控制系统计算机仿真验指导书.docVIP

实验指导书 本门课程是一门综合性实验学科，具有很强的实验性的特点，在学习过程中应特别注意加强实验环节，配合课堂教学的进程，加强理论与实践的结合，以达到学以致用的教学效果。 实验 数学模型的相互转换 实验目的 1. 学习使用Matlab进行各类数学变换运算的方法 2. 学习使用Matlab建立控制系统模型及相互转换方法 实验器材 计算机，Matlab软件 实验内容 已知某系统状态空间表达式为 编程求其脉冲传递函数。 参考程序 程序： a=[0.6 0.233;-0.466 -0.097]; b=[0.2;0.233]; c=[1 0]; d=0; [num, den]=ss2tf(a,b,c,d,1); sys=tf(num,den); 或者是： a=[0.6 0.233;-0.466 -0.097]; b=[0.2;0.233]; c=[1 0]; d=0; sys=ss(a,b,c,d); sys1=tf(sys); 求传递函数为的状态空间表达式（可控标准型），并求取状态初值，假设输入输出及其各阶导数的初值为 ，，，， 解：状态空间表达式（可控标准型）为 其中 ，，， 状态初值求取 代入输入输出及其各阶导数初值，得 解方程，得状态初值 ，，。 MATLAB参考程序如下 clear all %可控标准型 num=[1 2 3]; den=[1 3 5 2]; y=[1 2 3]; %输出各阶导数初值向量 u=[0 4 5]; %输入各阶导数初值向量 m=length(num); n=length(den)-1; if length(num)length(den) disp(the dimension is error); else A=[zeros(n-1,1),eye(n-1)]; A(n,:)=-den(n+1:-1:2)/den(1) B=zeros(n,1);B(n)=1 C=zeros(1,n); C(1:m)=num(m:-1:1)/den(1) if m(n+1) D=0 else D=num(1)/den(1) end end %状态初值的求取 eq_coeff1=zeros(n,n); %n为状态维数 eq_coeff1(1,:)=C; %y=Cx的系数 for i=1:n-1 %求取方程中状态变量的系数 eq_coeff1(i+1,:)=[0 eq_coeff1(i,1:n-1)]+eq_coeff1(i,n)*A(n,:); end u_coef=zeros(n,n); for i=2:n %求取方程常数项中u及各阶导数项的系数 for j=2:i u_coef(i,j)=eq_coeff1(i-j+1,n); end end yu=-y+(u_coef*u); %求取方程中常数项的系数 x0_1=fsolve(@(x) myfun(x,eq_coeff1,yu),zeros(1,n)) function F=myfun(x,coef_x,coef) %由系数构造方程组 n=length(coef); for i=1:n F(i)=coef(i); for j=1:n F(i)=F(i)+x(j)*coef_x(i,j); end end A = 0 1 0 0 0 1 -2 -5 -3 B = 0 0 1 C = 3 2 1 D =0 x0_1 = -1.0000 0.0000 4.0000 四、实验步骤 根据参考程序，验证控制系统模型转换方法 观察记录输出的结果，与理论计算结果相比较 自行选则相应的参数，熟悉上述的各指令的运用方法 五、实验数据及结果分析 记录输出的数据和图表并分析 六、总结 实验 连续系统一阶微分方程组的数字仿真 实验目的 熟悉Matlab的使用环境，学习Matlab软件的使用方法和编程方法； 2. 掌握以一阶微分方程组形式描述的连续系统的数字仿真方法和步骤。 实验器材 计算机，Matlab软件 实验内容 已知微分方程及初值 分别用欧拉法、四阶龙格库塔法计算，选择不同的步长：欧拉法h=0.001；二阶龙格-库塔法h=0.005；四阶龙格-库塔法h=0.01，比较计算结果。求该系统各状态变量随时间变化的规律。 %%%%%%%