MATLAB自动控制课程设计报告Word格式文档下载.docx
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MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB最重要的特点是易于扩展。
它允许用户自行建立完成指定功能的扩展MATLAB函数（称为M文件），从而构成适合于其它领域的工具箱，大大扩展了MATLAB的应用范围。
目前，MATLAB已成为国际控制界最流行的软件，控制界很多学者将自己擅长的CAD方法用MATLAB加以实现，出现了大量的MATLAB配套工具箱，如控制系统工具箱（controlsystemstoolbox），系统识别工具箱（systemidentificationtoolbox），鲁棒控制工具箱（robustcontroltoolbox），信号处理工具箱（signalprocessingtoolbox）以及仿真环境SIMULINK等。
三、实训原理
在自动控制系统中，对于线性定常系统，可以用常系数线性激分方程加以描述。
当给定输入的时间函数时，通过解微分方程，可以得出系统的输出响应。
根据输出响应的数学表达式可以画出时间响应曲线，直观地反映出系统工作的动态过程。
通常采用传递函数这种与微分方程等价的数学模型。
1、数学模型的建立
（1）、由结构图求传递函数，主要的函数有：
parallel，series，feedback等
（2）、模型变换
主要函数有：
tf2ss，ss2tf，ss2zp，tf2zp，zp2ss，zp2tf可以完成传递函数与状态空间模型间的变换。
函数c2d，c2dt，c2dm，d2c，d2cm可进行连续系统与离散系统间的变换。
函数ctrbf，obsvf可对状态空间实现进行可控、可观测性分解。
函数minereal可完成传递函数的零、极相消及状态空间模型的最小实现。
2、时域响应
roots，step，impulse，lsim，initial
3、根轨迹
pzmap，rlocus，rlocfind，sgrid，zgrid。
4、频率法
主要函数有：
bode，nyquist，margin
当系统复杂连接时其等效的整体传递函数可用simulink来实现传递函数的求取。
四、实训内容
（1）、用matlab语言编制程序，实现以下系统：
1）、G（s）=
输入程序:
num=[524018];
den=[14622];
G=tf（num,den）
运行结果：
Transferfunction:
5s^3+24s^2+18
-----------------------------
s^4+4s^3+6s^2+2s+2
2）、G（s）=
输入程序：
n1=4*[12];
n2=[166];
n3=[166];
num=conv（n1,conv（n2,n3））;
d1=[11];
d2=[11];
d3=[11];
d4=[1325];
den1=conv（d1,d2）;
den2=conv（d3,d4）;
den=conv（（den1,den2）,[10]）;
h=tf（num,den）
4s^5+56s^4+288s^3+672s^2+720s+288
-----------------------------------------------------
s^7+6s^6+14s^5+21s^4+24s^3+17s^2+5s
（2）、两环节G1，G2串联，求等效的整体传递函数G（s）
G1（s）=G2（s）=
num1=[2];
den1=[13];
sys1=tf（num1,den1）;
num2=[7];
den2=[121];
sys2=tf（num2,den2）;
G=sys1*sys2
14
---------------------
s^3+5s^2+7s+3
（3）、两环节G1，,G2并联，求等效的整体传递函数G（s）
G=sys1+sys2
2s^2+11s+23
---------------------
s^3+5s^2+7s+3
（4）、已知系统结构如图，求闭环传递函数。
其中的两环节G1,G2分别为G1（s）=G2（s）=
num1=[3100];
den1=[1281];
num2=[2];
den2=[25];
G=feedback（sys1,sys2）
6s^2+215s+500
---------------------------
2s^3+9s^2+178s+605
（5）、已知某闭环系统的传递函数为G（s）=,求其单位阶跃响应曲线，单位脉冲响应曲线。
1）、单位阶跃响应
num=[1025];
den=[0.161.961025];
G=tf（num,den）
y=step（G）;
plot（y）;
figure
（1）
grid;
title（'
单位阶跃响应'
）;
xlabel（'
时间'
）
ylabel（'
振幅'
）
图5.1.1系统的阶跃响应曲线
2）、单位脉冲响应
y=impulse（G）;
figure
（2）
单位脉冲响应'
图5.1.2系统的脉冲响应曲线
（6）、典型二阶系统的传递函数为,为自然频率，为阻尼比，试绘制出当=0.5，分别取-2,0,2,4,6,8,10时该系统的单位阶跃响应曲线；
分析阻尼比分别为-0.5，-1时系统的稳定性。
i=0;
t=0:
0.1:
10;
forwn=-2:
10
i=i+1;
zeta=[0.5];
num=[wn^2];
den=[1,2*zeta*wn,wn^2];
sys=tf（num,den）;
y（:
i）=step（sys,t）;
end
plot（t,y（:
1）,t,y（:
2）,t,y（:
3）,t,y（:
4）,t,y（:
5）,t,y（:
6）,t,y（:
7））;
grid
time（s）'
stepresponse'
图6.1.1系统的单位跃阶响应曲线
假设wn=10，
num=[100];
zeta=[-0.5,-1];
y=zeros（length（t）,2）;
fori=1:
2
den=[1,2*zeta（i）*10,100];
2））;
f=[1,2*zeta（i）*10,100];
p=roots（f）
运行结果为：
p=
10
所以系统稳定。
（7）、设有一高阶系统开环传递函数为,试绘制该系统的零极点图和闭环根轨迹图。
1）系统的零极点
num=[0.0160.2181.4369.359];
den=[0.060.2680.6356.271];
Pzmap（sys）
[ZPK]=Pzmap（sys）
Z=
-10.4027
-1.6111+7.3235i
-1.6111-7.3235i
P=
-5.7710
0.6522+4.2054i
0.6522-4.2054i
K=
0.2667
图7.1.1系统的零极点图
2）系统的闭环根轨迹
rlocus（sys）
运行结果:
图7.1.2系统的闭环根轨迹图
（8）、单位反馈系统前向通道的传递函数为：
试绘制该系统的Bode图和Nyquist曲线，说明软件绘制曲线与手动绘制曲线的异同。
1）、绘制该系统的Bode图：
输入程序：
num=[281282];
den=[151010510];
margin（sys）
图8.1.1系统的Bode图
2）、系统的Nyquist图
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