毕业设计（论文）控制系统计算机仿真实验设计

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1、毕 业 设 计（论 文）说 明 书题 目：控制系统计算机仿真实验设计系 别：专业班级：学生姓名：指导教师：教 研 室：提交时间：I- -本科毕业（设计）论文摘 要通过介绍控制系统计算机仿真与计算机辅助设计的基本概念，介绍控制系统仿真的基本算法。说明了计算机仿真在自动化专业的地位和作用。为了使学生能在较短的时间内学会并应用计算机进行仿真，选择学习时间相对少点的控制系统计算机辅助设计软件MATLAB为主要工具。并设计了3个必做实验，既（Matlab的控制工具箱及应用、全结构仿真、基于Simulink的控制系统仿真）；2个选做实验。通过这些实验，能达到培养学生运用计算机分析和验证自动控制原理和工程中

2、遇到问题的能力。希望以后能把学生上机操作的时间调多一点，并能在实验完成后都有一定的收获。 关键词：MATLAB，控制原理，仿真，设计，实验。ABSTRACTImitate through the introduction control system calculator to really lend support to the basic concept ofwith design with calculator, introduce a control system to imitate really basic calculate way. explained a calculator

3、 to imitate really Be automating a professional position and the function.For make student can in the shorter academic association inside time combine an applied calculator to carry on imitate really, choice study time a little bit opposite and little control system calculator assistance design the

4、software MATLAB is main tool.Design also 3 do an experiment necessarily, since;(Matlab the control tool box and application,whole structure imitate really and according to the Simulink control system imitate really)2s choose to do an experiment.Pass these experiments, can attain development a studen

5、t to make use of the calculator analysis and verify an auto a control to meet the ability ofwith problem in the principle and engineering.Hope hereafter can start up the operation to the student of time adjust more, and the ability all has certain results after test completion. KEY WORDS: MATLAB, co

6、ntrol principle, imitate really, design, test。23- -四川理工学院本科毕业（设计）论文 目录摘 要IABSTRACTII第1章 引言21.1 仿真的基本概念21.2仿真的应用与发展31.3计算机仿真在自动化专业中的地位和作用4第2章MATLAB语言基础521常量与变量52.2系统的在线帮助72.2.1 help 命令：72.2.2 lookfor命令82.3 常见的数学函数8第3章 计算机仿真的应用93.1全结构仿真93.2 Simulink仿真工具箱113.2.1 Simulink工具箱简介113.2.2 Simulink的优点11第4章 实验

7、设计说明12第5章 结束语14致 谢15文献综述16参考文献18附录11附 录22附录311院本科毕业（设计）论文第1章 引言1.1 仿真的基本概念计算机仿真方法的成功应用，大大提高了这一方法在科学研究和技术开发中的地位，引起科学界和工业界的广泛关注与重视。人们逐步认识到，系统仿真已成为继理论分析和事物实验（或演习）之后，认识客观世界规律性的强有效的手段。它可以把复杂系统的运行过程放在实验中进行，在辅助决策、计划优化、管理调度、方案比较、规划制定、军事训练、投资风险分析、辅助设计以及谈判策略确定等方面均有巨大的应用潜力。 系统就是一些有特定功能的、相互间以一定规律联系着的物体组成的一个总体。首

8、先，必须明确系统的整体性，也就是说，它是一个整体，它的各部分是不可分割的。正如人体一样，它由头、身躯、四肢等各部分组成，如果把这些部分各自拆开，那也就不成为人了，至于人们熟悉的自动控制系统，其基本组成部分（控制对象、测量元件、控制器等）同样不可缺一。整体性是系统的第一特性。其次，要明确系统的相关性。也就是说，系统内部各部分之间相互以一定规律联系着，它们的特定关系形成了具有特定性能的系统有时系统各要素之间的关系不是简单的线性关系，而是呈现出复杂的非线性关系对于复杂的非线性关系必须研究复杂性与整体性。例如，人的双眼视敏度是单眼视敏度的610倍，此外，双眼有立体感，而单眼却无此特点，因此相关性是系统

9、的第二特性。系统除整体性和相关性外，还具有有序性和动态性。比如，生命是一种高度有序的结构。它所具有的复杂功能组织，与现代化大工业生产的“装配线”非常相似。这是一种结果上的有序性，对任何系统都是使适用的，又如，一个非平衡系统如果经过分支点A、B达到C，那么对C态的解释就必暗含着对A态和B态的了解。这便是系统的动态性。建立系统概念的目的在于深入认识并掌握系统的运动规律，不仅能定性地了解系统，还要定量地分析、综合系统，以便能更准确地解决工程、现代社会和自然界中种种复杂问题。定量地分析、综合系统的最有效的方法是模型法。数学模型按建立方法的不同可分为机理模型、统计模型和混合模型。机理模型采用演绎方法，运

10、用已知定律，用推理方法建立数学模型；统计模型采用归纳法，它根据大量实例或观察的数据，运用统计的规律估计系统的模型；混合模型是理论上的逻辑推理和实验观察数据的统计分析相结合的模型。按所描述的系统运动性质和运用的数学工具特征可将数学模型分为：线性、非线性、时变、定常、连续、离散、集中参数、分布参数、确定、随机等系统模型。建立系统数学模型的目的是对系统进行定性分析、定量分析、优化处理，预测系统行为，并为系统提供设计、管理、控制的资料。1.1.2仿真系统仿真的基本定义是：设计一个实际系统的模型，对它进行实验，以便理解及评价系统的各运算策略，其基础是建立在系统的数学模型上，并以计算机为工具对系统进行实验

11、研究的一种方法。仿真，就是模仿真实事物，也就是用一个模型来模仿真实系统。既然是模仿，两者不可能完全等同，但是最基本的内容应该相同，即模型至少必须反映系统的主要特征。随着现代工业的发展，科学研究的深入与计算机软、硬件的发展，仿真技术已成为分析、综合各类系统，特别是大系统的一种有效研究方法和有力的研究工具。1.2仿真的应用与发展仿真技术在发展初期多用于生物，原子物理等科学。随着计算机科学的发展，仿真技术已经广泛地应用于航天、航空系统、交通运输系统、库存系统，市场预测系统，以及人口、生态、能源规划和国民经济的各个领域中，并取得了明显的效果。与物理仿真相比，数字仿真有以下优点：（1） 数字仿真是利用计

12、算机模型进行试验，它具有利用模型进行试验的一系列优点，如费用低、易于进行真实系统难以实现的各种试验等。（2） 有些系统的模型难以用一般的数字形式表达；有的虽然能用数字形式表达，但没有解析方法可以求解；有的虽然有解析，但其数学过程过于负责、计算量过大，用计算机仿真不受这些限制，从而便于仿真技术的推广。（3） 在真实系统中要实现完全相同条件下的重复试验是很困难的，在计算机仿真试验中则很容易实现。正因为有以上一系列的优点，在计算机应用已经十分广泛的今天，系统仿真已经成为计算机应用的一个重要方面，然而计算机仿真也存在一些缺点：仿真试验多次重复行，数据量大这些特点使它占用相当多的机时和存贮空间，系统仿真

13、的工作量也很大，消耗的人力和计算机费用是十分可观的；仿真方法得到的解是近似解而非精确解，而且其精度又不容易控制。计算机仿真的主要用途：（1）计算数学模型。例如求解代数方程，微分方程，偏微分方程，非线性方程或参数方程等，特别是对需要大量运算次数的统计分析和寻优计算特别有效。（2）设计新型控制系统，综合控制方案及参数选择、实现最佳规划等。（3）实施大型企业的科学管理方案及生产、操作人员的仿真培训工作。系统仿真随着计算机技术的发展已形成一门新兴的科学。仿真用计算机经历了模拟计算机、数字计算机、混合计算机到现在已发展到全数字并行处理的仿真机。仿真软件也由计算方法、仿真程序发展到仿真语言，并逐步扩大和丰

14、富，系统仿真的发展方兴未艾。1.3计算机仿真在自动化专业中的地位和作用计算机仿真是自动化专业的一门选修课程，是利用计算机分析、研究、设计自动控制系统的有力工具，是控制领域技术人员必须掌握的一门技术，是学生具备了必要的数学、物理、计算机技术、控制原理等基础知识后的一门专业选修课。通过这门课程的学习，进一步强化学生的计算机应用能力，使其明白计算机在科学计算，工程分析，方案检验，系统仿真与辅助设计等方面起着非常重要的作用。第2章MATLAB语言基础21常量与变量系统的变量命名规则：变量名区分字母大小写；变量名必须以字母打头，其后可以是任意字母，数字，或下划线的组合。此外，系统内部预先定义了几个有特殊

15、意义和用途的变量，见下表：表 2.2特殊的变量、常量取 值Ans用于结果的缺省变量名Pi圆周率的近似值（3.1416）Eps数学中无穷小（epsilon）的近似值（2.2204e - 016）Inf无穷大，如 1/0 = inf （infinity）NaN非数，如 0/0 = NaN （Not a Number），inf / inf = NaNi，j虚数单位：i = j =2.1.1数值型向量（矩阵）的输入任何矩阵（向量），可以直接按行方式输入每个元素：同一行中的元素用逗号（，）或者用空格符来分隔；行与行之间用分号（；）分隔。所有元素处于一方括号（ ）内；例1： Time = 11 12 1

16、2 3 4 5 6 7 8 9 10 X_Data = 2.32 3.43；4.37 5.98系统中提供了多个命令用于输入特殊的矩阵表 2.1函数功 能函数功 能compan伴随阵toeplitzToeplitz矩阵diag对角阵vanderVandermonde矩阵hadamardHadamard矩阵zeros元素全为0的矩阵hankelHankel矩阵ones元素全为1的矩阵invhilbHilbert矩阵的逆阵rand元素服从均匀分布的随机矩阵kronKronercker张量积randn元素服从正态分布的随机矩阵magic魔方矩阵eye对角线上元素为1的矩阵pascalPascal矩阵m

17、eshgrid由两个向量生成的矩阵上面函数的具体用法，可以用帮助命令help得到。如：meshgrid(x,y)输入 x=1 2 3 4; y=1 0 5; X,Y=meshgrid(x, y)，则X = Y = 1 2 3 4 1 1 1 1 1 2 3 4 0 0 0 0 1 2 3 4 5 5 5 5目的是将原始数据x，y转化为矩阵数据X，Y。2.3.2 符号向量（矩阵）的输入1.用函数 sym定义符号矩阵：函数sym实际是在定义一个符号表达式，这时的符号矩阵中的元素可以是任何的符号或者是表达式，而且长度没有限制。只需将方括号置于单引号中。例2： sym_matrix = sym（a b

18、 c；Jack Help_Me NO_WAY） sym_matrix = a, b, c Jack, Help_Me, NO_WAY2.用函数syms定义符号矩阵先定义矩阵中的每一个元素为一个符号变量，而后像普通矩阵一样输入符号矩阵。例3： syms a b c ； M1 = sym（Classical）； M2 = sym（ Jazz）； M3 = sym（Blues）； A = a b c； M1， M2， M3；sym（2 3 5）A = a, b, c Classical, Jazz, Blues 2, 3, 52.2系统的在线帮助2.2.1 help 命令：1.当不知系统有何帮助内容

19、时，可直接输入help以寻求帮助: help（回车）2.当想了解某一主题的内容时，如输入： help syntax（了解Matlab的语法规定）3.当想了解某一具体的函数或命令的帮助信息时，如输入： help sqrt （了解函数sqrt的相关信息）2.2.2 lookfor命令现需要完成某一具体操作，不知有何命令或函数可以完成，如输入： lookfor line （查找与直线、线性问题有关的函数）2.3 常见的数学函数表2.2 常见数学函数函 数 名数 学 计 算 功 能函 数 名数 学 计 算 功 能abs（x）实 数 的 绝 对 值或 复 数 的 幅 值floor（x）对x朝-方向取整a

20、cos（x）反 余 弦 arcsinxgcd（m，n）求正整数m和n的最大公约数acosh（x）反双曲余弦arccoshximag（x）求复数x的虚部angle（x）在四象限内求复数 x 的相角lcm（m，n）求正整数m和n的最小公倍数asin（x）反正弦arcsinxlog（x）自然对数（以为底数）asinh（x）反双曲正弦arcsinhxlog10（x）常用对数（以10为底数）atan（x）反正切arctanxreal（x）求复数x的实部atan（x,y）在四象限内求反正切rem（m，n）求正整数m和n的m/n之余数atanh（x）反双曲正切arctanhxround（x）对x四舍五入到最

21、接近的整数ceil（x）对x朝+方向取整sign（x）符号函数：求出x的符号conj（x）求复数x的共轭复数sin（x）正弦sinxcos（x）余弦cosxsinh（x）反双曲正弦sinhxcosh（x）双曲余弦coshxsqrt（x）求实数x的平方根：exp（x）指数函数 tan（x）正切tanxfix（x）对x朝原点方向取整tanh（x）双曲正切tanhx2.4控制系统工具箱%Creation of LTI models.% tf% zpk% ss% dss% frd% filt% set% ltimodels% ltiprops%Data extraction% tfdata% zpkd

22、ata% ssdata% dssdata% frdata% get%Model dimensions and characteristics% class% isa% size% ndims% isempty% isct% isdt% isproper% issiso% reshape%Conversions% tf% zpk% ss% frd% chgunits% c2d% d2c% d2d%Overloaded arithmetic operations% +and-% *% % /% % % .% .% stack% inv%Model dynamics% pole,eig% zero%

23、 pzmap% dcgain% norm% covar% damp% esort% dsort%Time delays% hasdelay% totaldelay% delay2z% pade%State-space model% rss,drss% ss2ss% canon% ctrb,obsv% gram% ssbal% balreal% modred% minreal% sminreal%Time response% ltiview% step% impulse% initial% lsim% gensig% stepfun%Frequency response% ltiview% bo

24、de% sigma% nyquist% nichols% margin% freqresp% evalfr%System interconnections% append% parallel% series% feedback% lft% connect%C;assical design tools% rltool% rlocus% rlocfind% acker% place% estim% reg%LQG design tools% lqr,dlqr% lqry% lqrd% kalman% kalmd% lqgreg% augstate%Matrix equation solvers%

25、lyap% dlyap% care% dare%Demonstratons% ctrldemo% jetdemo% diskdemo% milldemo% kalmdemo第3章 计算机仿真的应用3.1全结构仿真我们知道控制系统的描述方法有很多种，方块图法也是其中的一种，每个方块所示的功能可以是如传递函数，包括简单的惯性、加法、减法、以及一些非线性环节。如果我们能用一系列函数来实现这些方块的功能，那就很容易在计算机里得到这个系统的数字仿真模型。然而描述系统的方块图非常之多，各方块的功能也不尽相同，每个方块都用一个函数去实现以得到系统仿真算法模型的工作费时又费力。如果仅把加、减、惯性、实际微分、

26、积分、继电等基本环节编写成函数，组成一个功能函数库，且这些函数在一个仿真系统中可重复多次调用，这样，把一个系统模型等效为多个基本环节很容易得到系统的仿真模型。在仿真计算中功能函数的计算顺序就是系统信号的传递顺序。我们称这种数字仿真方法叫全结构仿真。 单元号nf(代号)X1X2Xny图3.1基本环节要实现这一目的，关键是要建一个实现基本环节功能的功能函数库。我们知道，任何一个运算都可以看成是函数运算特性，为了运算的需要，我们采用如下的函数结构：Y=f(x1,x2,x3)这样对于一个系统，我们就可以看成是若干个单元构成，将f编制成各种各样的运算特性，就可以组成功能库。使用时，将这个库中的功能调出，

27、放在单元中进行运算即可。设计时将每种功能函数定义一个功能代码，以代号直接找到相就的处理程序模块。这种结构中，x1x2是三个输入信号，它可以是某个环节的输出信号，也可以是常数。信号的类别可以是数字，也可以是0和1的开关变量；单元的输出y可以是数字，也可以是0和1的状态，具体形式由所调用的功能模块决定。单元号码在仿真系统中，按运算的顺序编号。程序就可以根据这个单元编号顺序调用相就的功能函数。每一个步长内，将构成系统的所有单元都处理一次，这样循环 表3.1 功能库表功能代号功能名称功能01阶跃闸门函数Y=x1*1(t-x3)+x202减法Y=x1-x203加法Y=x1+x204积分Y=1/s*x1*

28、x205惯性Y=x1*x2/(x3*s+1)06实际微分Y=x1*x2/(x3*s+1)0708超前-滞后PIY=x1*(x2*s+1)/(x3*s+1)Y=(1+x3/s)*x2*x109PDY=(1+x3*s)*x2*x110PIDY=(1+x3/s+x3*s)*x2*x111纯滞后12选择 x1 x3=0y= x2 x3!=013周期方波14乘法加法Y=x1*x3+x215闸门斜坡信号Y=x1(t-x3)*1(t-x3)+216闸门正弦信号Y=x1*sin(x2(t-x3)*1(t-x3)17饱和非线性 x2*x1 |x1|x318死区非线性19小信号切除20死区滞环继电下去从而可以得到

29、输出的数字解或响应曲线。根据这样的一种思路，程序结构如下图3.1示。从图中可以看到，程序的主体是功能库。表3.2 全局变量语句说明global 定义全局变量的语句ymv全局中间数组变量t仿真时间sp中间变量数组单元指针ts仿真步长yd1 yd2纯滞后数组tmax仿真终止时间spd1 spd2纯滞后数组单元指针3.2 Simulink仿真工具箱3.2.1 Simulink工具箱简介Simulink是实现动态系统建模、仿真和分析的一个集成环境，使得Mmatlab的功能得到进一不扩展，它可以非常容易的实现可视化建模，把理论研究和工程实践有机的结合在一起。 大部分专用工具箱只要以matlab主包为基础

30、就能运行，有少数工具箱（通讯工具箱、信号处理工具箱等）则要求有Simulink工具箱的支持。由于matlab和Simulink是集成在一起的，因此用户可以在两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。不用命令行编程，由方框图产生m文件（s函数）。 当创建好的框图保存后，相应的m文件就自动生成，这个m文件包含了该框图的所有图形及数学关系信息。框图表示比较直观，容易构造，运行速度比较快。3.2.2 Simulink的优点（1）适应面广：包括线性、非线性系统；离散、连续系统（2）结构和流程清晰：以方块图形式呈现，仿真精细、贴近实际323 Simulink的模型： Simulink模型在视觉上表现为方

31、框图，在文件上则是扩展名为m的ASC代码；在数学上体现为一组微分方程或差分方程；在行为上模拟了物理期间构成的时间系统的动态特性。Simulink的一般结构： 输 入输出系统 图 4.2.1 3.2.4 仿真原理当在框图视图中进行仿真的同时,matlab时间上是运行保存于Simulink内存中s函数的映象文件,而不是解释运行该m文件。S函数并不是标准m文件，它m文件的一种特殊形式。姓名：论文题目第4章 实验设计说明通过对计算机仿真全方面的了解以及对学校现状的调查,对大概的情况有了一定的认识以后,我一共设计了5个实验,其中3个是必做实验,即:MATLAB控制工具箱及应用、全结构仿真以及基于SIMU

32、LINK的控制系统仿真。2个选做实验是：任意实函数方程求实根和非线性系统的全结构仿真。由于我们进行的一系列仿真都是以控制系统计算机辅助设计软件MATLAB为主要工具，因此首先应该了解控制工具箱的使用。所以第一个实验主要是调用了两类函数对方程求解，目的是让同学们能近一步的熟悉MATLAB控制工具箱。接下来是一个选做实验，任意函数方程求实根，这个实验的主要原理和内容在实验指导书部分会做很详细的说明。实验3是讲的全结构仿真，要用到的是功能函数的选取和调用，目的是为了熟悉结构化编程的思想。而实验所涉及到的功能函数都是比较简单的，容易理解的，希望同学们能有时间根据自己的具体情况来做那个实验。实验4是基于

33、simulink的控制系统仿真，主要是应用simulink控制工具箱，调出系统的模型，然后更改其参数，进行仿真。这个系统是一个含有磁滞回环线性环节的控制系统。实验5也是一个选做实验，是全结构仿真的应用。这次的设计主要是为了让同学们进一步的理解计算机仿真的应用，以及MATLAB语言的扩展。但是由于实验室的资源有限，以及学习的时间不长，所以有所遗憾，但还是希望同学们能积极的和老师合作，将这门实验课学好。四川理工学院本科毕业（设计）论文第5章 结束语文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本

34、文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本(结束语是对整个设计（论文）主要成果的总结。在结论中应明确指出本设计（论文）内容的成果或理论（含新见解、新观点），对其应用前景和社会、经济价值等加以预测和评价，并指出今后进一步在本研究方向进行研究工作的展望与设想。结论内容一般在1000字左右。)姓名：论文题目致 谢感谢一直以来始终支持我的指导老师老师。虽然他很忙，一个人要带许许多多的同学做毕业设计论文而且还有课需要上，这让我们很感动。他的不辞辛劳终于让我完成了本次设计。在遇到问题的时候，他总是耐心地一个一

35、个给我们解答。每次答疑都让我们学到很多的关于自己设计内容方面的知识。虽然他很年轻，但是在专业方面的知识是非常地完善。刚开始时，接到论文题目的我们都是一脸的茫然和无助，是他给了我们信心和希望。真的很感谢他。老师，谢谢你。此外，我还要对在这次设计中，帮助和支持我的同学，表示感谢！我对于Word其实很生疏的，有很多关于Word的使用都是请教的同寝室同学，他们的帮助让本来已经没有信心和耐心继续做设计的我又重新找到了信心和动力，真的很感谢他们。没有他们就没有我此次的设计。四川理工学院本科毕业（设计）论文文献综述1、前言 通过了解到计算机仿真在自动化专业中的地位和作用，以及根据具体的教学安排，本次设计主要

36、是让学生在较短的时间内能学会应用MATLAB语言进行计算机仿真，而设计的主要方向是实验的设计，主要有5个实验，其中3个是必做实验，2个是选做。考虑到学生是在学习了高数，大学物理，计算机技术、控制原理、MATLAB语言等基础课程的基础上学习的，因此这些实验主要有，MATLAB控制工具箱的应用、连续系统的全结构仿真、以及SIMULINK的应用等实验。 2正文计算机仿真的概念是从仿真的概念延伸而来的。简单的是说，仿真就是对某个真实系统进行模拟分析的过程，亦即“模仿真实系统的行为变化”，通过这种模拟来达到对系统的了解和分析。仿真可以采用不同的方法进行。比如在工程实践中，人们采用按照比例缩小的汽车模型或

37、飞机模型来模拟真实汽车的机械转动系统或确定飞机形状的空气动力特性。而计算机仿真不过是使用计算机作为模拟的手段，模型则是一个由计算机程序和相关数据组成的抽象代表。比较准确的说，计算机仿真就是设计和建立一个计算机模型来代表某个真实系统，并利用该模型对真实系统的行为变化进行数值模拟实验，通过这样的模拟试验达到对该系统在某些给定条件下的动态行为进行分析和了解的目的。由于计算机仿真所具备的各种优点，他已经成为模拟、分析和优化各种系统的有效工具。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算数学与计算机技术的综合性新型学科。 它包含控制系统分析、综合、设计、检验等多方面的计算机处理。 模型，是对所要研究的

38、系统在某些特定方面的抽象。通过模型对原型系统进行研究，将具有更深刻、更集中的特点。模型分为物理模型和数学模型两种。数学模型可分为机理模型、统计模型与混合模型。 系统仿真，就是以系统数学模型为基础，以计算机为工具对系统进行实验研究的一种方法。需特别指出，系统仿真是用模型（即物理模型或数学模型）代替实际系统进行实验和研究，使仿真更具意义，仿真所遵循的基本原则是相似原理，即几何相似、环境相似与性能相似。依据这个原理，仿真可分为物理仿真与数学仿真（即模拟计算机仿真与数字计算机仿真）。由于计算机仿真能够为各种实验提供方便、廉价、灵活而可靠的数学模型，因此凡是要用模型进行实验的，几乎都可以用计算机仿真来研

39、究被仿真系统的工作特点、选择最佳参数和设计最合理的系统参数。 自动控制系统的计算机仿真，它是一门涉及到计算机技术、计算数学与控制理论、系统辨识、控制工程以及系统科学的综合性学科。它为控制系统的分析、计算、研究、综合设计以及自动控制的计算机辅助教学提供了快速、经济、科学及有效的手段 3、总结 在正文中已经提到了计算机仿真的发展与应用，在这里就不重复的介绍，最后主要谈一谈目前学校的现状以及需要改进的地方。学校的现状：课时比较短，学习时间有限，还有很多涉及到的基础科目已经先学了，因此就把重点放在了上机操作上；实验室资源有限，所以实验内容不易太多太复杂。需要改进的是，在实验资源有限的情况下，就希望同学

40、能和老师配合好，希望每个同学都能实际的进行上机操作。姓名：论文题目参考文献1 赵文峰.控制系统设计与仿真M. 西安电子科技大学出版社, 20022 王行仁.面向二十一世纪,发展系统仿真技术J.系统仿真学报,:. 3 熊光楞 彭毅.先进仿真技术与仿真环境MM.北京：国防工业出版社,1997 4 Michacl P. Introduction to computer simulationM. Proceedings of WSC,94.7145 徐云飞 李海鹰.面向对象的智能仿真系统J.系统仿真学报,:.6 谭飞.计算机仿真及辅助设计讲义C.自贡:四川理工学院,2003.17 郑恩让.控制系统仿真

41、M.北京: 北京大学出版社, 20068 薛定宇.控制系统计算机辅助设计M.北京:清华大学出版社, 20069 P.D.Lawrence.Real-Time Microcomuputer System DesignM.McGraw-Hill Inc.,198710 K.Dubey.Power Semiconductor Controlled DrivesM.Gopal,1995附录1 实验室安全操作规程为了保证实验工作的顺利展开，为师生创造一个良好的、安全的实验环境，在本实验室操作者都必须遵守以下的安全操作规程：一、不准穿拖鞋进入实验室，注意保持实验室的清洁卫生；二、严格的按照仪器操作规程，正

42、确操作仪器；三、实验室内不准使用明火，就座后不得随意来回走动，以免触碰电源、电缆等；四、实验时若发现仪器设备出现故障或异常情况（如：有异味、冒烟等）时，应立即关闭电源开关，拨掉电源插头，并及时向实验室管理人员报告。遇到此类情况，实验者不得擅自处理、或不报告就擅自更换仪器；五、实验完毕，要关闭设备的电源、关好门窗、整理好仪器设备，并打扫卫生；六、实验者还必须服从实验室工作人员的管理和安排及实验室管理制度中有关安全操作的规定；七、上述有关规程实验者必须严格执行，如有违反，一经发现，按国家或学校相关条例进行处理并向有关领导报告，重者追究其法律责任附 录2 实验指导书实验一 Matlab的控制工具箱及

43、应用1实验目的：熟悉Matlab的控制工具箱，并能应用各种命令等 2主要仪器设备及其配套数：计算机matlab软件 40套实验2任意实函数方程求实根（选做）1.实验目的：学会Matlab语言的编程，调试及运行。2主要仪器设备及其配套数：计算机matlab软件 403实验原理：设任意实函数f(x)=0f(x)是x的非线性或线性函数，求它的单实根的方法很多，如二分法，弦截法，优选法，插值法等，各种方法大同小异。下面介绍弦截法求实函数在给定一个区间xmin, xmax中的所有单实根。这种方法求根分两步进行。第一步，判断某个小区间内是否有根存在，其原理是xb=xa+h, 自变量从原来的一个初值xa向前

44、跨出一步h, 如果在xa, xa+h中有根存在，则必有函数值f(xa)与f(xb)异号或f(xb)=0 ，这时转到第二步，否则，xb xa ，继续第一步的工作。第二步，以 (xa, f(xa) 和(xb, f(xb) 作一直线， 得到直线方程: 以y=0时的x值x0 作为试验根，则 ，求得 f(x0)=y0。如果或，可以认为x0 是方f(x)=0 的一个根，如不满足条件，根据y0的符号使得x0xa，y0ya或x0xb，y0yb，继续第二步的操作，直到满足条件。当xb+hxmax 时，搜索过程结束。计算步长选择原则是，保证在一个步长区间内的根不能多于1个互异根（重根除外），否则将造成丢根现象，这

45、就要求h取得较小，但增加计算时间，所以应综合考虑，对周期函数，h应小于周期的1/2。 控制精度的大小直接影响求根精度，应根据需要设定，一般可取10-5 10-10 ，可取0.1。附图1实验内容以及步骤：编写一求解任意实函数实根的程序，包括相应的辅助函数：a、 求解方程sin(x)=0在x0，10域的所有实根；b、 求解方程在x0，5域的所有实根；MATLAB语言程序如下：（b）function m=qiugen(min,max,d,ch)m=;a=1;b=1;xa=min;xb=min;while xbmax xa=xb;ya=file1(xa,ch); xb=xa+d;yb=file1(xb

46、,ch); if ya*yb=0 for a=a+1, x0=xa-ya*(xb-xa)/(yb-ya); y0=file1(x0,ch); if abs(y0)10-8|abs(xb-xa)0 xa=x0; ya=y0; else xb=x0; yb=y0; end end end end end实验3 全结构仿真1实验目的：熟悉结构化编程的思想，全结构仿真的原理及编程2主要仪器设备及其配套数：计算机matlab软件 403实验内容及步骤：Gc(s)e(-0.15s)/(0.5s+1)(0.4s+1)编写全结构仿真思想的主程序及相应函数，完成如下内容：R(s) Y(s)A、 输入为单位阶跃信

47、号，当Gc(s)为纯比例控制时，通过仿真的方法得到此系统的震荡周期Tc；B、 Gc(s)为PI控制器输出u(t)=k*(e+1/Tedt),当k取临界增益Kc的一半时，调整Ti使得系统的超调量为20%，求得T1。C、 Gc(s)为PID控制，控制器输出u(t)=k*(e+1/Tedt+Td*de/dt),其中K=0.6Kc,Ti=0.5Tc,Td=0.12Tc,描出系统的阶跃响应曲线和斜坡响应曲线。A的MATLAB语言程序如下：clear all %清除内存中的所有变量global t ts tmax ymv yd1 yd2 sp spd1 spd2; %定义全局共享变量disp(xxxxxx

48、)i=2;ymv(100)=0;spd1=1;spd2=0;yd1(200)=0;yd2(100)=0; %设置纯滞后数组参数%x1=input(input x1=);%x2=input()input x2=);%t0=input(input=);ki=11.226;t=0;ts=0.01;tmax=0.8;tem=floor(tnax/ts+1);y(tem,4)=0;tt(tem)=0;while(t=t0时，函数输出y=x1+x2; 当t=t0), y=x1+x2; else y=x1; end02号功能块 减法运算function y=f02f(x1,x2)%减法运算 y=x1-x2

49、y=x1-x2;03 号功能块 加法运算function y=f03f(x1,x2)%加法运算 y=x1+x2y=x1+x2;04号功能块 积分运算数字积分是在原有初值上输入信号x1进行一个计算步长的增量或减量，因此积分要用到上一个仿真周期的初值，我们用ymv中间数组单元来保存。函数实现如下：function y=f04f(x1,ki)global t ts tmax ymv y=ymv(sp)+x1*ts*ki; % ki为积分增益ymv(sp)=y； % 保存当前值以备下次计算使用。sp=sp+1; % 指针指向下一个单元，保证各功能单元的中间量独立。05号功能块 一阶惯性环节 （3.1）

50、x1key-yf图3.2 惯性环节的等效框图一阶惯性环节式(1)等效为图2，设y为环节输出，yf为环节的内部反馈信号，y0为上一次惯性环节的输出，也即是环节中积分器上的初值。为减小计算误差，则令yf=(y+y0)/2有 e=k x1-yf y=y0+ts e/tl解这三个方程可得惯性环节在x1输入下的输出算法：y=y0+ts (k x1-y0)/(tl+0.5 ts) (3.2)由此，惯性环节的功能函数实现如下：function y=f05f(x1,k,tl)global t ts tmax ymv sp ; tsh=ts/2;if t1tsh，x=tsh; else，x=t1; endy=y

51、mv(sp)+ts*(k*x1-ymv(sp)/(x+tsh); % ymv(sp) 上一次惯性环节的输出ymv(sp)=y ; % 保存当前值以备下次计算使用sp=sp+1; %使单元指针指向下一个单元，因为当前ymv单元已使用。06号功能块 实际微分运算实际微分运算 (3.3)用长除法可化成 (3.4)应用中间保存变量存放惯性环节的输出，其算法见式(3.2)，该模块的功能算法实现如下：function y=f06f(x1,td,tl)global t ts tmax ymv yd1 yd2 sp spd1 spd2；if tlts, x=ts; else ,x=tl; endy= x1* td /x; %计算式(3.4)的比例部分ymv(sp)=ymv(sp)+(y-ymv(sp)*ts/(x+0.5*ts); %计算式(3.4)的惯性部分并保存中间变量y=y-ymv(sp); %计算实际微分输出sp=sp+1; %使用了一个中间单元，指针下移。07号功能块 超前滞后环节function y=f07f(x1,td,t1)% 超前滞后环节% 当td=t1时,环节为超前环节,否则为滞后环节;%y=x1*(tds+1)/(t1s+1)%上式可以化成 y=td*x1/t1+(1-td/t1)x1/(t1s+1)%所