合肥工业大学电气学院控制系统及仿真综合实验报告.pdf

合肥工业大学电气与自动化工程学院 综合实验报告 实 验 名 称: 控制系统与仿真综合实验 姓 名: 学 号: 专 业 班 级: 自动化13-2 班 实 验 地 点: 逸夫楼807 指 导 教 师: 张晓江、殷礼胜 成 绩: 日 期: 2016 年6 月25 日 1 目录 前 言3 实验一 MATLAB 基本操作4 实验二 经典控制理论 14 实验三 PID 控制器的设计31 实验四 系统状态空间设计41 实验五 双闭环直流调速系统的MATLAB 仿真46 实验六 倒立摆控制系统仿真49 2 前 言 电气与自动化工程学院为自动化专业本科生开设了控制系统仿真课程，为了使学生深入掌握 MATLAB 语言基本程序设计方法，运用MATLAB 语言进行控制系统仿真和综合设计，同时开设 了控制系统仿真综合实验，30 学时。为了配合实验教学，我们编写了综合实验指导书，主要参考 控制系统仿真课程的教材 《自动控制系统计算机仿真》、《控制系统数字仿真与CAD》、《反馈控制 系统设计与分析——MATLAB 语言应用》及《 基于MATLAB/Simulink 的系统仿真技术与应用》。 3 实验一 MATLAB 基本操作 实验目的 1．熟悉MATLAB 实验环境，练习MATLAB 命令、m 文件、Simulink 的基本操作。 2 ．利用MATLAB 编写程序进行矩阵运算、图形绘制、数据处理等。 3 ．利用Simulink 建立系统的数学模型并仿真求解。 实验原理 MATLAB 环境是一种为数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式的环境。MATLAB 有3 种窗口，即：命令窗口（The Command Window ）、m-文件编辑窗口（The Edit Window ）和图形窗 口（The Figure Window ），而Simulink 另外又有Simulink 模型编辑窗口。 1．命令窗口（The Command Window ） 当 MATLAB 启动后，出现的最大的窗口就是命令窗口。用户可以在提示符“ ”后面输入 交互的命令，这些命令就立即被执行。 在MATLAB 中，一连串命令可以放置在一个文件中，不必把它们直接在命令窗口内输入。 在命令窗口中输入该文件名，这一连串命令就被执行了。因为这样的文件都是以“.m”为后缀， 所以称为m-文件。 2 ．m-文件编辑窗口（The Edit Window ） 我们可以用m-文件编辑窗口来产生新的m-文件，或者编辑已经存在的m-文件。在MATLAB 主界面上选择菜单“File/New/M-file ”就打开了一个新的m-文件编辑窗口；选择菜单“File/Open ” 就可以打开一个已经存在的m-文件，并且可以在这个窗口中编辑这个m-文件。 3 ．图形窗口（The Figure Window ） 图形窗口用来显示MATLAB 程序产生的图形。图形可以是2 维的、3 维的数据图形，也可以 是照片等。 MATLAB 中矩阵运算、绘图、数据处理等内容参见教材 《自动控制系统计算机仿真》的相关 章节。 Simulink 是MATLAB 的一个部件，它为MATLAB 用户提供了一种有效的对反馈控制系统进 行建模、仿真和分析的方式。 有两种方式启动Simulink: