自控系统数字仿真实验指导书

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1、《自控系统数字仿真》实验指导书1课程简介，实验内容及学时安排11」课程简介11.2实验内容及学时安排12《线性系统理论基础》课程实验2实验一控制系统的数学模型及其转换2实验二面向微分方程的数值积分法仿真12实验三面向结构图的数值积分法仿真16实验四面向结构图的离散相似法仿真22实验五采样控制系统的数字仿真31实验六仿真技术在参数最优化中的应用36实验七仿真技术的工程应用401课程简介，实验内容及学时安排1.1课程简介《口控系统数字仿真》课程是电子信息类专业及仪器测量类专业本科生的专业应用技术课程，通过木课程的学习，使学生建立系统仿真的基木概念，掌握常川的仿真方法、模型的建立、仿

2、真常川参数的选择、系统参量间的配合，能够分析仿真结果与实际系统响应的关系，学握系统仿真在控制系统设计中应用等。同时对当今最具代表性的控制系统数字仿真语言——MATLAB/Simulink进行学习，侧重于学习MATLAB语言编程基础与技巧，数值分析算法的MATLAB实现，着重掌握动态系统的数学模型、仿真工具SLMUL1NK及控制工具箱的使用。《自控系统数字仿真》课程作为联系理论教学内容与“课程设计”、“毕业设计”等实践教学环节的一门专业类课程，是以提高学生能力为主要目的的，《自控系统数字仿真》实验是学习数字仿真技术的一•个重要环节。通过该实验课的基本训练，使学牛充分理解控制系统仿

3、真的原理，掌握基本的仿真步骤和方法，熟悉MATLAB软件的使用，具备对一般控制过程的仿真能力，培养学牛的独立工作能力和创造性思维能力，为学生提供一个强有力的工具，为学生今后从事科学硏究和技术开发工作打下扎实的基础。1.2实验内容及学时安排本课程的实践环节由单元实验和综合实验构成，F1前实验主耍基丁MATLAB仿真软件进行仿真实验。单元实验每个实验2学时，综合实验4学时，要求学生一人一机，独立完成，由此使学牛得到较全面的基础训练。序号实验内容实验类型开出要求实验学时1控制系统的数学模型及其转换验证必作22面向微分方程的数值积分法仿真验证必作23而向结构图的数值积分法仿真验证必作2

4、4面向结构图的离散相似法仿真验证必作26采样控制系统的数字仿真验证必作27仿真技术在参数最优化屮的应用设计必作28仿真技术的工程应用综合必作4+2（课外）通过该课程的实验训练，应达到下列要求：1.使学生掌握控制系统仿真的基木方法和手段；2.使学生了解MATLAB仿真软件的使用方法和基木编程方法，重点掌握MATLAB控制工具箱的使用方法；学会使用Simulink；3.能对简单的实际系统进行仿真计算和分析。2《自控系统数字仿真》课程实验实验一控制系统的数学模型及其转换一、实验目的熟悉控制系统各种数学模型的描述形式；了解各种描述Z间的相互关系；掌握利川MATLAB①描述在控制系统中帘

5、见的儿种数学模型；②实现任意数学模型之间的相互转换；③求解系统经过串联、并联和反馈连接后的系统模型；④获取一些典型系统的模型；⑤实现连续系统的离散化和离散系统的连续化，以及离散模型按另一采样周期的重新离散化。二、实验基本知识控制系统计算机仿真是建立在控制系统数学模型基础Z上的一门技术。对系统进行仿真，首先应该知道系统的数学模型，然后才町以在此基础上设计一个合适的控制器，使得原系统的响应达到预期的效果。一)线性系统数学模型的基本描述方法•传递函数传递函数在MATLAB下可以方便的由其分了和分母多项式系数所构成的两个向量唯一确定出来。即num=[/?o山...den=[la伽…⑦

6、』当传递函数的分子或分母由若干个多项式乘积表示时，它可由MATLAB提供的多项式乘法运算函数conv()來处理，以便获得分了和分母多项式向量，此函数的调用格式为c=conv(a,b)其屮：。和b分别为由两个多项式系数构成的向量，而c为。和b多项式的乘积多项式系数向量。conv()函数的调川是允许多级缺套的。对具有r个输入和m个输出的多变量系统，可把mXr的传递函数阵G⑸◎成和单变量系统传递函数相类似的形式，即G($)=〃()"'++…++B”1h—+an_xs4-aH式屮：均为mXr实常数矩阵，分母多项式为该传递函数阵的特征多项式。在MATLAB控制系统工具箱中，提供了表示单输

7、入多输出系统的表示方法，即num=[BoB[...BH],den=[la…a』其小：分子系数包含在矩阵num小，num行数与输出y的维数一「致，每行对应一个输出，den是行向量，为传递函数阵公分母多项式系数。•零极点增益形式单输入单输出系统的零极点模型可表示为m十钳"一G($—©)($—Z2)・・・($—s)■■“一/林丁)…(一几)£=1式中：Zj(j=l,2,…,m)和p(i二l,2,...,n)称为系统的零点和极点，它们既可以为实数乂可以为复数，而K称为系统的增益。在MATLAB下零