自动控制课程设计基于MATLAB软件的自动控制系统仿真.docx
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自动控制课程设计基于MATLAB软件的自动控制系统仿真.docx
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自动控制课程设计基于MATLAB软件的自动控制系统仿真
《自动控制原理》课程设计
说明书
专业名称:
电气自动化技术
班级:
111班
学号:
20110211006
姓名:
郑立君
指导教师:
姜贤林
日期:
2013.5.27-2013.6.7
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。
解:
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。
解:
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。
解:
G=tf(3.5,[1,2,3,2]);G_close=feedback(G,1);
[Gm,Pm,Wcg,Wcp]=margin(G)
step(G_close),gridon
运行结果:
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。
解:
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)
运行结果:
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,'r--',g0c,'b',w);gridon
[gm,pm,wcg,wcp]=margin(g0c)
运行结果:
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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- 关 键 词:
- 自动控制 课程设计 基于 MATLAB 软件 自动控制系统 仿真