《控制系统仿真》课程设计指导书

《控制系统仿真》 课程设计指导书

隋 金 雪

信息与电子工程学院

自动化专业 2013年12月30日

计算机仿真及应用 课程设计指导书

目 录

一、课程设计目的：............................................................................................................... 2 二、进度安排： ...................................................................................................................... 2 三、成绩考核： ...................................................................................................................... 2 四、课程设计报告格式 ........................................................................................................... 2 五、课程设计选题................................................................................................................... 3

选题一、 .......................................................................................................................... 3

选题二、 .......................................................................................................................... 4 选题三、 .......................................................................................................................... 5

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计算机仿真及应用 课程设计指导书

一、课程设计目的：

1、 培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力。 2、 掌握自动控制原理中各种补偿（校正）装置的作用及用法，根据不同的系统性能指标

要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。

3、 学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试。 4、 锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力。

二、进度安排及选题要求：

课程设计时间为五天。每2~5位同学分为一组，队员数量不能少于选题数量。

1、 周一：各小组通过查询资料，确定其中的4个为课程设计题目（1、2必选，2-5选择

1-3个题目）。

2、 周一至周五：按照课程设计题目要求，完成规定任务（评分标准为选择2个题目为60-70

分；选择3个题目为70-85分；选择4个题目为80-95分；选择5题目为90-100分，根据程序质量酌情加分）。

3、 周四、周五统一答辩：小组所有成员都需参加答辩，原则上每人至少答一个题目，随

机抽签决定答辩哪个题目（提前完成者，可随时答辩）。

4、 19周周一：完成课程设计报告并上交，设计报告内容包括：设计任务、设计过程、仿

真结果及分析，打印并上交。附录应包括仿真框图和MATLAB程序。

三、成绩考核：

1、 平时出勤、表现20％ 2、 课程设计报告40％ 3、 答辩40％

四、课程设计报告格式

1、封面 2、目录

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3、正文（包括设计思想、设计步骤、调试过程、源代码及仿真框图） 4、体会 5、参考文献

五、课程设计选题

选题一、

考虑如下图所示的电机拖动控制系统模型，该系统有双输入，给定输入R(t)和负载输入

M(t)。

1、 编制MATLAB程序推导出该系统的传递函数矩阵。

2、 若常系数增益为：C1＝Ka＝Km＝1，Kr＝3，C2＝0.8，Kb＝1.5，时间常数T1＝5，T2

＝0.5，绘制该系统的根轨迹、求出闭环零极点，分析系统的稳定性（根据系数，程序

自动实现）。若R(t)和M(t)分别为单位阶跃输入，绘制出该系统的阶跃响应图。（要求C1，Ka，Km，Kr，C2，Kb， T1，T2所有参数都是可调， m和mdl文件实现都可）

R(t) C1 Ka Kr M(t) 一 1T1s1一 Km 1 T2s11 s一 Kb C2

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选题二、

考虑下列非线性系统，其数学描述为非线性微分方程组：

dx/dty(t)z(t) dy/dtx(t)ay(t)dz/dtb[x(t)c]z(t)其中a=b=0.2，c=5.7，x(0)y(0)z(0)0

利用Simulink仿真工具建模，并绘制出各个状态变量的时间响应曲线。

选题三、

如下为非线性动力学Lorenz方程，该模型没有输入信号

1(t)x1(t)x2(t)x3(t)x2(t)x2(t)x3(t) xx3(t)x1(t)x2(t)x2(t)x3(t)假设选择三个状态变量x1(t)，x2(t)，x3(t)为它的输出信号，以，，和x1(0)，x2(0)，

x3(0)向量为附加参数，试将该模块进行封装，并绘制不同参数下的Lorenz方程解的三维曲

线。

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选题四、

对于时变受控对象模型y(t)e0.2ty(t)e5tsin(2t6)y(t)u(t)，考虑一个PI控制系

统模型，如下图所示，其中控制器参数为：比例常数Kp＝200，积分常数Ki＝10，饱和非线

性环节的宽度2，

1、建模并绘制该闭环系统的阶跃响应曲线。

2、将PI控制器封装为一个PID控制器模块，参数Kp和Ki可调节。

r(t) Ki Kps饱和非线性环节Saruration 受控对象 模 型 y(t) －

选题五

若时变线性微分方程为y(4)4y2e2tye3te5tsin(4t)，且5ty(3)6t2y3(0)(0)12,y(3)(0)0.2，试用Simulink搭建起系统的仿真模y方程的初值为y(0)1,y型，并绘制出仿真结构曲线。

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