自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)--基于MATLAB軟件的自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真

《 自動(dòng)控制原理 》課程設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū)日期： 2012.5.21-2012.6.1 自動(dòng)控制原理 課程設(shè)計(jì)評(píng)閱書(shū)題目 基于 MATLAB 軟件的自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)指導(dǎo)教師簽名：年 月 日答辯評(píng)語(yǔ)及成績(jī)答辯教師簽名：年 月 日教研室意見(jiàn)總成績(jī)：教研室主任簽名：年 月 日摘 要MATLAB 是一種直觀、高效的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，同時(shí)也是一個(gè)科學(xué)計(jì)算平臺(tái)。MATLAB 軟件技術(shù)進(jìn)行控制系統(tǒng)建模，時(shí)域、負(fù)域和頻域分析，前饋校正設(shè)計(jì)，離散系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)分析，以及現(xiàn)代控制理論中的可控性、可觀性和穩(wěn)定性的判別。在 MATLAB 中，常用的系統(tǒng)建模方法有傳遞函數(shù)模型，零極點(diǎn)模型以及狀態(tài)空間模型等。在這次課程設(shè)計(jì)中，就使用了 MATLAB 軟件對(duì)我們過(guò)去學(xué)過(guò)的一些簡(jiǎn)單的函數(shù)進(jìn)行仿真。此次學(xué)會(huì)了使用簡(jiǎn)單的 MATLAB 語(yǔ)言編寫(xiě)簡(jiǎn)單的傳遞函數(shù)，還有使用 Simulink 進(jìn)行仿真。 我們可將綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通過(guò) MATLAB 在計(jì)算機(jī)上仿真，使系統(tǒng)的觀察實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。目前，MATLAB 已經(jīng)成為我們當(dāng)代大學(xué)生必須掌握的基本技能，在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門(mén)，MATLAB 已經(jīng)成為研究和解決各種具體工程問(wèn)題的一種標(biāo)準(zhǔn)軟件。在完成了驗(yàn)證性、綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)后，課程設(shè)計(jì)必不可少。課程設(shè)計(jì)是工科實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，目的是培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用理論知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的方法和能力,實(shí)現(xiàn)由知識(shí)向技能的初步化。所以課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們思維創(chuàng)造能力最有效的圖徑。關(guān)鍵詞： 控制系統(tǒng)；MATLAB;模擬仿真；思維創(chuàng)造目 錄1 課題描述……………………………………………………………………12 仿真過(guò)程……………………………………………………………………22.1 控制系統(tǒng)建?！?2.2 線性系統(tǒng)時(shí)域分析…………………………………………………22.3 線性系統(tǒng)根軌跡分析………………………………………………42.4 線性系統(tǒng)頻域分析…………………………………………………52.5 線性系統(tǒng)校正………………………………………………………63 Simulink 仿真………………………………………………………………7總結(jié)…………………………………………………………………………11參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………121 課題描述MATLAB 是一種直觀、高效的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，同時(shí)也是一個(gè)科學(xué)計(jì)算平臺(tái)。它的伴隨工具 Simulink 是用來(lái)對(duì)真實(shí)世界的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)建模、模擬仿真和分析的軟件。我們可將綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通過(guò) MATLAB 在計(jì)算機(jī)上仿真，使系統(tǒng)的觀察實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。目前，MATLAB 已經(jīng)成為我們當(dāng)代大學(xué)生必須掌握的基本技能，在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門(mén)，MATLAB 已經(jīng)成為研究和解決各種具體工程問(wèn)題的一種標(biāo)準(zhǔn)軟件。在完成了驗(yàn)證性、綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)后，課程設(shè)計(jì)必不可少。課程設(shè)計(jì)是工科實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，目的是培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用理論知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的方法和能力,實(shí)現(xiàn)由知識(shí)向技能的初步化。所以課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們思維創(chuàng)造能力最有效的途徑。在學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理這個(gè)學(xué)科之后，這次課程設(shè)計(jì)又針對(duì)這個(gè)學(xué)科做了 MATLAB軟件的仿真學(xué)習(xí)。這次課程設(shè)計(jì)的基本要求是學(xué)會(huì)使用 MATLAB 軟件并進(jìn)行仿真，學(xué)會(huì)建立簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型，例如，傳遞函數(shù)模型，零極點(diǎn)模型以及狀態(tài)空間模型等。然后對(duì)這個(gè)軟件進(jìn)行一定的了解與認(rèn)識(shí)。而且還要學(xué)會(huì)使用簡(jiǎn)單的 MARLAB 語(yǔ)言和 Simulink 構(gòu)建簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)學(xué)習(xí)培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)態(tài)度，訓(xùn)練綜合運(yùn)用經(jīng)典控制理論和相關(guān)課程知識(shí)的能力。掌握自動(dòng)控制原理的時(shí)域分析法，根軌跡法，頻域分析法，以及各種(矯正)裝置的作用及用法，能夠利用不同的分析方法對(duì)給定系統(tǒng)進(jìn)行性能分析，能根據(jù)不同的系統(tǒng)性能指標(biāo)要求進(jìn)行合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并調(diào)試滿足系統(tǒng)的指標(biāo)。學(xué)會(huì)使用 MATLAB 語(yǔ)言及 Simulink 動(dòng)態(tài)仿真工具進(jìn)行系統(tǒng)的仿真與調(diào)試。鍛煉獨(dú)立思考和動(dòng)手解決控制系統(tǒng)實(shí)際問(wèn)題的能力。2 設(shè)計(jì)過(guò)程2.1 控制系統(tǒng)建模已知多回路反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖，求閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù) C(S)/R(S)32)(1??sG, , , , ,1 41)(2??ssS61)(??sSG21)(??sSH, 。2)(?sH3解 MATLAB 文本如下G1=tf([1],[1 10]);G2=tf([1],[1 1]);G3=tf([1 0 1],[1 4 4]);numg4=[1 1];deng4=[1 6];G4=tf(numg4,deng4);H1=zpk([-1],[-2],1);numh2=[2];denh2=[1];H3=1;nh2=conv(numh2,deng4);dh2=conv(denh2,numg4);H2=tf(nh2,dh2);sys1=series(G3,G4);sys2=feedback(sys1,H1,+1);sys3=series(G2,sys2);sys4=feedback(sys3,H2);sys5=series(G1,sys4);sys=feedback(sys5,H3)程序執(zhí)行結(jié)果Zero/pole/gain:0.083333 (s+1)^2 (s+2) (s^2 + 1)----------------------------------------------------------(s+10.12) (s+2.44) (s+2.349) (s+1) (s^2 + 1.176s + 1.023)2.2 線性系統(tǒng)時(shí)域分析已知系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 ，其中num=[16];den=[1 8 * zeta 16];sys=tf(num,den);p=roots(den)t=0:0.01:3;figure(1)impulse(sys,t);gridxlabel( t );ylabel( c(t) );title( impulse response );figure(2)step(sys,t);gridxlabel( t );ylabel( c(t) );title( step response );figure(3)u=t;lsim(sys,u,t,0);gridxlabel( t );ylabel( c(t) );title( ramp response );程序執(zhí)行結(jié)果單位脈沖響應(yīng)單位階躍響應(yīng)單位斜坡響應(yīng)分析系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)導(dǎo)數(shù)的響應(yīng)，就等于系統(tǒng)對(duì)該信號(hào)響應(yīng)的導(dǎo)數(shù)；或者，系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的積分的響應(yīng)，就等于系統(tǒng)對(duì)該輸入信號(hào)響應(yīng)的積分，而積分常數(shù)由零輸入初始條件確定。2.3 線性系統(tǒng)根軌跡分析已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 試畫(huà)出 K 從零點(diǎn)變)(420)(ssG??化到無(wú)窮時(shí)的根軌跡圖，并求出系統(tǒng)臨界阻尼時(shí)對(duì)應(yīng)的 K 值及其閉環(huán)極點(diǎn)。解 系統(tǒng)閉環(huán)特征多項(xiàng)式為D(s)= +4s+Ks+20= +4s+20+K(s+4)=0 等效開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)2s2s04)()(2*??KGMATLAB 文本如下G=TF([1 4],[1 4 20]);figure(1)pzmap(G);figure(2)rLocus(G

總結(jié)

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