1、信息科学与工程学院本科实验题目计划书1基于 Matlab/Simulink 的控制系统仿真实验题目实验一 二阶系统闭环参数 和 对时域响应的影响n如图 1 所示的典型二阶系统，其开环传递函数为 ，其中，无阻尼)2s( GS)n自然震荡角频率 =1， 为阻尼比，试绘制 分别为 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5 时，其单n位负反馈系统的单位阶跃响应曲线（绘制在同一张图上） 。 )2s(nR(s) C(s)图 1 典型二阶系统方框图Matlab 程序参考代码：wn=1;sigma=0,0.2,0.4,0.6,0.9,1.2,1.5;num=wn*wn;t=linspac
2、e(0,20,200);for j=1:7den=conv(1,0,1,2*wn*sigma(j);s1=tf(num,den);sys=feedback(s1,1);y(:,j)=step(sys,t);endplot(t,y(:,1:7);grid;gtext(sigma=0);gtext(sigma=0.2);gtext(sigma=0.4);gtext(sigma=0.6);gtext(sigma=0.9);gtext(sigma=1.2);gtext(sigma=1.5)要求：1. 从 help 菜单或其它方式，理解程序的每个语句和函数的含义；2.分析 对时域响应的影响，观察典型二阶
3、系统阻尼系数 在一般工程系统中的选 择范围；3. 制作 PPT 讲解程序、系统响应曲线、系统响应分析。信息科学与工程学院本科实验题目计划书2实验二 开环参数 K 和 T 对系统动态性能及稳定性的影响对一般的二阶系统而言，其开环传递函数为 ，其中，K 为回路增益，通常是可)1(Ts调节的，T 为时间常数，通常由被控对象的特性决定，一般是不可以改变的。要求：1. 推到单位负反馈系统的闭环传递函数；2. 对比二阶系统的典型传递函数，找出 K、T 与 、 的关系式；n3. 从 2 中的关系式中分析 K、T 与 、 的关系；n4. 实验参数设定 T=1，试绘制 K 分别为 0.1, 0.2， 0.5，
4、0.8， 1.0， 2.4 时，其单位负反馈系统的单位阶跃曲线（绘制在同一张图上） ；5. 从 help 菜单或其它方式，制作 PPT 讲解程序的每个语句和函数的含义；6. 制作 PPT 分析系统响应曲线。Matlab 程序参考代码：T=1;K=0.1,0.2,0.5,0.8,1.0,2.4;t=linspace(0,20,200)num=1;den=conv(1,0,T,1);for j=1:6s1=tf(num*K(j),den);sys=feedback(s1,1);y(:,j)=step(sys,t);endplot(t,y(:,1:6);grid;gtext(K=0.1);gtext
5、(K=0.2);gtext(K=0.5);gtext(K=0.8);gtext(K=1.0);gtext(K=2.4)信息科学与工程学院本科实验题目计划书3实验三 理解 PID 控制器对系统性能的影响，进行 PID 控制器的设计对于如图 2 所示的负反馈控制系统，被控对象和反馈环节的传递函数如下：Gc(s) Go(s)H(s)Y(s)R(s)-C(s)(te图 2 典型的负反馈控制系统方框图其中， 1)()5()sHsGo（一） 比例控制 P pcK)(要求：1、对于比例系数为 0.1, 2.0，2.4， 3.0， 3.5， 绘制系统的单位阶跃响应；2、制作 PPT 分析比例系数对系统性能的影
6、响；3、制作 PPT 讲解程序代码。Matlab 程序代码参考：G=tf(1,conv(conv(1,1,2,1),5,1);kp=0.1,2.0,2.4,3.0,3.5;for i=1:5G=feedback(kp(i)*G,1);step(G);hold on;endgtext(kp=0.1);gtext(kp=2.0);gtext(kp=2.4);gtext(kp=3.0);gtext(kp=3.5)（二） 比例微分控制 PDsKsGpc)(要求：1、设置 =2，微分时间常数 =0， 0.3， 0.7， 1.5， 3，试在各个比例微分系数p下，绘制系统的单位阶跃响应曲线；2、制作 PPT
7、 分析微分控制对系统性能的影响；3、制作 PPT 解释和说明程序代码。信息科学与工程学院本科实验题目计划书4Matlab 程序代码参考：G=tf(1,conv(conv(1,1,2,1),5,1);kp=2;tou=0,0.3,0.7,1.5,3;for i=1:5G1=tf(kp*tou(i),kp,1);sys=feedback(G1*G,1);step(sys);hold on;endgtext(tou=0);gtext(tou=0.3);gtext(tou=0.7);gtext(tou=1.5);gtext(tou=3);（三） 比例积分控制 PI， 其中， 是比例系数， 是积分时间常
8、数，二者可调节。sKsGpc)( p要求：1、设置比例 =2，积分时间常数 =3， 6， 14， 21， 28，试在各个比例积分p系数下，绘制系统的单位阶跃响应曲线；2、制作 PPT 分析积分控制对系统性能的影响；3、制作 PPT 解释和说明程序代码。Matlab 程序代码参考：G=tf(1,conv(conv(1,1,2,1),5,1);kp=2;ti=3,6.14,21.28;for i=1:5G1=tf(kp,kp/ti(i),1,0);sys=feedback(G1*G,1);step(sys);hold on;endgtext(ti=3);gtext(ti=6);gtext(ti=1
9、4);gtext(ti=21);gtext(ti=28)信息科学与工程学院本科实验题目计划书5实验四 确定使计算机控制系统稳定的开环增益范围如图 3 所示的离散线性系统，采样周期 Ts=1s，其中，对象模型 ，零)1()sKGp阶保持器 。SesGTo)1()0R(s)图 3 离散线性系统方框图要求：1、写出开环系统的传递函数；2、对开环传递函数进行 Z 变换，并代入 Ts=1s；3、写出闭环 Z 传递函数；4、写出系统的特征方程；5、绘制根轨迹，并分析根轨迹；6、用鼠标单击根轨迹与单位圆的交点，发现;7、分析系统稳定性随 K 值变化的规律；8、近似得出系统稳定的 K 值范围。9 制作 PPT
10、，按上述要求讲解。Matlab 程序代码提示：num=0.3678,0.2644;den=1,-1.3678,0.3678;sys=tf(num,den,-1);rlocus(sys)rlocfind(sys)SeT01)1(SK- 0T C(s)信息科学与工程学院本科实验题目计划书6成绩评定及注意事项：出席 10 %应用举例、实验讲解 30 %结课考试 60 %总计 100 分值1. 学生分成 10 组左右，每组组长一名；2. 应用举例：每位同学提交一份纸质作业和电子版 PPT；3. 实验：每组提交一份纸质实验报告和一份电子版 PPT 演示稿、写明组员在实验内容上的分工，例如：软件安装与程序
11、解析；原理分析及知识点分析；系统输出结果整理；报告撰写及 PPT 制作等等；4. 实验讲解：基于一份 PPT 演讲稿讲解；5. 讲解人选定方法：每组 12 位主讲人（有分工） ，每次讲解前，组内抽签决定本组主讲人，其他人补充；确保每位同学担任一次主讲人；6. 全体组长组成成绩评定会，根据每组的实验结果，原理分析，实验报告、PPT 讲解等，评定每组的成绩，称为“组分” ；组长和组内成员一起给出组内每位同学成绩；上面两个成绩加在一起，是每名同学的最后实验成绩，满分 30 分，分值分配如下表所示。 7. 严格遵守时间，按时出席，无故缺席者 0 分；遵守实验室管理制度；序号 组号 姓名 应用举例 实验、讲解 总分满分10 分（组分 5 分+个人 5 分） 20 分(组分 10+个人 10 分)30 分1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 信息科学与工程学院本科实验题目计划书715 16 1718
