.5时，试用用奈氏稳定判据判断系统的稳定性。

四、单位负反馈系统的开环传递函数为： 3 )1 ( 1 5.1 ) ( + + - = s s s G ，（1）求出闭环系统的单位阶跃响应曲线；（2）使用Z-N第一法确定PID控制器的参数Kp、Ti、T d,求出PID控制后的系统单位阶跃响应曲线,与PID校正前进行对比。五、单位负反馈系统的开环传递函数为： )5 )(1 ( 1 ) ( + + = s s s s G ，（1）求出闭环系统的单位阶跃响应曲线；（2）使用Z-N第二法确定PID控制器的参数Kp、Ti、T d,并求出PID控制后的系统单位阶跃响应曲线，与PID校正前进行对比。