自动控制课程设计基于MATLAB软件的自动控制系统仿真文档格式.docx
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自动控制原理课程设计评阅书
题目
基于MATLAB软件的自动控制系统仿真
学生姓名
郑立君
学号
20110211006
指导教师评语及成绩
指导教师签名：
年月日
答辩评语及成绩
答辩教师签名：
年月日
教研室意见
总成绩：
教研室主任签名：
年月日
摘要
本次课程设计是用MATLAB进行仿真实验,MATLAB
是一种用于数值计算、可视化及编程的高级语言和交互式环境。
使用MATLAB，可以分析数据，开发算法，创建模型和应用程序。
MATLAB开发环境是一套方便用户使用的MATLAB函数和文件工具集，其中许多工具是图形化用户接口。
它是一个集成的用户工作空间，允许用户输入输出数据，并提供了M文件的集成编译和调试环境，包括MATLAB桌面、命令窗口、M文件编辑调试器、MATLAB工作空间和在线帮助文档
关键词：
仿真;
模块;
Simulink;
响应MATLAB,
1课题描述……………………………………………………………………1
2仿真过程……………………………………………………………………2
2.1控制系统建模………………………………………………………2
2.2线性系统时域分析…………………………………………………3
2.3线性系统根轨迹分析………………………………………………4
2.4线性系统频域分析…………………………………………………5
2.5线性系统校正………………………………………………………6
3Simulink仿真………………………………………………………………7
总结……………………………………………………………………………8
参考文献………………………………………………………………………9
1课题描述
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系统由MATLAB开发环境、MATLAB数学函数库、MATLAB语言、MATLAB图形处理系统和MATLAB应用程序接口（API）五大部分构成。
用此软件可以对信号和图像、通讯、控制系统设计、测试和测量等进行仿真，以解决抽象的问题。
用MATLAB对控制系统建模、线性系统时域分析、线性系统根轨迹分析、线性系统频域分析、线性系统校正、Simulink进行仿真，在仿真过程中对自动控制系统的基本要求可以归结为三个字：
稳、准、快。
稳，既稳定性，是反映系统在在受到扰动后恢复平衡状态的能力，是对自动控系统的最基本的要求，不稳定的系统是不能使用的。
准，既准确性，是指系统在平衡工作状态下其输出量与其期望值的距离，既被控量偏离其期望值的程度，反映了系统对其期望值的跟踪能力。
快，既快速性，是指系统的瞬态过程既要平稳，又要快速。
用Simulink进行校正的，系统设计要求以时域指标给出，所以本系统校正采用了根轨迹校正法。
由于主导极点在原根轨迹的左侧，因此选用的是根轨迹超前校正设计的几何法。
在使用MATLAB进行了校正之后，又使用Simulink进行了系统模型建立和仿真。
通过EDA工具TinaPro进行实际电路的搭建与运行，证明校正方法在实际系统中是可行的和有效的。
2设计过程
2.1控制系统建模
设某SISO系统的传递函数为
试建立系统的ZPK模型。
解：
用s因子和数学运算符建立TF模型。
>
s=zpk（'
s'
）;
H=5*（s+2）/（s*（s^2+2*s+10））
Zero/pople/gain:
5（s+2）
------------------
s（s^2+2s+10）
2.2线性系统时域分析
二阶系统的传递函数为
当系统的输入信号是幅值为1，周期为8s的方波时，绘制系统的输出响应曲线。
运行下面程序，可得到如图响应曲线。
sys=tf（[16],[1,3,16]）;
[u,t]=gensig（'
sqdahe'
8,32,0.1）;
lsim（sys,u,t）,gridon
2.3线性系统根轨迹分析
负反馈系统的开环传递函数为
控制系统的根轨迹图，并求使系统稳定的K值范围和使系统无超调的K值范围。
sys=tf（1,[1,4,5,0]）
rlocus（sys）
[x,y]=ginput（3）;
p=x+i*y
K=rlocfind（s,p）
运行结果：
K=1.89182.000019.9899
2.4线性系统频域分析
系统的开环传递函数为
求系统的幅值欲度和相角裕度，并求其闭环阶跃响应。
G=tf（3.5,[1,2,3,2]）;
G_close=feedback（G,1）;
[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin（G）
step（G_close）,gridon
Gm=1.1433Pm=7.1688Wcg=1.7323Wcp=1.6541
2.5线性系统校正
设被控对象的传递函数为
设计要求：
=10，
=45
，
=14rad/s，试确定PD控制器的参数。
用超前校正函数fa_lead，运行如下程序。
t=[0:
0.01:
2];
w=logspace（-1,2）;
KK=5;
Pm=45;
wc=14;
ng0=KK*[400];
dg0=[1,30,200,0];
g0=tf（ng0,dg0）;
[ngc,dgc]=fa_lead（ng0,dg0,Pm,wc,w）;
gc=tf（ngc,dgc）
Transferfunction:
0.2271s+1
-------------
0.03811s+1
g0c=tf（g0*gc）;
b1=feedback（g0,1）;
b2=feedback（g0c,1）;
step（b1,'
r--'
b2,'
b'
t）;
gridon
figure,bode（g0,'
g0c,'
w）;
[gm,pm,wcg,wcp]=margin（g0c）
gm=3.1914，pm=45.0001，wcg=27.7398，wcp=14.0000
3Simulink仿真
已知单位负反馈二阶系统的开环传递函数为
G（s）=
绘制单位阶跃响应的Simulink的结构图
总结
此次课程设计给了我一次实际操作锻炼进行仿真练习的机会，离开了课堂严谨的环境，我们感受到了独立思考的气氛。
只凭着脑子的思考、捉摸是不能完成实际工作的，只有在拥有科学知识体系的同时，熟练掌握实际能力和不断积累，才能把知识灵活、有效的运用到实际工作中。
这对于我们仿真能力的提高有很大的帮助。
在完成课程设计的这段时间，我们收获了很多很多东西，在仿真过程中接受锻炼，提高自己编程的能力，积累相关经验。
作为一名大学生，时间和理论相结合显得尤为重要，而仿真实训直接提供了这个桥梁，他让我们吧从书本上学到的东西加以运用，同时也让我们学到了从书本上学不到的东西。
身为大学生的我们经历了十几年的理论学习，不止一次的被告知理论与时间是有差距的，但我们一直很少有机会来验证这句话的实际差距到底有多少。
这次课程设计的仿真，做了很多次都不成功，开始着手与对编程的学习，遇到不会的就去问老师和同学，在别人的帮助和提示下，我完成了课题的编程并将仿真图仿真出来了，经过这么多的学习，慢慢的完成了这次实训的课题。
参考文献
[1]胡寿松，自动控制原理简明教程（第二版），科学出版社，2009
[2]赵广元，MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009
[3]郑阿奇，曹戈.MATLAB实用教程【M】.2版.北京：
电子工业出版社，2007
[4]陈怀琛，高淑萍，杨威.工程线性代数（MATLAB版）
【M】.北京：
电子工业出版社，2004
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