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

1、精品文檔? 自動(dòng)控制原理 ?課程設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū)專(zhuān)業(yè)名稱： 電氣自動(dòng)化技術(shù) 班 級(jí)： 111班 學(xué) 號(hào)： 20210211006 姓 名： 鄭立君 指導(dǎo)教師： 姜賢林 日期： 2021.5.27-2021.6.7 歡迎下載精品文檔 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)生姓名鄭立君學(xué)號(hào)20210211006指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日辯論評(píng)語(yǔ)及成績(jī)辯論教師簽名： 年 月 日教研室意見(jiàn)總成績(jī)： 教研室主任簽名： 年 月 日歡迎下載精品文檔摘 要本次課程設(shè)計(jì)是用MATLAB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn), MATLAB 是一種用于數(shù)值計(jì)算、可視化及編程的高級(jí)

2、語(yǔ)言和交互式環(huán)境。使用 MATLAB，可以分 析數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)算法，創(chuàng)立模型和應(yīng)用程序。MATLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境是一套方便用戶使用的MATLAB函數(shù)和文件工具集，其中許多工具是圖形化用戶接口。它是一個(gè)集成的 用戶工作空間，允許用戶輸入輸出數(shù)據(jù)，并提供了M文件的集成編譯和調(diào)試環(huán)境，包括MATLAB桌面、命令窗口、M文件編輯調(diào)試器、MATLAB工作空間和在線幫助文檔關(guān)鍵詞： 仿真;模塊;Simulink;響應(yīng)MATLAB,目 錄1 課題描述12 仿真過(guò)程2 2.1 控制系統(tǒng)建模22.2 線性系統(tǒng)時(shí)域分析32.3 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

3、總結(jié)8參考文獻(xiàn)9歡迎下載精品文檔1 課題描述MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)立用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB系統(tǒng)由MATLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境、MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、MATLAB語(yǔ)言、MATLAB圖形處理系統(tǒng)和MATLAB應(yīng)用程序接口API五大局部構(gòu)成。用此軟件可以對(duì)信號(hào)和圖像、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量等進(jìn)行仿真，以解決抽象的問(wèn)題。用MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)建模、線性系統(tǒng)時(shí)域分析、線性系統(tǒng)根軌跡分析、線性系統(tǒng)頻域分析、線性系統(tǒng)校正、Simulink進(jìn)行仿真，在仿

4、真過(guò)程中對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的根本要求可以歸結(jié)為三個(gè)字：穩(wěn)、準(zhǔn)、快。穩(wěn)，既穩(wěn)定性，是反映系統(tǒng)在在受到擾動(dòng)后恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力，是對(duì)自動(dòng)控系統(tǒng)的最根本的要求，不穩(wěn)定的系統(tǒng)是不能使用的。準(zhǔn)，既準(zhǔn)確性，是指系統(tǒng)在平衡工作狀態(tài)下其輸出量與其期望值的距離，既被控量偏離其期望值的程度，反映了系統(tǒng)對(duì)其期望值的跟蹤能力?？?，既快速性，是指系統(tǒng)的瞬態(tài)過(guò)程既要平穩(wěn)，又要快速。用Simulink進(jìn)行校正的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求以時(shí)域指標(biāo)給出，所以本系統(tǒng)校正采用了根軌跡校正法。由于主導(dǎo)極點(diǎn)在原根軌跡的左側(cè)，因此選用的是根軌跡超前校正設(shè)計(jì)的幾何法。在使用MATLAB進(jìn)行了校正之后，又使用Simulink進(jìn)行了系統(tǒng)模型建立和仿真。通過(guò)

5、EDA工具Tina Pro進(jìn)行實(shí)際電路的搭建與運(yùn)行，證明校正方法在實(shí)際系統(tǒng)中是可行的和有效的。2 設(shè)計(jì)過(guò)程2.1 控制系統(tǒng)建模設(shè)某SISO系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G（s）=5（s+2）s（s2+2*s+2）試建立系統(tǒng)的ZPK模型。解：用s因子和數(shù)學(xué)運(yùn)算符建立TF模型。>> s=zpk('s');>> H=5*(s+2)/(s*(s2+2*s+10)Zero/pople/gain: 5 (s+2)-s (s2 + 2s + 10)2.2 線性系統(tǒng)時(shí)域分析二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G（s）=16s2+3*s+16當(dāng)系統(tǒng)的輸入信號(hào)是幅值為1，周期為8s的方波時(shí)，繪制系統(tǒng)的輸

6、出響應(yīng)曲線。解：運(yùn)行下面程序，可得到如圖響應(yīng)曲線。sys=tf(16,1,3,16);u,t=gensig('sqdahe',8,32,0.1);lsim(sys,u,t),grid on2.3 線性系統(tǒng)根軌跡分析負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G（s）=Ks*(s2+4*s+5)控制系統(tǒng)的根軌跡圖，并求使系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍和使系統(tǒng)無(wú)超調(diào)的K值范圍。解：sys=tf(1,1,4,5,0)rlocus(sys)x,y=ginput(3);p=x+i*yK=rlocfind(s,p)運(yùn)行結(jié)果：K=1.8918 2.0000 19.98992.4 線性系統(tǒng)頻域分析系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G（s

7、）=3.5s3+2*s2+3*s+2)求系統(tǒng)的幅值欲度和相角裕度，并求其閉環(huán)階躍響應(yīng)。解：G=tf(3.5,1,2,3,2);G_close=feedback(G,1);Gm,Pm,Wcg,Wcp=margin(G)step(G_close),grid on運(yùn)行結(jié)果：Gm =1.1433 Pm =7.1688 Wcg =1.7323 Wcp =1.65412.5 線性系統(tǒng)校正設(shè)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為G0（s）=400s（s2+30*s+200）設(shè)計(jì)要求： kv=10，=45°，e=14rad/s，試確定PD控制器的參數(shù)。解：用超前校正函數(shù)fa_lead，運(yùn)行如下程序。t=0:0.01:

8、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)運(yùn)行結(jié)果：Transfer function:0.2271 s + 1-0.03811 s + 1g0c=tf(g0*gc);b1=feedback(g0,1);b2=feedback(g0c,1);step(b1,'r-',b2,'b',t);grid onfigure,bode(g0,'r-',g0

9、c,'b',w);grid ongm,pm,wcg,wcp=margin(g0c)運(yùn)行結(jié)果：gm =3.1914，pm = 45.0001，wcg =27.7398，wcp =14.00003 Simulink仿真 單位負(fù)反應(yīng)二階系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)=10s2 +4.47s繪制單位階躍響應(yīng)的Simulink的結(jié)構(gòu)圖 總 結(jié)此次課程設(shè)計(jì)給了我一次實(shí)際操作鍛煉進(jìn)行仿真練習(xí)的時(shí)機(jī)，離開(kāi)了課堂嚴(yán)謹(jǐn)?shù)沫h(huán)境，我們感受到了獨(dú)立思考的氣氛。只憑著腦子的思考、捉摸是不能完成實(shí)際工作的，只有在擁有科學(xué)知識(shí)體系的同時(shí)，熟練掌握實(shí)際能力和不斷積累，才能把知識(shí)靈活、有效的運(yùn)用到實(shí)際工作中。這對(duì)于

10、我們仿真能力的提高有很大的幫助。在完成課程設(shè)計(jì)的這段時(shí)間，我們收獲了很多很多東西，在仿真過(guò)程中接受鍛煉，提高自己編程的能力，積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。作為一名大學(xué)生，時(shí)間和理論相結(jié)合顯得尤為重要，而仿真實(shí)訓(xùn)直接提供了這個(gè)橋梁，他讓我們吧從書(shū)本上學(xué)到的東西加以運(yùn)用，同時(shí)也讓我們學(xué)到了從書(shū)本上學(xué)不到的東西。身為大學(xué)生的我們經(jīng)歷了十幾年的理論學(xué)習(xí)，不止一次的被告知理論與時(shí)間是有差距的，但我們一直很少有時(shí)機(jī)來(lái)驗(yàn)證這句話的實(shí)際差距到底有多少。這次課程設(shè)計(jì)的仿真，做了很屢次都不成功，開(kāi)始著手與對(duì)編程的學(xué)習(xí)，遇到不會(huì)的就去問(wèn)老師和同學(xué)，在別人的幫助和提示下，我完成了課題的編程并將仿真圖仿真出來(lái)了，經(jīng)過(guò)這么多的學(xué)習(xí)，慢慢的完成了這次實(shí)訓(xùn)的課題。參考文