控制系统的时域分析实验报告

课程名称：指导老师：成绩：实验名称：控制系统的时域分析实验类型:同组学生姓名：一、实验目的和要求1用计算机辅助分析的办法，掌握系统的时域分析方法。2熟悉 Simulink 仿真环境。二、实验内容和原理（一）实验原理系统仿真实质上就是对系统模型的求解，对控制系统来说，一般模型可转化成某个微分方程或差分方 程表示，因此在仿真过程中，一般以某种数值算法从初态出发，逐步计算系统的响应，最后绘制出系统的 响应曲线，进而可分析系统的性能。控制系统最常用的时域分析方法是，当输入信号为单位阶跃和单位冲 激函数时，求出系统的输出响应，分别称为单位阶跃响应和单位冲激响应。在MATLAB中，提供了求取连 续系统的单位阶跃响应函数step，单位冲激响应函数impulse，零输入响应函数initial等等。（二）实验内容二阶系统，其状态方程模型为y = 1.9691 6.4493x+0 u1画出系统的单位阶跃响应曲线； 2画出系统的冲激响应曲线；3.当系统的初始状态为xO=l,O时，画出系统的零输入响应； 4当系统的初始状态为零时，画出系统斜坡输入响应；（三）实验要求1.编制MATLAB程序，画出单位阶跃响应曲线、冲击响应曲线、系统的零输入响应、斜坡输入响应; 2在 Simulink 仿真环境中，组成系统的仿真框图，观察单位阶跃响应曲线并记录之。三、主要仪器设备 计算机一台以及 matlab 软件， simulink 仿真环境四、操作方法与实验步骤1、程序解决方案:在MATLAB中建立文件shiyu.m，其程序如下：%时域响应函数function G1 = shiyu（ A,B,C,D）G=ss(A,B,C,D);G1=tf(G);%将状态空间模型转换为传递函数 figure;step(G1);%画阶跃响应曲线 grid on;title(系统单位阶跃响应); xlabel(t/s);ylabel(c(t); figure;impulse(G1);% 画冲激响应 title(系统冲激响应);xlabel(t/s);ylabel(c(t); grid on;x0=1 0; figure;initial(G,x0);% 画零输入响应 title(x0=1,0时的零输入响应); xlabel(t/s);ylabel(c(t);grid on; %斜坡响应 s=tf(s)G2=G1/s入2; figure;impulse(G2,10);title(斜坡输入响应); xlabel(t/s);ylabel(c(t); grid on;end在MATLAB命令窗口中输入下列命令：并返回系统的传递函数 clear A=-0.5572,-0.7814;0.7814,0; B=1 0; C=1.9691 6.4493; D=0; G1=shiyu(A,B,C,D)Transfer function:1.969 s + 5.039竺 + 0.5572 s + 0.6106其输出的曲线如下系统单俭盼跃响应2、Simulink仿真环境实现方式 在simulink中建立以下模型：其中，state-space模块设置如下图:点击运行，得到如下所示的波形:Time olfset: |D五、讨论、心得通过此次MATLAB实验，我掌握了利用MATLAB工具分析控制理论中一些时域的问题。整个问题并 不是很难。在编写程序时，选择了编写一个function的.m文件，同时返回了系统的传递函数并输出了所需 要的四幅图像。这样的方法具有通用性，当ABCD四个矩阵发生变化时不需要重新写程序，直接调用该函 数即可实现功能。这是出于程序的通用性方面的考虑。在编写程序的过程中，熟悉了一些时域分析MATLAB 函数的调用方式。关于 simulink 模块的实现，在之前实验的仿真就已经用过。只不过之前图像的做法是输 出数组，在命令窗口中调用 plot 函数画出来，这主要是因为示波器的图像背景是黑颜色的，不方便打印。 通过查资料，此次实验我解决了这个问题。方式如下：在出现示波器的图像后，在命令窗口中输入如下命令 set(0,ShowHiddenHandles,On) set(gcf,menubar,figure)； 然后在示波器图像上把需要修改的颜色进行修改即可。总的来说，本实验内容不难，只是需要对软件有一定的熟悉度。因此本实验所花费的大多数时间也是 在不断熟悉里面的函数命令，同时也感觉到了 MATLAB的强大，许多的东西只需要借助计算机就可以得到 结果。