控制系统与仿真论文

《控制系统与仿真论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制系统与仿真论文（19页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、控制系统仿真课程设计题目:控制系统仿真课程设计专业：电气工程及其自动化班级：本电气姓名：学号：指导老师：成绩：摘要针对自动控制系统的设计很大程度上还依赖于实际系统的反 复实验、调整的普遍现象，结合具体的设计实例，介绍了利用较先 进的MATLAB软件中SIMULINK仿真工具来实现对自动控制系统建 模、分析与设计、仿真的方法。它能够直观、快速地分析系统的动 态性能、和稳态性能。并且能够灵活的改变系统的结构和参数，通 过快速、直观的仿真达到系统的优化设计。关键词：MATLAB；自动控制；系统仿真目录目录3引言4一、 概述5二、 内容71 设计的目的72 设计题目及要求7三、总结12四、参考文献14

2、引言MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory )的简称，是美国 MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、 数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括 MATLAB和Simulink两大部分。Matlab是一种高效的科学及工程计 算语言，它将计算、可视化和编程等功能集于一体，通过方程模型的 建立广泛地应用于数学分析、计算、自动控制、系统仿真、数字信号 处理、图像处理、数理统计、人工智能、通信工程和金融系统等领域。通过方程模型的建立主要应用于图像处理、电子信息、神经网络、优 化计算、系统识别、系统仿真、数据计算。一、概述1 SIMU

3、LINKSIMULINK是一种强有力的仿真工具，它能让使用者在图形方式下以 最小的代价来模拟真实动态系统的运行。SIMULINK准备有数百种福 定义的系统环节模型、最先进的有效积分算法和直观的图示化工 具。依托SIMULINK强健的仿真能力，用户在原型机制造之前就可建 立系统的模型，从而评估设计并修复瑕疵。SIMULINK具有如下的特 占.八、(1) 建立动态的系统模型并进行仿真o SIMULINK是一种图形化的仿 真工具，用于对动态系统建模和控制规律的研究制定。由于支持线 性、非线性、连续、离散、多变量和混合式系统结构，SIMULINK几 乎可分析任何一种类型的真实动态系统。(2) 以直观的

4、方式建模。利用SIMULINK可视化的建模方式，可迅 速地建立动态系统的框图模型。只需在SIMULINK元件库中选出合适 的模块并施放到SIMULINK建模窗口，鼠标点击连续就可以了。 SIMULINK标准库拥有超过150中，可用于构成各种不同种类的动态模 型系统。模块包括输入信号源、动力学元件、代数函数和非线性函数、 数据显示模块等。SIMULINK模块可以被设定为触发和使能的，用于模 拟大模型系统中存在条件作用的子模型的行为。(3) 增添定制模块元件和用户代码。SIMULINK模块库是可制定的， 能够扩展包容用户自定义的系统环节模块。用户也可以修改已有模块的图标， 重新设定对话框，甚至换用

5、其他形式的弹出菜单和复选框。SIMULINK 允许用户吧自己编写的C、FORTRAN、Ada代码直接植入SIMULINK 模型中。（4）快速、准确地进行设计模拟。SIMULINK优秀的积分算法给非线 性系统仿真带来了极高的精度。先进的常微分方程求解器可用于求 解刚性和非刚性的系统、具有时间触发或不连续的系统和具有代数 环的系统。SIMULINK的求解器能确保连续系统或离散系统的仿真速度、 准确地进行。同时,SIMULINK还未用户准备一个图形化的调试工具，以 辅助用户进行系统开发。（5）分层次的表达复杂系统。SIMULINK的分级建模能力使得体积庞 大、结构复杂的模型构建也简便易行。根据需要，

6、各种模块可以组 织成若干子系统。在此基础上，整个系统可以按照自定向下或自底 向上的方式搭建。子模型的层次数量完全取决于所构建的系统，不 受软件本身的限制。为方便大型复杂结构系统的操作，SIMULINK还 提供了模型结构浏览的功能。（6）交互式的仿真分析。SIMULINK的示波器可以动画和图像显示数 据，运行中可调整模型参数进行What-if分析，能够在仿真运算进 行时监视仿真结果。这种交互式的特征可以帮助用户快速的评估不 同的算法，进行参数优化。由于SIMULINK完全集成于MATLAB，在 SIMULINK下计算的结果可以保存到MATLAB工作空间之中，因而就能 使用MATLAB所具有的众多

7、分析、可视化及工具箱工具操数据。内容1、设计任务目的(1) 加强对控制系统的认识，掌握工程设计的方法。(2) 通过碎系统的单元，部件及系统的调试，提高实际技能，培 养分析问题的能力。(3) 掌握应用计算机对系统进行仿真的方法。(4) 培养编制技术总结报告的能力。2、设计题目及要求1 .利用SIMULINK仿真来实现摄氏温度到华氏温度的转化:T =-T + 32 ( T 范围在-10C100C)f 5 ccConstant10-ime Qffs&t; 02.已知系统的动态结构图模型，绘制其单位负反馈系统的单位阶跃 响应曲线，并判断闭环系统的稳定性。（注：分别以指令方式完成和 simulink环境

8、下建模仿真。）指令方式：n1=10;d1 = 1 1 0;G1=tf(n1,d1); n2=2 0;d2二1;G2二tf(n2,d2);G12二feedback(G1,G2) n3=1 1;d3 = 1 0;G3=tf(n3,d3);G123=series(G12,G3);G=feedback(G123,1);roots(G.den1);pzmap(G)3. 某控制系统结构图如图所示，编程实现如下要求。S-tt： pA 111ss+10G a inTr FenTrjner Fqo 1Intygratcir :：: p(1) 利用MATLAB建立上述控制系统的数学模型;(2) 绘制开环系统的Bo

9、de图和Nyquist曲线；(3) 判断系统的稳定性，如不稳定，绘制闭环系统的根轨迹点图;(4) 绘制系统的阶跃响应曲线。mStepn1=1;d1=1 1O;G1二 tf(nl,dl);n2=1;d2=3 1;G2=tf(n2,d2);n3=1;d3=1 0;G3=tf(n3,d3); G12二series(Gl,G2);G123二series(G12,G3);G=feedback(G123,-l);subplo t(221)bode(G)subplo t(222)nyquis t(G)subplo t(223)st ep(G)subplo t(224)pzmap(G) rlocus(G)得：

10、如图(2)示波器显示如图(3)Q Figure 1| 回 I如图（2）示波器显示如图（3）三、总结仿真结果表明,IMULINK仿真软件具有可视化建模和图形输出 的能力，用它进行仿真，可以大大减小编程量。SIMULINK是一个对动态系统（包括连续系统、离散系统和混 合系统）进行建模、仿真和综合分析的集成软件包，是MATLAB的一 个附加组件，其特点是模块化操作、易学易用，而且能够使用MATLAB 提供的丰富的仿真资源。在SIMULINK环境中，用户不仅可以观察现 实世界中非线性因素和各种随机因素对系统行为的影响，而且也可以 在仿真进程中改变感兴趣的参数，实时地观察系统行为的变化。对于 电气类专业

11、的学生来说，无论是学习专业课程或者相关课程设计还是 在今后的工作中，掌握SIMULINK，就等于是有了一把利器。基于 SIMULINK的系统仿真模型具有很强的开放性和可移植性，可以形成 直观的仿真模型，模型搭建高效、快捷，对仿真系统的设计、优化控 制及工况的预测具有重要意义。通过MATLAB仿真实训使我学习掌握了许多知识。首先是对 MATLAB有了一个全新的认识，其次是对MATLAB的更多操作和命令的 使用有了更高的掌握，最重要的事对MATLAB的处理能力有了一个更 高的飞跃尤其是对相关函数的使用及相关问题的处理。在实训过程 中，把已经遗忘了的MATLAB重新拾起，让我重新找到当初学MATLA

12、B 时的热情，也在这过程中，发现了很多问题，通过跟同学跟老师一起 探讨，问题得以解决。完成这次的MATLAB实训后，我又一次锻炼了 自己的思维.它学起来得心应手也让我明白了学习一门语言对学习其 他语言的帮助指导作用.同时,它也加强了我理论联系实际的能力.这 是一个专业课的基础工具,学好它是必要的。总之，这次实训我的得 到了很多，也实践了很多，感觉以前空白的地方充实了许多，我会再 接再厉，继续努力学习MATLAB这门技术以及我未知的世界。、参考文献【1】赵广元编著MATLAB与控制系统仿真实践（第2版）北京 航空航天出版社【2】施阳等主编MATLAB语言精要及动态仿真工具Simulink西 北工业大学出版社【3】王丹力主编MATLAB控制系统设计仿真应用M中国电力 出版社1516171819