电路仿真与设计报告 本文关键词：仿真，电路，报告，设计
电路仿真与设计报告 本文简介：1、考试目的通过对实际题目在特定时间内完成的方式，检测我们学生对PSPice与protel99E两种软件的掌握情况，配合报告情况对完成结果形成自己的理解。2、考试软件简介（参考课本P1）orcad/PSPice9为美国orcad公司和开发PSPice软件的microsim公司与1998年联合推出的版
电路仿真与设计报告 本文内容：
1、
考试目的
通过对实际题目在特定时间内完成的方式，检测我们学生对PSPice与protel
99E两种软件的掌握情况，配合报告情况对完成结果形成自己的理解。
2、
考试软件简介
（参考课本P1）orcad/PSPice
9为美国orcad公司和开发PSPice软件的microsim公司与1998年联合推出的版本，可对模拟电路、数字电路、数模混合电路等进行直流、交流、瞬态等基本电路性能的分析，并且可进行蒙特卡罗（Monte
Carlo）统计分析，最坏情况（worst
editor）分析、优化设计等复杂电路特性分析。
（参考课本P73）protel
99SE软件是绘制电路原理图、制作印制电路板图方面的一款流行软件，最主要模块有原理图设计系统（schematic）和印制电路板设计系统（PCB）。原理图设计系统主要用于电路原理图设计，包括原理图编辑器sch和元件库编辑器schlib。印制电路板设计系统主要用于印制电路板的设计，包括印制电路板编辑器PCB和封装库编辑器pcblib。
3、
过程
1、
Orcad
首先进行原理图的绘制，本图主要用到了电阻R、电容C、一个放大器，电源为VAC交流电源，所有元件均可通过Place
Part/Part
Search直接搜索得到。
本题难点为对参数的设置。双击R1，将Value值改为{R}。然后放置PARAM（直接搜索PARAM）元件至图上任意位置，双击PARAM元件，在弹出对话框中单击“New…”按钮添加R，值为试卷上的值91k，Part
Reference值为默认值，Reference值为默认值，更改Value为PARAM。
然后新建参数文件（New
Simulation）为任意名称，更改参数文件，令Analysis
type下拉菜单为“AC
Sweep/Noise”，勾选“Parametrick
Sweep”。单击General
Settings，然后在AC
Sweep
Type模块勾选Logarithmi，设置Start值为1，End值为100meg，Points/Decade值为200。单击Parametrick
Sweep，然后再Sweep
variable模块勾选Global
parameter，设置Parameter值为R，然后在Sweep
type模块勾选value
li，设置其值为60k?,70k?,80k?,90k?,100k?，注意逗号为英文字符。
关于General
Settings的设置是必须进行的，否则单纯设置Parametrick
Sweep后由于没有起始位置、终止位置及扫描间隔的设置，系统实际上根本不知道应该如何仿真。Parametrick
Sweep的设置不过是在基本设置后另修饰的内容。
然后执行仿真命令，即可看到R1在不同值的仿真结果，输出V(out)值如下：
由图可知，放大器只有在一定频率范围内才能正常工作，原图的放大器在原理上是一个欠阻尼的2阶系统，阻尼系数ξ<<1，当频率ω在ωn（固有振荡频率）附近时，幅频特性出现共振峰，即发生共振，共振频率就是使幅度AF（ω）为最大值的频率，可以通过对AF（ω）求极值得到。这就是为什么在图中会出现一个明显的波峰。不仅原理如此，结合最大超调量的概念，其波峰的数值也可以得到。
当反馈放大器处于临界稳定状态时，放大器的开环增益在幅值Avo（ω）上等于反馈系数F(jω）的倒数。此处放大器并非纯电阻构成，反馈系数F(jω）与频率ω有关，频率越大，反馈系数越大，幅度越小。所以幅度AF（ω）对频率ω的极限值为0。具体数值计算涉及到信号处理相应的数学变换及其对应的为积分的求解，可以得到相应频率下的斜率的理论值，而在实际中由于温度及噪声的影响，此处的失真较大，实际上具体的数值计算已经没有太大意义。
2、
protel
99SE
首先进行原理图的绘制。R5为滑动变阻器，搜索POT2得到。所有GND地线均由“View/Toolbars/Power
Objects”（专门的电源工具栏）中的GND选项提供，保证GND的有效性。
Vin+、Vin-、+5V、-5V、Vo1及Vo为网络标号。
LT1468及LT1469并未在元件库中找到，为自行创建的元件。
其中LT1468的设计图样如图：
“非”的符号表示在编辑界面中勾选Dot得到，“非”的数值表示为在“name”中输入“U/L/L/”得到。并且在标注信息中注明为“U1”，然后直接放置在原理图中。（图为8脚的双击弹出的设计界面）
LT1469基于同样的原理得到，区别不外乎是元件大小及引脚位置不同而已，可以另行新建一个元件设计文件，也可以在当前文件下新建元件，新建方法为在“Group”模块中单击“Add”，然后可以为新建的元件设置一个名字，此名字为将来加入元件库时的元件名。
然后进行PCB的绘制。PCB板型的设计为默认值。
经过“Tools/ERC”电气规则检查无误后执行“Design/Create
Netlist”命令生成网络表文件。其中各元件的封装为电阻R：AXIAL0.4、电容C：RAD0.2、电位器R：VR4、LT1468：DIP-8、LT1469：DIP-8。
应首先设置PCB板的外框，在“禁止布线层”KeepOutLayer层用导线画一外框，一般为四小格即可，本题可虑元件较多，使用六小格。
不同层的导线颜色不一样，禁止布线层“KeepOutLayer”为粉色，顶层“TopLayer”为红色，底层“BottomLayer”为蓝色。通过不同颜色可以得知自己是否选错层。
在PCB文件中加载库文件Advpcb.ddb、DC
to
DC.ddb、General
IC.ddb、International
Rectifiers.ddb。没有封装需要调整。
执行Design/Load
Net命令载入网络表，确认无误后执行Tools/Auto
Placement/Auto
Place命令自动布局，然后进行手动调整是面板更美观。
然后更改布线规则，执行Design/Rules…命令在Routing标签页选择Width
Constraint选项，更改弹出页面中的Filter
kind下拉菜单至Net，然后在下面分别更改GND地线、+5V电源线、-5V电源线、Vin+、Vin-、Vo及Vo1的走线宽度为30mil。
执行Auto
Route/All命令自动布线，然后更改某些线路走向使总体呈现横平竖直的样子，当导线过于繁杂时可以考虑增加过孔，即将导线设置成穿越顶层和底层的模式，可以在工具栏中添加过孔，也可以在勾画导线事单击“*”改变所在层的位置。
对于元件的编排可以通过不断地布线去线处理进行，总之使导线尽可能的平直，也尽可能短。长导线会出现寄生电容、噪声加大、辐射误差加大等诸多问题。
4、
总结
本次考试通过两个实际情况，充分考察了我们学生对于两款软件的使用情况，并对一些特殊情况作出处理，使我们在以后的实际工作应用中得以随心所欲、触类旁通，可以处理绝大多数的情况，不至于手忙脚乱。
Orcad相对于protel
99SE的优点显而易见，其强大的仿真分析功能几乎是不可替代的，足以迅速得出诸如静态参数、动态参数、电路性能指标、电路噪声分析、温度分析、错误分析，在误差处理方面、电路优化方面有强大公用。不过由于其激活码的存在国内并不是很流行，国内使用的基本都是其替代软件。
考试所使用的orcad生成的都是静态图形，没有适时地动态图的生成是其另一个主要弊端。不过各种依据公式以不同方式生成动态图的软件相当多，应经涉及到工程应用领域的方方面面。不过最新版本是否有所改进不清楚。
最新版本的orcad已经可以自主优化电路，可以自动改正错误，省去了设计人员很多工作。
Protel
99SE的主要功用在于其对PCB板的独特的创建，使PCB板的设计趋于自动化与智能化。Protel
99SE由于只能进行PCB板的设计无法对具体参数做出分析处理，其应用面较小。
目前Protel
99SE经过多代的升级，其操作越来越简单易行，不过却不利于PCB板的开发设计人员的练习，因为一些小的细节方面软件都会帮助用户处理好，个人的学识功用显得不是十分的重要。目前使用的其它同类型软件首指Altium
Designer，两款软件的文件目前已经实现可以相互读取，其差别也在日益减小。
9
篇2：随动系统的模拟仿真实验报告
随动系统的模拟仿真实验报告 本文关键词：仿真，模拟，实验，报告，系统
随动系统的模拟仿真实验报告 本文简介：位置随动系统实验报告学院：电气工程学院姓名：明广强学号：20131102033指导老师：侯世英成绩指导老师专业实验报告开课学院：电气工程学院姓名明广强学号20131102033年级2013级实验名称随动系统的模拟仿真实验时间2013年1月一、实验目的1、能够给实际的随动系统建立状态空间表达式即建模；
随动系统的模拟仿真实验报告 本文内容：
位置随动系统实验报告
学
院：
电气工程学院
姓
名：
明广强
学
号：
20131102033
指导老师：
侯世英
成绩
指导老师
专
业
实
验
报
告
开课学院
：电气工程学院
姓名
明广强
学号
20131102033
年级
2013级
实验名称
随动系统的模拟仿真
实验时间
2013年1月
一、
实验目的
1、能够给实际的随动系统建立状态空间表达式即建模；
2、会使用MATLAB进行系统仿真模拟，绘出随动系统的动态曲线；
3、能够对曲线的特征进行分析，判断出随动系统所具有的特性，即能空性和能观性判断。
二、
实验要求
（1）按上述要求进行系统综合；
（2）绘制状态观测器与原系统的连线图；
（3）绘制带状态观测器状态反馈系统的模拟仿真图；
（4）根据模拟仿真图，分别绘制系统综合前后的单位阶跃响应曲线，以及状态观测器的响应曲线，并说明系统校正之后有什么特点。
三、
实验内容
1、总流程
随动系统的原理分析
建立状态空间表达式
绘制状态观测器与原系统的连线图
带反馈和不带反馈的模拟仿真图
模拟仿真图之间的比较分析判断性能
图1
总流程图
2、各模块的实现
首先要做一些声明，在实验中使用的一些变量我们要进行一些说明，以使实验报告具有可读性，并且给出实际的随动系统图。是输入，是输出，这两个变量是时域中的变量。和是收发信器的电压和角位移，和分别是放大器的电枢电压和电动势，是角速度，这些变量则是转化到频域中的变量。
图2
随动系统
（1）随动系统的原理分析
收发信器：
；
放大器：
；
执行电机：；
减速器：；
用状态观测器进行状态反馈。系统期望的特征值为：-20，-1+j，-1-j；状态观测器的特征值为：-40，-2+j2，-2-j2。
随动系统由发信器，收信器，放大器，执行电机，齿轮，负载等部分组成。收信器就是将其他形式的信号通过检测仪器转换成电信号，后经过放大电路放大电信号，满足电平要求后送到接收端接收，这里的收信器就是将角位移信号转变成电压信号，经放大器A放大电压接到有执行电机的电阻和电感串联电路上去。发信器同收信器都是一个信号转化装置，收发信器统称TRX，多个TRX组成
一个TRU，即收发信单元。在这里随动系统简单，故只有一对收发信器。由公式和方程可以看出电阻电感电路将电枢电压和角速度联系到一起，而减速器把负载的角速度和收信器的角位移联系，收发信器和放大器的输入电压是相关的，这就使得整个系统相互联系，具体的变化关系由函数完整确定。
（2）
建立状态空间表达式
原系统：
图3
随动系统的系统结构图
由前面所给出的数据可得系统的结构图：
图4
随动系统的系统结构图
由上面的系统结构图可以计算出随动系统的传递函数，进而可以得到该系统的闭环传递函数，该系统的闭环极点就可以通过计算得知：，可以使用结构图分解建立法得到状态空间表达式：
状态反馈：
状态反馈的定义：所谓状态反馈就是将受控系统的每一个状态变量，按照线性反馈规律反馈到输入端，构成闭环系统。这种控制规律称为状态反馈。
K阵的计算：使用MATLAB求解K阵简单方便。
MATLAB编程:>>
A=[0
1
0;
0
0
1;
-364.5
-200
-45];
B=[0;0;1];
C=[364.5
0
0];
D=0;
Gss=ss(A,B,C,D);
P=[-20
-1+i
-1-i];
K=place(A,B,P)
最后可得状态反馈K阵：
状态观测器设计：
对于线性定常系统，在一定的条件下，可以通过状态反馈实现任意极点配置，但是由于在系统建模时状态变量的选择任意性，通常并不是全部的状态变量都可以直接量测的，从而给状态反馈的实现带来困难。为此，人们提出了状态重构或者说是状态观测的问题。也就是设法利用系统中可以量测的变量来重构状态变量，从而实现状态反馈。
所谓状态观测器，就是人为地构造一个系统，从而实现状态重构也即状态观测。全维状态观测器的设计方法类似于状态反馈极点配置问题的设计方法。首先根据要求的观测器的极点配置，写出观测器希望的特征多项式。然后令观测器的特征多项式等于希望的特征多项式，即可解得G阵，进而写出观测器的状态方程。
原系统的状态空间表达式：
又
所以系统是完全能观测的，状态观测器是存在的，并且其极点可以任意配置。使用MATLAB进行G阵的计算。
编程程序：A=[0
1
0;
0
0
1;
-364.5
-200
-45];
B=[0;0;1];
C=[364.5
0
0];
D=0;
P=[-40
-2+2i
-2-2i];
L=place(A,C,P)
Ao=A-L*C
计算结果：L
=
-0.0027
0.0357
-1.1783
Ao
=
1.0000
1.0000
0
-13.0000
0
1.0000
65.0000
-200.0000
-45.0000
所以就得到了状态观测器的G阵：
（3）各种情况下的仿真模拟图
原系统：
图5
能控标准型实现的系统模拟图
图6
能控标准型实现的系统仿真图
图7
原始系统的阶跃响应
从图中可以得到（1）超调量：（2）峰值时间：
（3）调节时间：（4）稳态值为：
图8
原始系统的状态变量
状态反馈：
图9
加状态反馈的系统仿真模型
图10
加状态反馈的阶跃响应
从图中也可以得出加状态反馈后系统阶跃响应的一些性能指标，如下：（1）超调量：（2）峰值时间：
（3）调节时间：（4）稳态值为：。
状态观测器：
图11
全维观测器的仿真模型
图12
全维观测器的阶跃响应
使用状态观测器实现状态反馈:
图13
用状态观测器实现状态反馈的系统仿真模型
图14
用状态观测器实现状态反馈的阶跃响应
从图中也可以得出用观测器实现状态反馈的系统阶跃响应的一些性能指标，如下：
（1）超调量：（2）峰值时间：
（3）调节时间：
（4）稳态值为：。
（4）模拟仿真图之间的比较分析判断性能
当使用状态观测器实现状态反馈后，系统阶跃响应的超调量由1.78%提高为4.13%，调节时间由1.24s提高为4.27s，整体来说是系统的性能指标变大了。下面将从系统极点方面来分析这种变化。
首先介绍主导极点的概念：主导极点就是对动态过程影响占主导地位的极点，一般是离虚轴最近的极点。如果有两个极点，若，则极点的作用就可忽略。
原系统的极点为：极点配置以后的系统极点为：，因此可以忽略系统的极点，即系统就变为二阶系统。
原系统的闭环特征方程就变为：
其两个特征根为：，既可以得出阻尼比，自然频率。
极点配置后的系统特征方程为：
其两个特征根为：，既可以得出阻尼比，自然频率。可以得出系统校正前后的一些性能指标和结构参数的比较，如下表所示：
表1：系统校正前后的系统性能比较
原系统
极点配置后的系统
系统性能指标
，
，
系统结构参数
，
，
（1）又因为超调量为，它是阻尼比的单调减函数，因此当系统的阻尼比由0.7881减小为0.707时，系统的超调量就会有所增加。这与实际的仿真结果是一致的。
（2）工程上当时，通常用下列二式近似来计算调节时间：
由此可以看出当阻尼比和自然频率都变小时，系统调节时间会随之变长，从而验证了仿真结果的合理性。
四、总结
1.系统进行状态反馈的必要条件是系统完全能控；
2.系统能进行任意零极点配置的前提条件是完全可观测；
3.使用状态观测器进行状态反馈可以解决原系统某些状态变量不可观测的问题；
4.使用状态观测器进行状态反馈可能会使系统的性能发生不良变化；
篇3：青岛理工大学控制系统仿真实验报告
青岛理工大学控制系统仿真实验报告 本文关键词：青岛，控制系统，理工大学，仿真，实验
青岛理工大学控制系统仿真实验报告 本文简介：青岛理工大学自动化工程学院实验报告课程：控制系统仿真专业自动化班级121姓名小星星学号201228122指导教师：赵宏才时间：2015年10月19日—10月28日目录实验一MATLAB环境的熟悉与基本运算…………………………………………………1实验二MATLAB语言的程序设计………………………………
青岛理工大学控制系统仿真实验报告 本文内容：
青岛理工大学自动化工程学院
实验报告
课程：
控制系统仿真
专业
自动化
班级
121
姓名
小星星
学号
201228122
指导教师：
赵宏才
时间：
2015
年
10
月
19
日—
10
月
28
日
目
录
实验一
MATLAB环境的熟悉与基本运算…………………………………………………1
实验二
MATLAB语言的程序设计…………………………………………………………6
实验三
MATLAB的图形绘制………………………………………………………………9
实验四
采用SIMULINK的系统仿真……………………………………………………
14
实验五
控制系统的频域与时域分析………………………………………………………17
实验六
控制系统PID校正器设计法………………………………………………………23
实验一
MATLAB环境的熟悉与基本运算
一、实验时间及地点：
实验时间：2015.10.19上午8:30—9:30
实验地点：黄岛老校区计算中心
二、实验目的：
1．
熟悉MATLAB开发环境
2．
掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算
三、实验内容：
1、
新建一个文件夹（自己的名字命名，在机器的最后一个盘符）
2、
启动MATLAB6.5，将该文件夹添加到MATLAB路径管理器中。
3、
保存，关闭对话框
4、
学习使用help命令，例如在命令窗口输入help
eye，然后根据帮助说明，学习使用指令eye（其它不会用的指令，依照此方法类推）
5、
学习使用clc、clear，观察command
window、command
history和workspace等窗口的变化结果。
6、
初步程序的编写练习，新建M-file，保存（自己设定文件名，例如exerc1、exerc2、
exerc3……），学习使用MATLAB的基本运算符、数组寻访指令、标准数组生成函数和数组操作函数。
注意：每一次M-file的修改后，都要存盘。
练习A：
（1）
help
rand，然后随机生成一个2×6的数组，观察command
window、command
history和workspace等窗口的变化结果
（2）
学习使用clc、clear，了解其功能和作用
（3）
输入一个2维数值数组，体会标点符号的作用（空格和逗号的作用）。
（4）
一维数组的创建和寻访，创建一个一维数组（1×8）X，查询X数组的第2个元素，查询X数组的第3个元素到第6个元素，查询X数组的第5个元素到最后一个元素，查询X数组的第3、2、1个元素，查询X数组中≤5元素，将X数组的第2个元素重新赋值为111，实例expm1。
（5）
二维数组的创建和寻访，创建一个二维数组（4×8）A，查询数组A第2行、第3列的元素，查询数组A第2行的所有元素，查询数组A第6列的所有元素，查询数组A按列拉长形成新的数组B(1×8)，查询数组A按行拉长形成新的数组C(1×8)，以全元素赋值的方式对数组A赋值。
（6）
两种运算指令形式和实质内涵的比较。设有3个二维数组A2×4，B2×4，C2×2，写出所有由2个数组参与的合法的数组运算和矩阵指令
（7）
学习使用表8列的常用函数（通过help方法）
（8）
学习使用表9数组操作函数
（9）
学习字符串的创建，a=
This
is
an
example.
串数组的大小size(a)
串数组的元素标识a14=a(1:4)ra=a(end:-1:1)
对字符串ASCLL码的数组操作
w=find(a>=
a
3
4]
%输入一个二维数组
ans
=
1
2
3
4
>>
[1,2;3,4]
%将空格改为逗号效果一致
ans
=
1
2
3
4
>>
a=[1
2
3
4;5
6
7
8];
>>
b=a(2:2,3:4)
%逗号前面是行，后面是列，冒号前后的数表示所选范围
b
=
7
8
>>
eye(3)
%产生单位矩阵
ans
=
1
0
0
0
1
0
0
0
1
>>
magic(3)
%产生魔方矩阵
ans
=
8
1
6
3
5
7
4
9
2
>>
flipud(ans)
%以数组“水平中线”为对称轴，交换上下对称位置上的元素
ans
=
4
9
2
3
5
7
8
1
6
>>
rot90(ans)
%逆时针旋转数组90°
ans
=
2
7
6
9
5
1
4
3
8
>>
a=
hello
a
=
hello
>>
b=size(a)
%字符串a的大小为1x5
b
=
1
5
>>
syms
x
y
p
k
a
b
c
%创建符号对象
>>
e1=x^2*a*c*y+a*p*x^2+b*p*x+c*k*y+k*p
%创建函数命令
e1
=
k*p
+
a*p*x^2
+
c*k*y
+
b*p*x
+
a*c*x^2*y
>>
e2=c*y+p
e2
=
p
+
c*y
>>
e1/e2
ans
=
(k*p
+
a*p*x^2
+
c*k*y
+
b*p*x
+
a*c*x^2*y)/(p
+
c*y)
>>
a=[1
2]
a
=
1
2
>>
c=reshape(a,2,1)
%改变数组a的行数和列数
c
=
1
2
五、实验结果及讨论
1.熟悉了MATLAB的基本软件操作。
2.通过本次实验熟悉了
MATLAB
的开发环境掌握了矩阵、变量、表达式的各种运算了解了*与.*、/与/、^与.^等区别以及绝对值、开方
e的阶乘、正弦、正切的运算的符号。
3.让我明白了MATLAB的实用性。
实验二
MATLAB语言的程序设计
一、实验时间及地点：
实验时间：2015.10.19上午8:30—9:30
实验地点：黄岛老校区计算中心
二、实验目的：
1、
熟悉MATLAB程序编辑与设计环境
2、
掌握各种编程语句语法规则及程序设计方法
3、
函数文件的编写和设计
4、
了解和熟悉跨空间变量传递和赋值
三、实验内容：
练习A
1、
熟悉MATLAB程序编辑与设计环境
2、
用for循环语句实现求1～100的和
3、
用for循环语句实现编写一个求阶乘的函数文件
练习B
思考题
4、
已知一维数组、，用for循环语句实现。求和函数可用
5、
（1）编写求解一维数组平均值的函数文件。
（2）编写求解二维数组平均值的函数文件。
四、实验操作过程（实验说明）
1．
用for循环语句实现求1～100的和，函数名为theSec().
程序：
a=0;
for
i=1:100
a=i+a;
end
fprintf(
%d/n,a)
执行结果：
>>
theSec
%求1～100的和
5050
2．
用for循环语句实现编写一个求阶乘的函数文件，函数名为jiex(x).
程序：
function
jiex(x)
a=1;
for
i=1:x
a=a*i;
end
fprintf(
%d/n,a)
执行结果：
>>
jiex(4)
%
求4的阶乘
24
3.
已知一维数组、，用for循环语句实现。求和，函数名用ABsum()
程序：
function
y=ABsum()
a=[2,4,5,8,10];
b=[4,9,6,7,4];
n=5;
sum=0;
for
i=1:n
sum=sum+a(1,i)*b(1,n-i+1);
end
y=sum;
执行结果：
>>
ABsum()
ans
=
178
4.
编写求解任意数组平均值的函数文件，函数名为avg(f).
程序：
function
y=avg(f)
[m,n]=size(f);
sum=0;
for
i=1:m
for
j=1:n
sum=sum+f(i,j);
end
end
y=sum/(m*n);
执行结果：
>>
a=[1,2,3,4;5,6,7,8]
%定义一个数组
a
=
1
2
3
4
5
6
7
8
>>
avg(2*a)
%求数组2*a的平均值
ans
=
9
五、实验结果及讨论
1.
编程语句：循环语句有for循环和while循环，我习惯使用for循环，使用格式如下：
for
循环变量=表达式1（初值）：表达式2（增量）：表达式3（终值）
循环语句组
end
条件判断语句if语句格式为：
if表达式
执行语句
end
实验三
MATLAB的图形绘制
一、实验时间及地点：
实验时间：2015.10.21上午8:30—9:30
实验地点：黄岛老校区计算中心
二、实验目的：
1、学习MATLAB图形绘制的基本方法；
2、熟悉和了解MATLAB图形绘制程序编辑的基本指令；
3、熟悉掌握利用MATLAB图形编辑窗口编辑和修改图形界面，并添加图形的各种标注；
4、掌握plot、subplot的指令格式和语法。
三、实验内容：
练习A
【1】
二维曲线绘图基本指令演示。
t=(0:pi/50:2*pi)
;
k=0.4:0.1:1;
Y=cos(t)*k;
plot(t,Y)
plot指令基本操作演示
【2】用图形表示连续调制波形
及其包络线。
t=(0:pi/100:pi)
;
y1=sin(t)*[1,-1];
y2=sin(t).*sin(9*t);
t3=pi*(0:9)/9;
y3=sin(t3).*sin(9*t3);plot(t,y1,r:,t,y2,b,t3,y3,bo
)
axis([0,pi,-1,1])
【3】通过绘制二阶系统阶跃响应，综合演示图形标识。本例比较综合，涉及的指令较广。请耐心读、实际做、再看例后说明，定会有匪浅收益。
clf;t=6*pi*(0:100)/100;y=1-exp(-0.3*t).*cos(0.7*t);
tt=t(find(abs(y-1)>0.05));ts=max(tt);
plot(t,y,r-,LineWidth,3)
axis([-inf,6*pi,0.6,inf])
set(gca,Xtick,[2*pi,4*pi,6*pi],Ytick,[0.95,1,1.05,max(y)])
grid
on
title(
/it
y
=
1
-
e^{
-/alphat}cos{/omegat}
)
text(13.5,1.2,/fontsize{12}{/alpha}=0.3
)
text(13.5,1.1,/fontsize{12}{/omega}=0.7
)
hold
on;plot(ts,0.95,bo,MarkerSize,10);hold
off
cell_string{1}=
/fontsize{12}/uparrow
;
cell_string{2}=
/fontsize{16}
/fontname{隶书}镇定时间
;
cell_string{3}=
/fontsize{6}
;
cell_string{4}=[
/fontsize{14}/rmt_{s}
=
num2str(ts)];
text(ts,0.85,cell_string)
xlabel(
/fontsize{14}
/bft
/rightarrow
)
ylabel(
/fontsize{14}
/bfy
/rightarrow
)
二阶阶跃响应图的标识
四、实验操作过程（实验说明）
1.
二维曲线绘图基本指令演示：
>>
t=(0:pi/50:2*pi)
;
k=0.4:0.1:1;
Y=cos(t)*k;
plot(t,Y)
执行结果：（图3-1）
图3-1
2.
用图形表示连续调制波形
及其包络线：
>>
t=(0:pi/100:pi)
;
y1=sin(t)*[1,-1];
y2=sin(t).*sin(9*t);
t3=pi*(0:9)/9;
y3=sin(t3).*sin(9*t3);plot(t,y1,r:,t,y2,b,t3,y3,bo
)
axis([0,pi,-1,1])
执行结果：（图3-2）
图3-2
3.
通过绘制二阶系统阶跃响应，综合演示图形标识：
>>
clf;t=6*pi*(0:100)/100;y=1-exp(-0.3*t).*cos(0.7*t);
tt=t(find(abs(y-1)>0.05));ts=max(tt);
plot(t,y,r-,LineWidth,3)
axis([-inf,6*pi,0.6,inf])
set(gca,Xtick,[2*pi,4*pi,6*pi],Ytick,[0.95,1,1.05,max(y)])
grid
on
title(
/it
y
=
1
-
e^{
-/alphat}cos{/omegat}
)
text(13.5,1.2,/fontsize{12}{/alpha}=0.3
)
text(13.5,1.1,/fontsize{12}{/omega}=0.7
)
hold
on;plot(ts,0.95,bo,MarkerSize,10);hold
off
cell_string{1}=
/fontsize{12}/uparrow
;
cell_string{2}=
/fontsize{16}
/fontname{隶书}镇定时间
;
cell_string{3}=
/fontsize{6}
;
cell_string{4}=[
/fontsize{14}/rmt_{s}
=
num2str(ts)];
text(ts,0.85,cell_string)
xlabel(
/fontsize{14}
/bft
/rightarrow
)
ylabel(
/fontsize{14}
/bfy
/rightarrow
)
执行结果：（图3-3）
图3-3
五、实验结果及讨论
1，通过这次实验，我学会了MATLAB
图形绘制的基本方法，掌握
了
MATLAB
图形绘制程序编辑的基本指令，而且还懂得了利用
MATLAB
图形编辑窗口编辑和修改图形界面，并添加图形的各种标
注。
2，感觉到了MATLAB
的强大，而且很实用。
实验四
采用SIMULINK的系统仿真
一、实验时间及地点：
实验时间：2015.10.21上午8:30—9:30
实验地点：黄岛老校区计算中心
二、实验目的：
1、熟悉SIMULINK
工作环境及特点
2、掌握线性系统仿真常用基本模块的用法
3、掌握SIMULINK
的建模与仿真方法
4、子系统的创建和封装设计
1、
实验内容：
练习A
1、SIMULINK仿真实际应用，建立双环调速的电流环系统的方框图模型，模型参数设为Ks=44；Ts=0.00167；Ta=0.017；R=1；Tm=0.075；Ce=0.1925；Kt=0.01178；T1=0.049；T2=0.088，
(1)在Simulink集成环境下建立模型，在给定信号作用点处输入单位给定阶跃响应信号，0.3秒后在扰动信号点输入单位阶跃响应信号。并绘制相应的响应曲线
(2)计算仿真结果的超调量、上升时间、调节时间、稳态误差。
(3)设计PID调节器替代图中的比例积分调节器，调节，，用使系统满足超调量15%，上升时间0.3s，调节时间0.4s的要求。
(4)要求对加入的PID控制器封装成一个模块使用
封装步骤1
创建子系统
封装步骤2
封装子系统
封装步骤3
设置参数
封装步骤4
修改和设计模块图标
四、实验操作过程（实验说明）
1.
画出双环调速的电流环系统的方框图模型，并在Simulink集成环境下建立模型：（图4-1）
图4-1
2.
绘制相应的响应曲线：（图4-2）
图4-2
五、实验结果及讨论
1、SIMULINK的基本操作：
1）
启动SIMULINK软件包：可以在MATLAB命令窗口键入“SIMULINK”命令，回车后将弹出SIMULINK图形库浏览器（SIMULINK
LIBRARY
BREWSER）界面，也可以选择“SIMULINK>LIBRARY
BREWSER”同样可以打开该界面；
2）
SIMULINK用户接口：SIMULINK仿真模型编译器界面有菜单栏、工具栏、状态栏等，通过这些接口可以调整仿真运行时间，仿真模式等，可以查看仿真运行进度等信息。
3）
构建SIMULINK框图：用鼠标将模块库中的所需的模块拖至系统模型中，然后添加连线将各个模块连接起来，模型中可以包含WORKSPACE中已定义的变量；
4）
运行：点击仿真模型编译器界面中的运行按钮，系统会在输入信号的作用下输出，通过SCOPE模块可以查看输出响应曲线，通过TO
WORKSPACE模块可以将输出及时间信号送至工作区。
实验五
控制系统的频域与时域分析
一、实验时间及地点：
实验时间：2015.10.28上午8:30-9:30
实验地点：黄岛老校区计算中心
二、实验目的：
1、掌握控制系统数学模型的基本描述方法和相互转化
2、了解控制系统的稳定性分析方法
3、掌握控制系统频域与时域分析基本方法
三、实验内容：
练习A：
1、
表示下列传递函数模型,并转化成其他的数学模型
(1)
(2)
(3)
(4)
2、
一个单位负反馈开环传递函数为
试绘出系统闭环的根轨迹图；并在跟轨迹图上任选一点，试计算该点的增益及其所有极点的位置
四、实验操作过程（实验说明）
>>
num=[4,-2]
num
=
4
-2
>>
den=[1
0
2
5]
den
=
1
0
2
5
>>
Gs=tf(num,den)
Gs
=
4
s
-
2
----------------
s^3
+
2
s
+
5
Continuous-time
transfer
function.
>>
>>
>>
>>
num=0.5;
>>
den=[1
2.5
1];
>>
Gs=tf(num,den)
Gs
=
0.5
-------------------
s^2
+
2.5
s
+
1
Continuous-time
transfer
function.
>>
>>
>>
>>
k=1;
>>
num=k;
>>
den=[2
4.5
1
0];
>>
Gs=tf(num,den)
Gs
=
1
--------------------------
2
s^3
+
4.5
s^2
+
s
Continuous-time
transfer
function.
>>
Ms=Gs/(Gs+1)
Ms
=
2
s^3
+
4.5
s^2
+
s
---------------------------------------------------------------
4
s^6
+
18
s^5
+
24.25
s^4
+
11
s^3
+
5.5
s^2
+
s
Continuous-time
transfer
function.
>>
rlocus(Ms)
%绘制系统闭环的根轨迹图（图5-1）
图5-1
>>
pzmap(Ms)
%绘制零极点图（5-2）
图5-2
>>
[p,z]=pzmap(Ms)
p
=
0.0000
+
0.0000i
-2.1254
+
0.0000i
-2.0000
+
0.0000i
-0.0623
+
0.4810i
-0.0623
-
0.4810i
-0.2500
+
0.0000i
z
=
0
-2.0000
-0.2500
>>
[k,poles]=rlocfind(Ms)
Select
a
point
in
the
graphics
window
selected_point
=
0.5795
+
0.4927i
k
=
4.1162
poles
=
0.0000
+
0.0000i
-2.4675
+
0.0000i
-2.0000
+
0.0000i
0.1088
+
1.0124i
0.1088
-
1.0124i
-0.2500
+
0.0000i
五、实验结果及讨论
1.
MATLAB通过函数tf(num,den)建立传递函数模型，通过zpk(z,p,k)建立零极点增益模型，通过ss(A,B,C,D)建立连续系统状态空间模型；
2.
MATLAB通过ss2tf(),ss2zp(),tf2ss(),tf2zp(),zp2ss(),zp2tf()
等函数将传递函数模型、零极点增益模型、状态空间模型等模型互相转换；
3.
通过函数rlocus(sys)
可绘制系统sys的根轨迹图，通过pzmap(sys)可绘制系统sys的零极点图，通过[k,poles]=rlocfind(Ms)在根轨迹图上任选一点可计算出该点的增益k及所有极点的位置。
实验六
控制系统PID校正器设计法
一、实验时间及地点：
实验时间：2015.10.28上午8:30-9:30
实验地点：黄岛老校区计算中心
二、实验目的：
1、
熟悉常规PID控制器的设计方法
2、
掌握PID参数的调节规律
3、
学习编写程序求系统的动态性能指标
三、实验内容：
1、在SIMULINK窗口建立如下模型
2、设计PID控制器
，传递函数模型如下
3、修改PID参数、和，讨论参数对系统的影响
4、
利用稳定边界法对PID参数、和校正设计
5、
根据PID参数、和对系统的影响，调节PID参数实现系统的超调量小于10%
四、实验操作过程（实验说明）
1.
在SIMULINK窗口建立如下模型：（图6-1）
图6-1
2.
设计PID控制器：（图6-2）
图6-2
3.
利用稳定边界法对PID参数、和校正设计：
参数
数值
23.208
0.0286
13.693
0.0143
0.00358
校正后的响应曲线：（图6-3）
图6-3
4.
调节PID参数实现系统的超调量小于10%：
参数
数值
23.305
0.035
0.00875
如图6-4，超调量为9.4%
：
图6-4
五、实验结果及讨论
1.
学会了通过SIMULINK建立动态系统模型并进行仿真，能熟练地运用SIMULINK库，设置模型参数，建立并运用SIMULINK用户接口；
2.
学会了在SIMULINK中根据传递函数模型设计PID控制器，并将其封装成子系统，编辑封装模块的显示文本，设置系统参数，以及添加子系统帮助文档；
3.
学会了利用稳定边界法对PID参数校正，找到临界稳定增益和临界稳定角频率，设定基于稳定性分析的PID参数；
4.
通过不同PID参数对系统响应曲线的影响规律修改PID参数，使系统超调量小于10%。
26
