MATLAB课件-2014秋PPT文件格式下载.ppt

MATLAB课件-2014秋PPT文件格式下载.ppt

《MATLAB课件-2014秋PPT文件格式下载.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MATLAB课件-2014秋PPT文件格式下载.ppt（138页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

课程特点课程特点授课特点授课特点第一讲：

控制系统第一讲：

控制系统MATLAB计算计算与仿真基础与仿真基础主要内容主要内容：

控制系统计算机仿真的基本概：

控制系统计算机仿真的基本概念、念、MATLAB仿真集成环境仿真集成环境Simulink。

1、系统计算机仿真、系统计算机仿真一、控制系统计算机仿真的基本概念一、控制系统计算机仿真的基本概念系统：

系统：

物质世界中相互制约又相互联系着的、以期实现某种目的的一个运动整体。

模型：

对所要研究的系统在某些特定方面的抽象。

系统仿真：

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。

注意：

系统仿真与物理仿真、数学仿真的区别系统仿真与物理仿真、数学仿真的区别自动控制系统的计算机仿真自动控制系统的计算机仿真，是一门涉及到计算，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学科。

它吸收了计算机工程以及系统科学的综合学科。

它吸收了计算机仿真的方便、廉价、灵活、可靠的特点，为控制仿真的方便、廉价、灵活、可靠的特点，为控制系统的分析、计算、研究、综合设计以及自动控系统的分析、计算、研究、综合设计以及自动控制的计算机辅助教学特供快速、经济、科学及有制的计算机辅助教学特供快速、经济、科学及有效手段。

效手段。

2、控制系统计算机仿真的过程、控制系统计算机仿真的过程控制系统仿真：

控制系统仿真：

以控制系统的数学模型为基础，主要用数学模型代替实际的控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。

第一步：

建立自控系统的数学模型第一步：

建立自控系统的数学模型第二步：

建立自控系统的仿真模型第二步：

建立自控系统的仿真模型第三步：

编制自控系统仿真程序第三步：

编制自控系统仿真程序第四步：

进行仿真实验并输出仿真结果第四步：

进行仿真实验并输出仿真结果仿真过程的主要步骤仿真过程的主要步骤先进的MATLAB软件具有如下主要特点：

1、功能强大，适用范围广2、扩充能力强3、语句简单，内容丰富4、强大方便的图形功能5、功能齐备的自动控制软件包3、控制系统计算与仿真的特点、控制系统计算与仿真的特点由于世界上从事自动控制的多个知名专家，在自己擅长的控制领域开发了具有特殊功能的Toolbox工具箱，这些工具箱已经覆盖了控制系统的各个领域，每一个工具箱都是当今世界上最权威、最顶尖的计算与仿真软件。

随着MATLAB中Toolbox工具箱与Simulink仿真的广泛应用，使控制系统的计算与仿真发生了革命性的变化，它已经成为国际、国内最流行的控制系统仿真软件。

二、MATLAB常用绘图命令常用绘图命令1、基本绘图命令plot（x1,y1,opation1,x2,y2,opation2）2、坐标轴命令Axis（xminxmaxyminymax）AxisqualAxisoff3、文字标注Text（x,y,字符串）Gtext（说明文字）Title（图像标题）Xlabel（坐标轴名称）ylabel（坐标轴名称）zlabel（坐标轴名称）Legend（依次对图像线标注）4、添加栅格命令5、图像保持命令三、MATLAB的仿真集成环境的仿真集成环境SimulinkSimulink是MATLAB里一个实现动态系统建模、仿真与分析的仿真集成环境软件工具包。

1、Simulink仿真工具简介仿真工具简介MathWorks软件公司开发的Simulink是MATLAB里的工具箱之一，主要是实现动态系统建模、仿真与分析。

Simulink适用的对象：

适用的对象：

Simulink支持连续与离散系统以及连续离散混合系统，也支持线性系统与非线性系统，还支持具有多种频率的系统。

Simulink浏览器及模型窗口简介浏览器及模型窗口简介Simulink的建模特点的建模特点在MATLAB的命令窗口里输入“Simulink”命令或者选择Simulink按钮可进入Simulink浏览器即模块库。

只需要用鼠标点击和拖拽功能，将模块库中各种标准模块拷贝到Simulink的模型窗口中，就轻松完成建模，大大降低仿真难度。

主要特点：

简单、准确、快捷、形象、灵活等2、用、用Simulink建立系统模型建立系统模型Simulink完全采用标准模块方框图的拷贝方法来构造动态系统的结构图模型。

创建过程：

例题：

绘制一个二阶系统进行阶跃响应仿真的结构图模型以及对其标注模块标题、标注模型标题、对所有模块进行参数设置，并进行给定阶跃响应仿真。

3、Simulink仿真参数的设置仿真参数的设置主要包括仿真时间、仿真步长、解法器、输出项等设置。

仿真时间设置仿真步长模式设置解法器设置步长参数设置4、Simulink仿真结果的观察仿真结果的观察示波器介绍：

示波器介绍：

示波器是观察仿真结果的主要工具，它的参数设置有一般参数设置和数据存储参数设置。

使用示波器模块观察仿真输出使用示波器模块观察仿真输出三个示波器模块例：

例：

用三种示波器观察正弦波信号的波形曲线与用三种示波器观察正弦波信号的波形曲线与波形信息。

波形信息。

使用使用ToWorkspace模块将仿真输出信息返模块将仿真输出信息返回到回到MATLAB命令窗口命令窗口如果不用示波器直接观察结果，可将控制系统仿真信息输入“ToWorkspace”中。

该模块会自动将数据输出到MATLAB命令窗口里，用变量保存起来，可用绘图命令绘制图形。

利用利用“ToWorkspace”模块，将数据传送到模块，将数据传送到MATLAB命令窗口并绘制正弦波形曲线。

命令窗口并绘制正弦波形曲线。

注意变量注意变量tout的特点的特点使用使用out1模块将仿真输出信息返回到模块将仿真输出信息返回到MATLAB命令窗口中命令窗口中例：

将正弦信号使用“out1”模块返回数据信息到MATLAB命令窗口中，并绘制正弦曲线。

可以将系统仿真结果信息输入到“out1”模块，该模块会将数据返回到MATLAB命令窗口中，并自动用一个名为“yout”的变量保存起来。

MATLAB也自动将每个时间数据存入MATLAB命令窗口，用“tout”变量保存。

注意变量注意变量tout和和yout的特点的特点5、Simulink仿真仿真参数的输入参数的输入IN1模块：

模块：

FromWorkspace模块：

四、四、Simulink仿真举例仿真举例例题1：

使用Simulink求解微分方程du/dt=cos（sint）,u（0）=1。

例题2：

使用Simulink产生一个5sin（2t）和sin（5t）叠加的信号，而且还叠加了功率谱0.5的限带宽白噪声。

例题3：

某单位负反馈控制系统开环传递函数G（s），用Simulink求它的阶跃输出响应，并将响应曲线导入工作空间，并在工作空间中绘制响应曲线。

五、五、MATLAB的的M文件文件MATLAB语言的程序可以用两种方式执行：

命令行方式（脚本M文件）和M文件方式。

M文件方式分为独立M文件（程序文件）和函数M文件（函数文件）。

1、命令行方式2、独立M文件3、函数M文件例题：

创建一个独立M文件创建一个函数M文件六、六、Simulink自定义功能模块的使用自定义功能模块的使用自定义功能模块的创建：

自定义功能模块的创建：

自定义功能模块的封装：

采用Subsystem功能模块。

采用CreatSubsystem功能。

创建一简单正弦波发生器。

第二讲：

控制系统数学模型的第二讲：

控制系统数学模型的MATLAB实现实现要对控制系统进行计算及仿真，必须先对控制系统建立数学模型，数学模型是控制系统仿真的基础。

主要内容：

控制系统数学模型的建立、控制控制系统数学模型的建立、控制系统数学模型的转换系统数学模型的转换一、一、LTI三类对象及其属性三类对象及其属性线性定常时不变（LTI）对象有三类：

tf对象、ZPK对象和SS对象，每类对象都有自己特有属性。

MATLAB提供了函数命令set（）来显示三类对象属性。

set（tf）；

）；

set（zpk）二、控制系统数学模型的种类及建立二、控制系统数学模型的种类及建立在MATLAB里，可用4种数学模型表示控制系统，即传递函数模型、零极点模型、状态空间模型及Simulink模型窗口的动态结构图。

其中，前三种是用数学表达式描述的，且都有连续系统和离散系统两类。

1、传递函数模型、传递函数模型用函数命令tf（）来建立控制系统的传递函数模型。

该函数为连续系统的传递函数模型该函数为离散系统的传递函数模型离散系统脉冲传递函数的表达式还有一种表示为z-1的形式（即DSP形式），可用函数命令filt（）。

函数调用格式为：

其中，可以用G.num1和G.den1指令求出传递函数分子与分母多项式系数向量。

用printsys（）来输出控制系统的传递函数。

2、零极点增益模型、零极点增益模型其中其中：

零极点模型建立的MATLAB函数3、状态空间模型、状态空间模型对于已知的系统状态空间模，其参数矩阵A、B、C、D可分别由sys.a、sys.b、sys.c、sys.d指令求出或者用ssdata（）函数。

状态空间模型建立的MATLAB函数：

4、第四种系统数学模型、第四种系统数学模型MATLAB中特有的一种数学模型就是Simulink模型窗口里的动态结构图。

只要在Simulink工作窗里，按其规则画出动态结构图，就是对系统建立了数学模型，再按规则将结构图的参量用实际系统的数据进行设置，就可直接对系统进行仿真了。

三、三种系统数学模型之间的转换三、三种系统数学模型之间的转换解决实际问题时，往往需要对自控系统的数学模型进行转换。

已知系统零极点增益模型G（s），求其等效的传递函数模型和状态空间模型。

四、环节方框图模型的化简四、环节方框图模型的化简1、串联连接C2（s）G1（s）G2（s）R1（s）R2（s）C1（s）可以用模型串联的函数series（）,格式如下：

也可以用程序直接求解：

举例举例:

已知双环调速系统电流环内前向通道三个模块的传递函数分别为G1（s）、G2（s）、G3（s），试求串联连接的等效传递函数及等效空间模型。

2、并联连接G1（s）G2（s）R（s）+C（s）C1（s）C2（s）可以用模型串联的函数parallel（）,格式如下：

已知两个子系统的传递函数分别为：

试求两系统并联连接的等效传递函数的num与den向量及等效空间模型。

3、反馈连接G（s）R（s）C（s）H（s）可以用两个函数fee