《控制工程基础》实验指导书.pdf

《控制工程基础》 MATLAB 仿真实验指导书 邵阳学院机械与能源工程系机制教研室 2009 年 8 月 目录 实验一 控制系统应用软件学习使用及典型控制系统建模分析 1 实验二 一、二阶系统时域特性分析 6 实验三 控制系统频域特性分析 8 实验四 控制系统稳定性仿真 11 实验五 控制系统校正及 PID 仿真 15 2 实验一 控制系统应用软件学习使用及典型控制系统建模分析 一、 实验目的 1. 掌握 MATLAB 软件使用的基本方法； 2. 熟悉 MATLAB 的数据表示、基本运算和程序控制语句； 3. 熟悉 MATLAB 程序设计的基本方法。 4. 学习用 MATLAB 创建控制系统模型。 二、 实验原理 1. MATLAB 的基本知识 MATLAB 是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意。MATLAB 具有卓越的数值 计算能力，具有专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。 MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,与工程中常用的形式十分相 似,故用 MATLAB 来解算问题要比用 C,FORTRAN 等语言完相同的事情简捷得多。 当 MATLAB 程序启动时，一个叫做 MATLAB 桌面的窗口出现了。默认的 MATLAB 桌 面结构如下图所示。 在 MATLAB 集成开发环境下，它集成了管理文件、变量和用程序的许多编程工具。 在 MATLAB 桌面上可以得到和访问的窗口主要有： 命令窗口 （The Command Window）:在命令窗口中，用户可以在命令行提示符() 后输入一系列的命令，回车之后执行这些命令，执行的命令也是在这个窗口中实现的。 命令历史窗口 （The Command History Window）:用于记录用户在命令窗口 (The Command Windows)，其顺序是按逆序排列的。即最早的命令在排在最下面，最后的命 令排在最上面。这些命令会一直存在下去，直到它被人为删除。双击这些命令可使它 再次执行。要在历史命令窗口删除一个或多个命令，可以先选择，然后单击右键，这 时就有一个弹出菜单出现，选择 Delete Section。任务就完成了。 1 工作台窗口 （Workspace）: 工作空间是 MATLAB 用于存储各种变量和结果的内存空间。 在该窗口中显示工作空间中所有变量的名称、大小、字节数和变量类型说明，可对变量进行观察、编 辑、保存和删除。 当前路径窗口 （Current Directory Browser） MATLAB 命令常用格式为 : 变量 表达式 或直接简化为 : 表达式 通过“ ”符号将表达式的值赋予变量，若省略变量名和“ ” 号，则 MATLAB 自动产生一个名为 ans 的变量。 变量名必须以字母开头，其后可以是任意字母、数字或下划线，大写字母和小写 字母分别表示不同的变量，不能超过 19个字符，特定的变量如：pi （=3.141596） 、 Inf （∞）、NaN(表示不定型求得的结果,如 0/0）等不能用作它用。 表达式可以由函数名、运算符、变量名等组成，其结果为一矩阵，赋给左边的变 量。 MATLAB 所有函数名都用小写字母。MATLAB 有很多函数，因此很不容易记忆。可 以用帮助（HELP）函数帮助记忆，有三种方法可以得到MATLAB 的帮助。最好的方法 是使用帮助空间窗口（helpbrowser）。你可以单击 MATLAB 桌面工具栏上的图标，也 可以在命令窗口 (TheCommandWindows)中输入helpdesk 或 helpwin 来启动帮助空间 窗口（help browser）。你可以通过浏览 MATLAB 参考证书或搜索特殊命令的细节得 到帮助。 另外还有两种运用命令行的原始形式得到