自动控制技术及用实验指导书(2011.10版).doc

河南机电高等专科学校 《自动控制技术及应用》 实验指导书 专业：电气自动化技术、计算机控制技术 生产过程自动化技术等 电气自动化技术教研室 编 2011年5月 目 录 实验任务和要求 - 1 - 实验模块一 MATLAB基础实验 - 2 - 实验模块二 典型环节及其阶跃响应 - 7 - 实验模块三 二阶系统阶跃响应 - 13 - 实验模块四 控制系统的稳定性分析 - 16 - 实验模块五 基于Simulink控制系统的稳态误差分析 - 18 - 实验模块六 线性系统的频域分析 - 21 - 实验模块七 连续系统PID 控制器设计及其参数整定 - 26 - 实验任务和要求 一、自动控制理论实验的任务 自动控制理论实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是： 通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法； 重点学习如何利用MATLAB工具解决实际工程问题和计算机实践问题； 3、提高应用计算机的能力及水平。 二、实验设备 1、计算机 2、MATLAB软件 三、对参加实验学生的要求 1、阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确每次实验的目的，了解内容和方法。 2、按实验指导书要求进行操作；在实验中注意观察，记录有关数据和图像，并由指导教师复查后才能结束实验。 3、实验后关闭电脑，整理实验桌子，恢复到实验前的情况。 4、认真写实验报告，按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。字迹要清楚，画曲线要用坐标纸，结论要明确。 5、爱护实验设备，遵守实验室纪律。 实验模块一 MATLAB基础实验 ——MATLAB环境下控制系统数学模型的建立 一、预备知识 1.MATLAB的简介 MATLAB为矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 来源：20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 地位：和Mathematica、Maple并称为三大数学软件，在数学类科技应用软件中，在数值计算方面首屈一指。 功能：矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等。 应用范围：工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 图1-1 MATLAB图形处理示例 2.MATLAB的工作环境 启动MATLAB，显示的窗口如下图所示。 MATLAB的工作环境包括菜单栏、工具栏以及命令运行窗口区、工作变量区、历史指令区、当前目录窗口和M文件窗口。 菜单栏 用于完成基本的文件输入、编辑、显示、MATLAB工作环境交互性设置等操作。 命令运行窗口 “Command Window”是用户与MATLAB交互的主窗口。窗口中的符号“》”表示MATLAB已准备好，正等待用户输入命令。用户可以在“》”提示符后面输入命令，实现计算或绘图功能。 说明：用户只要单击窗口分离键，即可独立打开命令窗口，而选中命令窗口中Desktop菜单的“Dock Command Window”子菜单又可让命令窗口返回桌面（MATLAB桌面的其他窗口也具有同样的操作功能）；在命令窗口中，可使用方向键对已输入的命令行进行编辑，如用“↑”或“↓”键回到上一句指令或显示下一句命令。 （3）工作变量区 “Workspace”指运行MATLAB程序或命令所生成的所有变量构成的空间。用户可以查看和改变工作变量区的内容。包括变量的名称、数学结构，该变量的字节数及类型。 （4）历史指令区 “Command History”显示命令窗口中所有执行过的命令。一方面可以查看曾经执行过的命令；另一方面可以重复利用原来输 入的命令行。 图1-2 MATLAB的系统界面（一） （5）当前目录窗口 “Current Directory”显示当前用户工作所在的路径，窗口包括菜单栏、当前目录设置区、工具栏和文件的详细列表。 图1-3 MATLAB的系统界面（二） 3.MATLAB的M文件 所谓M文件，就是用户把要实现的命令写在一个以.m为扩展名的文件中。与在命令窗口中输入命令行方式相比，M文