北理工：自动控制实验实验报告汇总Word文档格式.doc
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4）三种模型之间的转换
2.系统模型的连接
在实际应用中，整个控制系统是由多个单一的模型组合而成，基本的组合方式有串联连接、并联连接和反馈连接。
三、实验内容
1.已知控制系统的传递函数如下
试用MATLAB建立系统的传递函数模型、零极点增益模型及系统的状态空间方程模型，并绘制系统零极点图。
实验代码：
8
>
num=[2,18,40];
den=[1,5,8,6];
gtf=tf（num,den）
gzpk=zpk（gtf）
gss=ss（gtf）
pzmap（gzpk）
gridon
实验结果：
传递函数模型：
gtf=
2s^2+18s+40
---------------------
s^3+5s^2+8s+6
零极点增益模型：
gzpk=
2（s+5）（s+4）
--------------------
（s+3）（s^2+2s+2）
状态空间方程模型：
gss=
a=
x1x2x3
x1-5-2-1.5
x2400
x3010
b=
u1
x14
x20
x30
c=
x1x2x3
y10.51.1252.5
d=
y10
零极点图形：
2.已知控制系统的状态空间方程如下
A=[0100;
0010;
0001;
-1-2-3-4]；
B=[0;
0;
1]；
C=[10200]；
D=[0]
Gss=ss（A,B,C,D）
Gtf=tf（Gss）
Gzpk=zpk（Gss）
pzmap（Gzpk）
系统状态空间方程：
a=
x1x2x3x4
x10100
x20010
x30001
x4-1-2-3-4
b=
x10
x41
c=
y110200
d=
2s+10
-----------------------------
s^4+4s^3+3s^2+2s+1
Zero/pole/gain:
2（s+5）
---------------------------------------------
（s+3.234）（s+0.6724）（s^2+0.0936s+0.4599）
零极点图：
3.已知三个系统的传递函数分别为
试用MATLAB求上述三个系统串联后的总传递函数。
num1=[2,6,5];
den1=[1,4,5,2];
num2=[1,4,1];
den2=[1,9,8,0];
z=[-3,-7];
p=[-1,-4,-6];
k=5;
g1=tf（num1,den1）;
g2=tf（num2,den2）;
g3=zpk（z,p,k）;
g=g1*g2*g3
总传递函数：
g=
10s^6+170s^5+1065s^4+3150s^3+4580s^2+2980s+525
-------------------------------------------------------------------------------------
s^9+24s^8+226s^7+1084s^6+2905s^5+4516s^4+4044s^3+1936s^2+384s
4.已知如图E2-1所示的系统框图
试用MATLAB求该系统的闭环传递函数。
编写程序代码：
num1=[1];
den1=[1,1];
num2=[1];
den2=[0.5,1];
num3=[3];
den3=[1,0];
num4=[1];
den4=[0.5,1];
g3=tf（num3,den3）;
g4=tf（num4,den4）;
g=feedback（（g1+g2）*g3,g4）
2.25s^2+7.5s+6
---------------------------------------
0.25s^4+1.25s^3+2s^2+5.5s+6
5.已知如图E2-2所示的系统框图
num1=[10];
num2=[2];
den2=[1,1,0];
num3=[1,3];
den3=[1,2];
num4=[5,0];
den4=[1,6,8];
t1=feedback（g2,g3,1）;
t=feedback（g1*t1,g4）
t=
20s^3+160s^2+400s+320
----------------------------------------------------
s^6+10s^5+35s^4+44s^3+82s^2+116s–48
四、实验总结及感想
1.掌握用三种传函模型来表示一个G（s），分别为：
传递函数（TF）模型、零极点增益（ZPK）模型、状态空间（SS）模型，以及三种模型之间的相互转化。
2.三种模型应以传函形式选择最优模型。
实验2控制系统的暂态特性分析
一、实验目的
1.学习和掌握利用MATLAB进行系统时域响应求解和仿真的方法。
2.考察二阶系统的时间响应，研究二阶系统参数对系统暂态特性的影响。
1.系统的暂态性能指标
控制系统的暂态性能指标常以一组时域量值的形式给出，这些指标通常由系统的单位阶
跃响应定义出来，这些指标分别为：
（1）延迟时间：
响应曲线首次到达稳态值的50%所需的时间。
（2）上升时间：
响应曲线从稳态值的10%上升到90%所需要的时间长，对于欠阻尼
系统，通常指响应曲线首次到达稳态值所需的时间。
（3）峰值时间：
响应曲线第一次到达最大值的时间。
（4）调整时间：
响应曲线开始进入并保持在允许的误差（±
2%或±
5%）范围内所
需要的时间。
（5）超调量σ：
响应曲线的最大值和稳态值之差，通常用百分比表示
其中y（t）为响应曲线。
在MATLAB中求取单位阶跃响应的函数为step，其使用方法如下
step（sys）在默认的时间范围内绘出系统响应的时域波形
step（sys,T）绘出系统在0–T范围内响应的时域波形
step（sys,ts:
tp:
te）绘出系统在ts–te范围内，以tp为时间间隔取样的响应波形
[y,t]=step（…）该调用格式不绘出响应波形，而是返回响应的数值向量及其对应的时间
向量。
系统的暂态性能指标可以根据上述定义，在响应曲线上用鼠标读取关键点或通过搜索曲
线对应的数值向量中关键点来确定。
2.LTIView工具
在MATLAB中提供了线性是不变系统仿真的工具LTIViewer，可以方便地观察系统的
响应曲线和性能指标。
在命令窗口中键入ltiview即可启动LTIViewer。
这里简要介绍LTI
Viewer工具（如图2-1所示）的使用方法。
图2-1LTIViewer工具运行界面
1）
【File】菜单
Import选项：
可以从Workspace或MAT文件中导入系统模型。
Export选项：
将当前窗口中的对象模型保存到Workspace或文件中。
Toolboxpreferences选项：
属性设置功能，可以设置控制系统中得各种属性值。
PageSetup选项：
页面设置功能，可以对打印输出和显示页面进行设置。
2）
【Edit】菜单
PlotConfiguration选项：
对显示窗口及显示内容进行配置。
LineStyle选项：
线型设置功能，可以对输出响应曲线的线型进行设置。
ViewerPreferences选项：
对当前窗口的坐标、颜色、字体、响应曲线的特性参数等属性
进行设置。
3）右键菜单
在运行界面上点击鼠标右键，将会弹出一个弹出式菜单，菜单上个选项的功能分别为：
PlotTypes：
选择绘制的系统曲线类型，可选的类型有单位阶跃响应、单位冲击响应、
波特图、奈奎斯特图、零极点图等。
System：
选择需要仿真的系统。
Characteristic：
系统的性能指标选项。
Grid：
显示和关闭网格。
Normalize：
正常显示模式。
FullView：
满界面显示模式。
Properties：
性能编辑器选项，可以设置画面的标题、坐标标志、坐标范围、线型、颜色、
性能指标等。
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