第四章 MATLAB与过程控制系统仿真
第四章 MATLAB与过程控制系统仿真.
MATLAB与系统仿真
例1 设副对象特性为 G2 (s) 1/(T02 s 1) ，主对象特性为
第四章 MATLAB与过程控制系统仿真
第一节 过程控制的基本概念
一、过程控制的发展状况：
第一阶段:(20世纪50年代以前) 对系统进行分析的基本方法为根轨迹法和频率法。 第二阶段:(20世纪60年代后) 自动控制的工具产生了直接数字控制DDC和监督计算机 控制SCC。 第三阶段:(20世纪70年代以后) 产生了集散控制系统DCS。 20世纪80年代以后，自动化的实现工具由DCS系统发展 到了现场总线控制系统FCS。
MATLAB与系统仿真
2．单闭环比值控制系统 单闭环比值控制系统是在开环比值控制系统上增加对副物 料的闭环控制回路，用以实现主、副物料的比值保持不变。
单闭环比值控制系统的四种工作情况： （1）当在系统处于稳定工作状态时，主、副物料流量的比值恒定。 （2）当主物料流量不变，副物料流量受到扰动变化时，可通过副流量的闭合回路调整副物料 流量使之恢复到原设定值，保证主、副物料流量比值一定。 （3）当主物料流量受到扰动变化，而副物料不变时，则按预先设置好的比值使比值器输出成 比例变化，即改变给定值，根据给定值的变化，发出控制命令，以改变调节阀的开度，使副 流量跟随主流量而变化，从而保证原设定的比值不变。 （4）当主、副物料流量同时受到扰动变化时，调节器在调整副物料流量使之维持原设定值的 同时，系统又根据主物料流量产生新的给定值，改变调节阀的开度，使主、副物料流量在新 的流量数值的基础上，保持原设定值的比值关系不变。 总之, 单闭环比值控制系统虽然能保持主、副物料流量比值不变，但是无法控制主物料 的流量不变，因此，对生产过程的生产能力没有进行控制。该控制系统能保证主、副物料的 流量比值不变，同时，系统结构简单，因此在工业生产过程自动化中应用较广。 MATLAB与系统仿真
控制系统MATLAB仿真与应用第4章
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
4.1 控制系统概述
4.1.2 控制方式 •根据控制系统有无反馈环节，系统的控制方式可分为开 环控制与闭环控制。 •由于控制方式的不同，自动控制系统可分为开环控制系 统和闭环控制系统。
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
4.2 常用数学模型及MATLAB描述
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
4.2 常用数学模型及MATLAB描述
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
4.2 常用数学模型及MATLAB描述
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
(s+5) (s+3) (s+2) (s+1)
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
4.2 常用数学模型及MATLAB描述
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
4.2 常用数学模型及MATLAB描述
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
4.2 常用数学模型及MATLAB描述
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
4.2 常用数学模型及MATLAB描述
机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS
4.2 常用数学模型及MATLAB描述
P= -5 -3 -2 -1
G= 3 (s+1.537) (s^2 + 5.462s + 15.33) ----------------------------------
应用MATLAB控制系统仿真
01
根据系统性能要求，设计比例、积分、微分控制器参数，优化
系统性能。
状态反馈控制器设计
02
通过状态反馈控制器设计，实现系统的最优控制。
鲁棒控制器设计
03
针对不确定性系统，设计鲁棒控制器，提高系统对参数变化的
适应性。
04
控制系统仿真的动态行为，通过建立和求解微 分方程来模拟系统的动态响应。
性能等。
05
Matlab控制系统仿真实 例
一阶系统仿真
总结词：简单模拟
详细描述：一阶系统是最简 单的控制系统，其动态行为 可以用一个一阶微分方程描 述。在Matlab中，可以使用 `tf`函数创建一个一阶传递函 数模型，然后使用`step`函 数进行仿真。
总结词：性能分析
详细描述：通过仿真，可以 观察一阶系统的响应曲线， 包括超调和调节时间等性能 指标。使用Matlab的绘图功 能，可以直观地展示系统的 动态行为。
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感谢您的观看
适用于模拟数字控制系统、采样控制系统等。
实时仿真
01
在实际硬件上实时模拟控制系统的动态行为，通过将
控制算法嵌入到实际控制系统中进行实时仿真。
02
使用Matlab中的`real-time workshop`等工具箱进
行建模和仿真，可以方便地实现实时仿真。
03
适用于模拟实际控制系统、验证控制算法的正确性和
实时仿真
Matlab支持实时仿真，可以在实 际硬件上运行控制算法，进行系 统测试。
02
控制系统数学模型
线性时不变系统
线性时不变系统（LTI）是指系统的输出与输入之间的关系 可以用线性常数来描述的系统。在控制系统中，LTI系统是 最常见的系统类型之一。
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告一、实验目的本实验旨在通过MATLAB软件进行控制系统的仿真，并通过仿真结果分析控制系统的性能。
二、实验器材1.计算机2.MATLAB软件三、实验内容1.搭建控制系统模型在MATLAB软件中，通过使用控制系统工具箱，我们可以搭建不同类型的控制系统模型。
本实验中我们选择了一个简单的比例控制系统模型。
2.设定输入信号我们需要为控制系统提供输入信号进行仿真。
在MATLAB中，我们可以使用信号工具箱来产生不同类型的信号。
本实验中，我们选择了一个阶跃信号作为输入信号。
3.运行仿真通过设置模型参数、输入信号以及仿真时间等相关参数后，我们可以运行仿真。
MATLAB会根据系统模型和输入信号产生输出信号，并显示在仿真界面上。
4.分析控制系统性能根据仿真结果，我们可以对控制系统的性能进行分析。
常见的性能指标包括系统的稳态误差、超调量、响应时间等。
四、实验步骤1. 打开MATLAB软件，并在命令窗口中输入“controlSystemDesigner”命令，打开控制系统工具箱。
2.在控制系统工具箱中选择比例控制器模型，并设置相应的增益参数。
3.在信号工具箱中选择阶跃信号，并设置相应的幅值和起始时间。
4.在仿真界面中设置仿真时间，并点击运行按钮，开始仿真。
5.根据仿真结果，分析控制系统的性能指标，并记录下相应的数值，并根据数值进行分析和讨论。
五、实验结果与分析根据运行仿真获得的结果，我们可以得到控制系统的输出信号曲线。
通过观察输出信号的稳态值、超调量、响应时间等性能指标，我们可以对控制系统的性能进行分析和评价。
六、实验总结通过本次实验，我们学习了如何使用MATLAB软件进行控制系统仿真，并提取控制系统的性能指标。
通过实验，我们可以更加直观地理解控制系统的工作原理，为控制系统设计和分析提供了重要的工具和思路。
七、实验心得通过本次实验，我深刻理解了控制系统仿真的重要性和必要性。
MATLAB软件提供了强大的仿真工具和功能，能够帮助我们更好地理解和分析控制系统的性能。
MATLAB与控制系统仿真
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传递函数描述
连续系统的传递函数模型
连续系统的传递函数如下：
G(s)
C(s) R(s)
b1s m a1s n
b2 s m1 a2 s n1
... bns ... ans
bm1 an1
（2）“%” 后面所有文字为注释. （3） “...”表示续行.
+ 加法运算，适用于两个数或两个同阶矩阵相加. — 减法运算 * 乘法运算 .* 点乘运算 / 除法运算 ./ 点除运算 ^ 乘幂运算 .^ 点乘幂运算 \ 反斜杠表示左除.
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3、数学函数
函数 sin(x) cos(x) tan(x) abs(x) min(x) sqrt(x) log(x) sign(x)
end 步长的缺省值是1。步长可以在正实数或负实数范围内任意指定，对 于正数，循环变量的值大于终止值时，循环结束；对于负数，循环变量的 值小于终止值时，循环结束。
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程序控制语句
while循环的基本格式为： while 表达式 循环体 end
若表达式为真，则执行循环体的内容，执行后再判断表达式是否为真，若 为假则跳出循环体，向下继续执行，否则继续执行循环体。 • break：从循环体中跳出，并使循环结束
• Gzpk=zpk(Gtf) • [zz,pp,kk]=zp kdata(Gzpk ,’v’) • %获得G(s)的零点、极点和增益
• ZPK形式变换为TF形式
• Svv=tf(Sxx) • [nn,dd]=tfdata(Svv,’v’) • %获得分子分母多项式系数
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MATLAB与过程控制系统仿真
3.1.2 系统特点
前馈控制系统主要特点如下： （1）属于开环控制
只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定。但若系统中有一个 环节不稳定，或局部不稳定，系统就不稳定。另外，系统的控制精度取决于 构成控制系统的每一部分的精度，所以对系统各环节精度要求较高。
（2）很强的补偿局限性 前馈控制实际是利用同一干扰源经过干扰通道和前馈通道对系统的作用
Simout模块的设置：
MATLAB与系统仿真
输出曲线
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2.2.2 双闭环比值控制系统 双闭环比值控制系统的特点是在保持比值控制的前提下，
主动量和从动量两个流量均构成闭环回路，这样克服了自身流 量的干扰，使主、从流量都比较平稳，并使得工艺总负荷比较 稳定。
MATLAB与系统仿真
对于跟随主动量变化控制给定值的从动量随动控制系统， 期望系统响应快些，一般整定为非周期过程。选择PI控制方式。
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例2 假设系统从动量传递函数为
G(s) 3 e5t 15s 1
设计该从动对象的单闭环比值控制系统。
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单闭环比值控制过程相当于从动量随主动量变化的随机控 制过程。假设主动量由一常值10加幅值为0.3的随机扰动构成， 从动量受一个随机干扰。主动量和从动量的比值假定为3。 （Kp=0.3,Ki=0.02）
运算的控制器 3.设定水位的定值器(可能包括在控制器内) 4.执行控制命令的执行器 5.调节给水量的控制阀 这些装置和被控对象锅炉本身组成了一个控制系统。
MATLAB与系统仿真
过程控制系统原理框图
MATLAB与系统仿真
三、生产对过程控制的要求和指标
1、生产对过程控制的要求 1.安全性 2.经济性 3.稳定性
Matlab技术控制系统设计与仿真
Matlab技术控制系统设计与仿真一、引言在现代科技领域中，控制系统是一个至关重要的概念。
在各种领域，如机械工程、电子工程、化工工程等，控制系统的设计和仿真是实现目标的关键。
而Matlab作为一种功能强大的数值计算软件，被广泛应用于控制系统设计和仿真。
本文将探讨Matlab技术在控制系统设计和仿真中的应用。
二、Matlab基础知识在开始探讨Matlab技术在控制系统设计和仿真中的应用之前，有必要先了解一些Matlab的基础知识。
Matlab是由MathWorks公司开发的一款用于数值计算和科学绘图的软件。
它提供了丰富的函数库和工具箱，能够满足各种数学和工程领域的需求。
Matlab的核心功能包括数值计算、数据分析、图形绘制和算法开发等。
通过Matlab，用户可以进行复杂的矩阵运算、符号计算、非线性优化和差分方程求解等操作。
此外，Matlab还具有强大的数据分析功能，能够进行统计分析、数据可视化和模型拟合等操作。
三、控制系统设计控制系统设计是指通过控制器和执行器对系统进行控制的过程。
Matlab提供了一系列用于控制系统设计的工具箱，如Control System Toolbox和Simulink等。
Control System Toolbox是Matlab中用于控制系统分析和设计的工具箱。
它包含了各种用于系统建模、控制器设计和仿真的函数和工具。
例如，用户可以使用Transfer Function对象来描述系统的传输函数，并使用该对象进行稳定性分析和控制器设计。
此外，Control System Toolbox还提供了多种控制器设计方法，如根轨迹法、频域法和状态空间法等，可以满足不同系统的设计需求。
Simulink是Matlab中的一个仿真工具，用于建立动态系统的模型和仿真。
通过Simulink，用户可以使用图形界面建立系统的模型，并使用各种模块来描述系统的构成和行为。
Simulink提供了广泛的预定义模块，包括传感器、执行器、控制器等。
matlab控制系统仿真设计
matlab控制系统仿真设计Matlab控制系统仿真设计控制系统是现代工业领域中的关键技术之一，用于实现对系统行为的预测和调节。
在控制系统设计中，仿真是一个重要的工具，可以帮助工程师和研究人员理解和评估系统的性能。
在本文中，我们将以Matlab的控制系统仿真设计为主题，介绍控制系统仿真的基本概念、方法和工具。
一、控制系统仿真基础1.1 什么是控制系统仿真？控制系统仿真是指通过计算机模拟系统的动态行为来评估和验证控制策略的一种方法。
仿真可以帮助工程师在构建实际系统之前，通过计算机模型对系统的运行过程进行预测和分析。
1.2 为什么要进行控制系统仿真？控制系统仿真可以帮助工程师在实际系统建造之前对系统进行评估和优化。
它可以提供系统的动态响应、稳定性、鲁棒性等信息，帮助工程师优化控制策略和设计参数。
此外，仿真还可以帮助工程师调试和验证控制算法，减少实际系统建造和测试的成本和风险。
1.3 Matlab在控制系统仿真中的作用Matlab是一款功能强大的科学计算软件，也是控制系统仿真的重要工具之一。
Matlab提供了丰富的控制系统设计和分析工具箱，使得控制系统仿真变得更加简单和高效。
二、Matlab控制系统仿真设计的步骤2.1 确定系统模型在进行控制系统仿真设计之前，首先需要确定系统的数学模型。
系统模型可以通过物理原理、实验数据或系统辨识方法得到。
在Matlab中，可以使用符号计算工具箱或数值计算工具箱来建立系统的数学模型。
2.2 设计控制器根据系统模型和性能要求，设计合适的控制器。
常用的控制器设计方法包括PID控制、根轨迹设计、频率响应设计等。
在Matlab中，可以使用Control System Toolbox来设计控制器，并进行性能分析和优化。
2.3 仿真系统响应利用Matlab的仿真工具，对系统进行动态仿真，观察系统的响应。
仿真可以根据预先设定的输入信号和初始条件，计算系统的状态和输出变量随时间的变化。
第四章MATLAB与过程控制系统仿真
第四章MATLAB与过程控制系统仿真4.1MATLAB在过程控制系统仿真中的作用过程控制系统是指用于控制工艺过程的一种自动化系统，其目标是保持工艺过程的稳定性和优化工艺过程的运行。
在过程控制系统的设计和优化中，仿真是一种重要的工具。
MATLAB作为一种强大的技术计算工具，可以在过程控制系统的仿真中发挥重要的作用。
首先，MATLAB提供了丰富的数学建模和仿真工具，可以对过程控制系统进行系统的建模和仿真分析。
MATLAB提供了各种数学函数和工具箱，可以帮助工程师对过程控制系统进行数学建模，并通过仿真分析系统的动态行为。
通过MATLAB可以方便地进行过程控制系统的建模和仿真分析，分析系统的动态行为，评估系统的性能。
其次，MATLAB还提供了强大的数值计算和优化工具，可以对过程控制系统进行性能优化。
通过MATLAB可以进行系统的参数优化和控制策略优化，以提高系统的稳定性和性能。
MATLAB提供了各种优化函数和工具箱，可以帮助工程师对过程控制系统进行性能优化，实现最优的控制策略。
此外，MATLAB还提供了图形界面开发工具，可以快速开发面向过程控制系统的仿真界面。
MATLAB提供了丰富的图形绘制函数和交互界面设计工具，可以方便地开发出直观、友好的过程控制系统仿真界面，方便工程师进行系统的操作和分析。
总之，MATLAB在过程控制系统仿真中具有重要的作用。
它通过提供数学建模和仿真工具、数值计算和优化工具以及图形界面开发工具，帮助工程师进行系统的建模、仿真分析和性能优化。
MATLAB的使用可以提高过程控制系统的设计效率和优化效果，为工程师提供了强大的工具和方法。
4.2MATLAB在过程控制系统仿真中的具体应用在过程控制系统的仿真中，MATLAB可以应用于多个方面，包括系统建模、参数优化、控制策略设计以及系统性能评估等。
首先，MATLAB可以用于过程控制系统的建模。
MATLAB提供了丰富的数学函数和工具箱，可以帮助工程师对过程控制系统进行数学建模。
如何使用Matlab进行控制系统仿真
如何使用Matlab进行控制系统仿真概述控制系统在工程领域中扮演着重要角色，它用于控制和管理各种工程过程和设备。
而控制系统仿真则是设计、开发和测试控制系统的关键环节之一。
Matlab作为一种功能强大的工程计算软件，提供了丰富的工具和功能，可以帮助工程师进行控制系统仿真。
本文将简要介绍如何使用Matlab进行控制系统仿真，以及一些实用的技巧和建议。
1. Matlab的基础知识在开始控制系统仿真之前，有一些Matlab的基础知识是必要的。
首先，了解Matlab的基本语法和命令，熟悉Matlab的工作环境和编辑器。
其次，学会使用Matlab的集成开发环境（IDE）进行编程和数学建模。
熟悉Matlab的常用函数和工具箱，并了解如何在Matlab中导入和导出数据。
2. 定义系统模型在进行控制系统仿真之前，需要定义系统的数学模型。
根据具体情况选择合适的建模方法，如传递函数、状态空间或差分方程等。
在Matlab中，可以使用tf、ss 或zpk等函数来创建系统模型，并指定系统的参数和输入信号。
此外，Matlab还提供了Simulink这一强大的图形化建模环境，方便用户以图形化界面设计系统模型。
3. 设计控制器控制系统仿真的关键是设计合适的控制器，以实现所需的控制目标。
Matlab提供了各种控制器设计方法和工具，如PID控制器、根轨迹法、频域方法等。
用户可以使用Matlab的Control System Toolbox来设计和分析控制器，并在仿真中进行验证。
此外，Matlab还支持自适应控制和模糊控制等高级控制方法，可根据具体需求选择合适的方法。
4. 进行仿真实验在完成系统模型和控制器设计后，可以开始进行控制系统仿真实验。
首先，确定仿真实验的输入信号，如阶跃信号、正弦信号或随机信号等。
然后，使用Matlab中的sim函数将输入信号应用到系统模型中，并观察系统的输出响应。
通过调整控制器参数或设计不同的控制器，分析系统的性能和稳定性，并优化控制器的设计。
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告实验报告：MATLAB与控制系统仿真引言在现代控制工程领域中，仿真是一种重要的评估和调试工具。
通过仿真技术，可以更加准确地分析和预测控制系统的行为和性能，从而优化系统设计和改进控制策略。
MATLAB是一种强大的数值计算软件，广泛应用于控制系统仿真。
实验目的本实验旨在掌握MATLAB在控制系统仿真中的应用，通过实践了解控制系统的建模与仿真方法，并分析系统的稳定性和性能指标。
实验内容1.建立系统模型首先，根据控制系统的实际情况，建立系统的数学模型。
通常，控制系统可以利用线性方程或差分方程进行建模。
本次实验以一个二阶控制系统为例，其传递函数为：G(s) = K / [s^2 + 2ζω_ns + ω_n^2]，其中，K表示放大比例，ζ表示阻尼比，ω_n表示自然频率。
2.进行系统仿真利用MATLAB软件，通过编写代码实现控制系统的仿真。
可以利用MATLAB提供的函数来定义传递函数，并通过调整参数来模拟不同的系统行为。
例如，可以利用step函数绘制控制系统的阶跃响应图像，或利用impulse函数绘制脉冲响应图像。
3.分析系统的稳定性与性能在仿真过程中，可以通过调整控制系统的参数来分析系统的稳定性和性能。
例如，可以改变放大比例K来观察系统的超调量和调整时间的变化。
通过观察控制系统的响应曲线，可以判断系统的稳定性，并计算出性能指标，如超调量、调整时间和稳态误差等。
实验结果与分析通过MATLAB的仿真，我们得到了控制系统的阶跃响应图像和脉冲响应图像。
通过观察阶跃响应曲线，我们可以得到控制系统的超调量和调整时间。
通过改变放大比例K的值，我们可以观察到超调量的变化趋势。
同时，通过观察脉冲响应曲线，我们还可以得到控制系统的稳态误差，并判断系统的稳定性。
根据实验结果分析，我们可以得出以下结论：1.控制系统的超调量随着放大比例K的增大而增大，但当K超过一定值后，超调量开始减小。
2.控制系统的调整时间随着放大比例K的增大而减小，即系统的响应速度加快。
如何在MATLAB中进行控制系统的建模与仿真
如何在MATLAB中进行控制系统的建模与仿真在现代工程领域中，控制系统的建模与仿真是必不可少的一项技术。
MATLAB 作为一种强大的科学计算软件，并提供了丰富的工具箱，可以帮助工程师们快速而准确地进行控制系统的建模和仿真。
本文将介绍如何在MATLAB中进行控制系统的建模与仿真的一般步骤和注意事项。
一、引言控制系统是一种以实现某种特定目标为目的对系统进行调节和控制的技术，在现代工程中得到了广泛的应用。
控制系统的建模与仿真是控制系统设计的重要环节，通过建立系统的数学模型，可以对系统的性能进行有效地评估和分析，从而为系统的设计和优化提供指导。
二、MATLAB中的控制系统建模工具箱MATLAB提供了专门的控制系统工具箱，包括线性和非线性系统建模、控制器设计与分析等功能。
其中，Simulink是MATLAB中最重要的控制系统建模工具之一，它可以方便地用来搭建控制系统的框架，并进行仿真与分析。
三、建立控制系统数学模型在进行控制系统的建模之前，需要先确定系统的类型和工作原理。
常见的控制系统包括开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统中，控制器的输出不受被控对象的反馈作用影响；闭环控制系统中，控制器的输出受到被控对象的反馈作用影响。
在MATLAB中，可以通过使用Transfer Function对象或State Space对象来表示控制系统的数学模型。
Transfer Function对象用于线性时不变系统的建模，可以通过给定系统的分子多项式和分母多项式来定义一个传递函数；State Space对象则适用于非线性时变系统的建模，可以通过状态空间方程来定义系统。
四、利用Simulink搭建控制系统框架Simulink是一种基于图形化编程的建模仿真工具，在MATLAB中可以方便地使用它来搭建控制系统的框架。
通过简单地拖拽、连接不同的模块，可以构建出一个完整的控制系统模型。
首先，打开Simulink，选择相应的控制系统模板或从头开始设计自己的模型。
《MATLAB与控制系统。。仿真》实验报告
《MATLAB与控制系统。
仿真》实验报告《MATLAB与控制系统仿真》实验报告班级：学号：姓名：时间： 2021 年 6 月目录实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算（一）实验二 MATLAB环境的熟悉与基本运算（二）实验三 MATLAB语言的程序设计实验四 MATLAB的图形绘制实验五基于SIMULINK的系统仿真实验六控制系统的频域与时域分析实验七控制系统PID校正器设计法实验八线性方程组求解及函数求极值1实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算（一）一、实验目的1．熟悉MATLAB开发环境2．掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算二、实验基本原理1.熟悉MATLAB环境:MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件和搜索路径浏览器。
2.掌握MATLAB常用命令表1 MATLAB常用命令clc clear help lookfor 清除命令窗口中内容清除工作空间中变量对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称 3.MATLAB变量与运算符3．1变量命名规则3．2 MATLAB的各种常用运算符表2 MATLAB算术运算符操作符 + - * .* ^ .^ 功能说明加减矩阵乘数组乘矩阵乘方数组乘方操作符 \\ .\\ / ./ ' .' 功能说明矩阵左除数组左除矩阵右除数组右除矩阵转置数组转置表3 MATLAB关系运算符操作符 == ~= > < >= <= 功能说明等于不等于大于小于大于等于小于等于表4 MATLAB逻辑运算符逻辑运算符 & 2逻辑运算 And 说明逻辑与 | ~ Or Not Xor 逻辑或逻辑非逻辑异或表5 MATLAB特殊运算符号功能说明示例符号功能说明示例：；，（）[] {} 1:1:4;1:2:11 分隔行分隔列 % 构成向量、矩阵构成单元数组. .. … ！ = 注释调用操作系统命令用于赋值4.MATLAB的一维、二维数组的寻访表6 子数组访问与赋值常用的相关指令格式三、主要仪器设备及耗材计算机四．实验程序及结果1、新建一个文件夹（自己的名字命名，在机器的最后一个盘符）2、启动MATLAB，将该文件夹添加到MATLAB路径管理器中。
MATLAB控制系统的仿真
零—极点增益模型
创建函数形式： z=[-Z(1),-Z(2),…,-Z(n)]; p=[-P(1),…,-P(n)]; k=K; sys= zpk (z,p,k)
使用zpk时要注意： 先要将传递函数转换 成首一标准型（即 ppt中的形式,s的系 数为1）
16
Matlab与系统仿真
例4.1.2
>> z=-1; >> p=[-1 -2]; >> k=1; >> zpk(z,p,k) Zero/pole/gain: (s+1) ----------(s+1) (s+2)
21
是否可以是 已经建立的 系统模型？ 输入个数
Matlab与系统仿真来自例4.1.4>> >> >> >> >> a=[-4,-6,-8;1,0,0;0,1,0]; b=[1;0;0]; c=[0,1,2]; d=[0]; sys=ss(a,b,c,d)
>> [num,den]=ss2tf(sys)
s=feedback(sb2,s4,-1)
Matlab与系统仿真 34
Zero/pole/gain:
2500 (s+5) -----------------------------------------(s+99.67) (s+2.013) (s^2 + 3.315s + 62.3)
Matlab与系统仿真
29
（二）模型的简单组合
• (1) 串联
Gs(s) G1(s)G2(s)
G1(s)
G2(s)
【nums,dens】=series(num1,den1,num2,den2)
matlab控制系统仿真与应用 第四章
》[z,p,k]=ss2zp(A,B,C,D,iu)
》z= -4.5616 p= -1
k=1
-0.4384
-1
2）已知一个单输入三输出系统的传递函数模型为：
》num=[0 0 -2;0 -1 -5;1 2 0];den=[1 6 11 6];
》[A,B,C,D]=tf2ss(num,den)
》A= -6 -11 -6 B= 1 C= 0 0 -2 D= 0
[num,den]=zp2tf(z,p,k)可将以z,p,k表示的零极点增益形式变换 成传递函数形式。 参见：ss2tf,ss2zp,tf2ss,tf2zp,zp2ss
用法举例： 1）已知系统状态空间模型为：
》A=[0 1; -1 -2]; B=[0;1]; 》C=[1,3]; D=[1]; 》[num,den]=ss2tf(A,B,C,D,iu) ％iu用来指定第n个输入，当只有一个输入时可忽略。 》num=1 5 2; den=1 2 1;
三、部分分式展开
• 控制系统常用到并联系统，这时就要对系统函数进 行分解，使其表现为一些基本控制单元的和的形式。
• 函数[r,p,k]=residue(b,a)对两个多项式的比进行部分 展开，以及把传函分解为微分单元的形式。
• 向量b和a是按s的降幂排列的多项式系数。部分分式 展开后，余数返回到向量r，极点返回到列向量p，常 数项返回到k。
• 通过拉氏变换和反变换，可以得到线性定常系统的解 析解，这种方法通常只适用于常系数的线性微分方程， 解析解是精确的，然而通常寻找解析解是困难的。 MATLAB提供了ode23、ode45等微分方程的数值解法 函数，不仅适用于线性定常系统，也适用于非线性及 时变系统。
例exp3_1.m
《MATLAB Simulink与控制系统仿真(第3版)》的课件 第4章 控制系统数学模型
4.5.5 Simulink中的控制系统模型表示
4.5.6 Simulink中模型与状态空间 模型的转化
Simulink 提供了以状态空间形式线性化模型的函数命令：linmod 和dlinmod，这两个命令需要提供模型线性化时的操作点，它们返 回的是围绕操作点处系统线性化的状态空间模型。linmod 命令执 行的是连续系统模型的线性化，linmod2 命令也是获取线性模型， 采用高级方法，而dlinmod命令执行的是离散系统模型的线性化。
4.2 动微分方程一般可采用以下 步骤： （1）将系统划分为多个环节，确定各环节的输入及输出信 号，每个环节可考虑写一个方程； （2）根据物理定律或通过实验等方法得出物理规律，列出 各环节的原始方程式，并考虑适当简化、线性化； （3）将各环节方程式联立，消去中间变量，最后得出只含 有输入变量、输出变量以及参量的系统方程式。
4.5.4 建立状态空间模型相关的函数
1．建立状态空间模型的函数ss () MATLAB提供了建立状态空间模型的函数ss ()，其常见的调用格 式如下： sys=ss(A,B,C,D) 其中，(A, B, C, D)为系统状态空间的矩阵组表示，sys是建立的 状态空间模型。 2．提取模型中状态空间矩阵的函数ssdata () 对于已经建立的状态空间模型，MATLAB提供了函数ssdata()， 可以从模型中提取出模型的状态空间矩阵，其常见的调用格式 如下： [A,B,C,D ] =ssdata(sys) 其中，sys是建立的状态空间模型，[A, B, C, D]为系统状态空间 的矩阵。
4.7 非线性数学模型的线性化
线性化过程用数学方法来处理就是将一个非线性函数 ，在其工作 点( , )处展开成泰勒级数，然后忽略其二次以上的高阶项得到线 性化方程，并以此代替原来的非线性函数。因为忽略了泰勒级 数展开中的高阶项，所以这些被忽略的项必须很小，即变量只 能对工作状态有微小的偏离
MATLAB与过程控制系统仿真
MATLAB与过程控制系统仿真MATLAB是一种非常强大的科学计算软件，它不仅可以用于数学计算和数据分析，还可以用于过程控制系统的仿真。
过程控制系统是指控制工业过程中的物理或化学变化的系统，如化工、电力、制造等领域的控制系统。
在这些系统中，MATLAB可以用于建立模型、仿真系统的动态响应，并进行控制器设计和性能评估。
首先，MATLAB可以用于建立过程控制系统的模型。
模型是对真实系统行为的数学描述，可以用于预测系统的响应和优化控制器设计。
MATLAB提供了丰富的工具，如符号计算、系统建模工具箱和Simulink，可以帮助用户方便地建立和修改模型。
通过建立准确的过程模型，可以更好地理解系统行为，优化控制器，提高系统的稳定性和性能。
其次，MATLAB可以用于系统仿真。
在系统建模之后，可以使用MATLAB对系统进行仿真，以获得系统在不同条件下的动态响应。
MATLAB提供了一系列的仿真工具和函数，如ode45、lsim等，可以用于求解微分方程和差分方程，模拟系统的时间响应。
仿真可以帮助研究人员观察系统的动态特性，如过渡过程、稳态误差等，并优化控制器的设计。
另外，MATLAB还可以用于控制器的设计和性能评估。
MATLAB提供了多种控制器设计方法和工具，如PID控制器、频域设计工具箱和最优控制工具箱等。
可以根据系统的需求，使用这些工具进行控制器的设计和调整，并评估控制器的性能。
MATLAB还可以进行系统的稳定性分析和频域性能分析，以帮助用户理解和优化控制器。
最后，MATLAB还可以用于实时仿真和硬件连接。
Simulink是MATLAB的一个附加工具箱，可以帮助用户进行系统级仿真和硬件连接。
Simulink提供了丰富的模块和工具，可以用于建立系统级模型，进行实时仿真和与硬件连接。
这对于过程控制系统来说非常重要，因为可以通过实时仿真和硬件连接来验证系统的控制策略，并进行实时调整和优化。
总结起来，MATLAB在过程控制系统仿真方面具有很大的优势。
Matlab与控制系统仿真课程教学大纲
Matlab与控制系统仿真课程教学大纲（总学时数：32，学分数：2）一、课程设计的性质、任务和目的本课程是车辆工程专业选修课程。
通过本课程的学习，使学生初步掌握MATLAB语言的基本知识，结合所学《控制工程基础》课程，学会运用MATLAB语言进行控制系统仿真和辅助设计的基本技能，为今后从事科学研究打下较好的基础。
二、课程设计的内容和基本要求第一章计算机仿真和辅助设计概述了解控制系统计算机仿真和辅助设计的必要性、可能性以及计算机仿真与辅助设计的基本思路、基本方法和发展现状。
第二章MATLAB语言基础第一节使用MATLAB的窗口环境1．MATLAB语言特点2．MATLAB命令窗口掌握语句的输入、语句的显示与否、多行命令、方向键的使用、分页命令。
3．变量和数据显示格式掌握变量的命名方法、数据显示格式的控制命令format、一些特殊的变量。
4．常见的数学运算符及基本的数学函数+、-、*、/、\abs,sin,cos,asin,acos,tan,atan,sqrt,exp,imag,real,sign,log,log10,conj5．MATLAB工作空间掌握who, whos, clear, save, load, quit, exit等命令的使用了解workspace浏览器6．文件管理掌握常用文件管理命令what, delete, dir, type, cd, which掌握MATLAB工作路径的设置7．使用帮助学会用下列帮助和演示命令自学MATLAB语言：help matfun ：矩阵函数－数值线性代数help general：通用命令help graphics：通用图形函数help elfun：基本的数学函数help elmat：基本矩阵和矩阵操作help datafun：数据分析和傅立叶变换函数help ops：操作符和特殊字符help polyfun：多项式和内插函数help lang：语言结构和调试help strfun：字符串函数help control：控制系统工具箱函数helpwin：帮助窗口helpdesk：帮助桌面，浏览器模式lookfor命令：返回包含指定关键词的那些项demo：打开示例窗口第二节MATLAB矩阵运算及多项式处理1．矩阵的输入掌握在命令窗口中用键盘输入掌握用语句生成矩阵：[from:step:to]；linspace；logspace掌握一些常用特殊矩阵生成：eye(m,n)；zeros(m,n)；ones(m,n)；diag(V)；随机矩阵rand() 2．矩阵的运算掌握矩阵的转置、四则运算、逆矩阵与行列式运算：inv()，det()；矩阵乘方^，.^矩阵的大小：[m,n]=size(A,x)；length(A)=max(size(A))；矩阵求秩：rank（A）了解矩阵超越函数3．矩阵操作矩阵的下标：定位矩阵元素A(m,n)，A(:,n)，A(m,:)，A(m1:m2,n1:n2)，A(:)矩阵的翻转4．多项式处理多项式的建立与表示方法：用降幂系数的行向量来表示；roots求解多项式等于零的根；poly根据多项式等于零的根求解多项式。
过程控制系统的MATLAB仿真
第一套资料：《过程控制系统的MATLAB仿真》出版社最新出版图书第二套资料：《各种MATLAB仿真全套资料汇编》光盘，包含以下目录所对应内容，几乎涵盖了所有这方面的内容，全部汇总在一起；图书介绍目录如下：前言第1章过程控制系统及仿真概述1.1过程控制的任务与目标1.2过程控制系统的组成与特点1.3过程控制系统的分类1.3.1一般分类1.3.2按设定值形式分类1.3.3按系统的结构特点分类1.4过程控制系统的性能指标1.4.1时域控制性能指标1.4.2综合控制性能指标1.5过程控制系统的MA TLAB计算与仿真1.5.1控制系统计算机仿真1.5.2控制系统的MATLAB计算与仿真第2章控制系统MA丁LAB仿真基础2.1MA TLAB系统概述2.1.1MA TLAB简介2.1.2MA TLAB集成环境的组成2.1.3MA TLAB编程基础2.2MATLAB数值计算功能2.2.1MA TLAB数据类型2.2.2矩阵及其运算2.3MATuB图形功能2.3.1二维图形的绘制2.3.2三维图形的绘制2.4程序设计2.4.1M文件2.4.2流程控制语句2.5Simulink仿真基础2.5.1Simulink的基本操作2.5.2系统仿真及参数设置2.5.3Simulink仿真分析第3章PID控制器3.1概述3.2比例调节器3.2.1比例调节和比例带3.2.2比例调节的特点3.3积分调节器3.3.1积分调节器概述3.3.2积分调节器的特点3.3.3积分速度对控制系统的影响3.4比例积分调节器3.4.1比例积分调节3.4.2比例积分调节器的特点3.4.3比例积分调节器对系统过渡过程的影响3.4.4积分饱和及防止3.5比例微分调节器3.5.1比例微分控制算法3.5.2比例微分调节器的特点3.6比例积分微分调节器3.6.1比例积分微分调节器的表达式3.6.2PID调节器的频率响应特性3.6.3PID调节器的阶跃响应3.7数字式PID调节器3.7.1数字式PID控制算法的形式3.7.2数字式PID控制算法的特点3.8改进的PID控制算法3.8.1积分分离PID控制算法3.8.2抗积分饱和PID控制算法3.8.3梯形积分PID控制算法3.8.4变速积分PID控制算法3.8.5微分先行PID控制算法3.8.6比例先行I-PD控制算法3.8.7带有死区的PID调节器3.9PID调节器参数的工程整定3.9.1PID调节器参数整定的原则3.9.2PID调节器工程整定法的特点3.9.3PID调节器参数的工程整定第4章简单过程控制系统及MATLAB计算与仿真4.1简单过程控制系统的组成4.2简单过程控制系统的设计4.2.1被控对象的动态特性4.2.2被控变量的选择4.2.3操纵变量的选择4.2.4检测变送环节4.2.5执行器（调节阀）的选择4.3简单过程控制系统的MA TLAB计算与仿真第5章串级控制系统及MATLAB计算与仿真第6章特殊控制系统的MATLAB计算与仿真第7章补偿控制系统及MATLAB计算与仿真第8章解耦控制系统及MATLAB计算与仿真第9章典型过程控制系统参考文献光盘内容介绍目录如下：1一种现场总线控制装置及工业过程控制系统2一种塑料排水板过程质量自动控制系统的自动监控装置3用于过程控制系统中使用的集成总线控制器和电源设备4用于动态显示与过程控制系统相关联的数据的方法和装置5用于将现场设备通信连接到过程控制系统中的控制器的设备及方法6用于将现场设备通信连接到过程控制系统中的控制器的设备及方法7用于将现场设备通信连接到过程控制系统中的控制器的设备及方法8自适应无线过程控制系统和方法9非稳态分段进水深度脱氮除磷过程控制系统及控制方法10弹性织物热定型工艺优化设计及过程控制的方法和系统11用于振动焊接过程的在线质量监测和控制的方法和系统12一种热轧过程控制网络系统13用于演进过程控制系统中的规范的软件构架14过程控制系统中的工作站15用于过程控制系统的动态超链接16用于过程控制系统的动态链接图形消息17用于控制安全关键的过程的控制系统18用于过程控制系统的图形察看侧边栏19倒车过程中的车辆紧急控制系统20设备生产过程控制管理信息系统21管理对过程控制系统的测试的方法和装置22调整过程控制系统中的控制回路时序的方法和装置23一种塑料排水板过程质量自动控制系统的控制留带装置24一种塑料排水板过程质量自动控制系统25一种用于啤酒糖化生产过程的控制系统26铜化学机械抛光的过程控制方法和系统27电熔镁生产过程余热回收利用设备的智能控制系统28为过程控制系统检验和操作员训练自动生成仿真的系统和方法29水泥粉磨过程优化控制系统30控制自动运行过程执行的方法、装置及系统31在无线和其他过程控制系统中的非周期控制通信32带有集成外部数据源的过程控制系统33一种大型及复杂结构施工过程安全监测与成套控制系统34远程控制过程中实现安全审计功能的方法及系统35黄酒前发酵过程温度控制系统36过程控制系统中用于分批处理判优的方法和系统37物料焙烧过程中烧透点的控制方法及控制系统38生物质能平衡过程控制系统39一种在通话过程中通话音量的控制方法、系统及移动终端40预测过程控制系统中的过程质量的方法和装置41监测电子束覆盖并提供先进过程控制的方法和系统42电子病历及基于其对医疗过程进行控制的系统和方法43在过程控制系统中隐藏视觉对象图的部分的方法和装置44一种双层优化的工业过程最优控制系统及方法45空分节能过程的比例积分控制系统及方法46化工过程预测控制系统经济目标优化自适应退避的选择方法47空分节能过程的非线性控制系统及方法48一种基于过程控制的环保型自动喷涂生产线及喷涂控制系统49一种自适应同步策略的工业过程最优控制系统及方法50一种自适应的工业过程最优控制系统及方法51一种香烟卷接包生产过程控制集成系统52油品生产过程中反应釜的自动控制系统53在过程控制系统中为操作员界面显示配置动画和事件54在过程控制系统中用户显示器的数字视频记录和重放55在过程控制系统中提供分布式设备仲裁的方法56用于监测、控制和管理用于实施有色金属的湿法冶金电解提取和电解精炼过程的设备的系统57一种热轧过程控制中间件系统58中小企业过程控制管理系统59钢铁企业高炉-转炉区段生产调度过程控制中的专家系统及控制方法60一种通话过程的省电控制方法、系统及移动终端61使用电子描述语言脚本配置过程控制系统的方法和装置62一种湿法气流床煤气化工艺过程的控制系统63过程控制系统中的在线自适应模型预测控制64保存并显示与异常状况关联的过程控制数据的系统65用于自动显示工业控制系统中的过程信息的系统和由计算机实施的方法66切削过程温度模糊控制系统67用于过程控制的方法和系统68一种远程过程调用控制方法、装置和系统69一种内部热耦合精馏过程的非线性预测控制系统及方法70一种根据电网负荷调整洗涤过程的洗衣机控制方法和系统71用于影响机动车的、在其运动过程中可控制或可调节的车辆车体的运动的方法和系统,以及一种车辆72用于连铸机轻压下过程控制系统的位移传感装置73利用煤中硫成分控制生活垃圾焚烧过程二恶英排放的系统74气动PID闭环过程控制系统75一种高效节能精馏过程的高纯控制系统及方法76用于处理压舱水的系统、过程和控制单元77周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法及控制系统78额定值法控制碳化硅冶炼炉系统生产过程的节电装置79一种磺化中和过程pH值控制系统80一种空分节能过程的高纯控制系统及方法81用于提供与来自过程控制系统的告警有关的统计的告警分析系统和方法82一种香烟卷接包生产过程控制集成系统83一种有效的控制变量参数化的工业过程动态优化系统及方法84一种空分节能过程的非线性预测控制系统及方法85基于模糊神经网络的赖氨酸发酵过程补料预测控制系统及方法86过程控制系统中的软件部署管理器整合87一种车载设备生产的过程控制系统及其实现方法88用于使过程控制系统中的控制技术可视化的装置和方法89使用带非线性过程模型的非线性△∑调节器的控制系统90过程控制系统中的通信配置分析91用于工业过程控制系统的无法兰压差变送器92用于轻型建筑材料混合物的生产控制过程的系统和方法和轻型砖的自动化生产系统93用于单晶硅生长过程控制的智能PID控制方法及其系统94分布式过程控制系统中的在线多元分析95一种加工过程控制系统及多层的动态跟踪控制方法96周期性变厚度带材轧制过程中张力的控制方法及控制系统97一种纸浆漂白先进过程控制系统98用于过程控制系统的基于开放网络的数据获取、集合和优化99具有与生产线机器控制器交换数据的能力的过程控制系统100过程控制系统中的瞬时区域的多元检测101过程控制系统的过程模型库的动态管理102用于过程控制系统中的智能控制和监控的方法和设备103在过程控制系统中用于绑定属性的方法及设备104用于过程控制系统中的有保证批量事件交付的设备和方法105在过程控制系统的操作和管理中支持多种语言106在过程控制系统中用于用户可配置资源仲裁的系统和方法107电过程控制系统中的导电元件的电压测量108混合动力系系统牵引和稳定性调节过程的发动机转矩控制109用于过程控制系统中的执行机构性能监测的设备和方法110CAST分段进水强化脱氮过程控制系统111用于过程控制系统中静摩擦补偿的设备和方法112在过程控制系统中把无线现场设备与有线协议相集成的设备和方法113用于在过程控制系统中集成无线或其它现场设备的设备和方法114用于在过程控制系统中在设备描述语言之间进行转换的设备和方法115用于允许在过程控制系统中故障回退到先前软件版本的装置和方法116用于监控过程控制系统中的阀门状态和性能的系统和方法117用于使用无线设备进行过程控制的系统和方法118过程控制系统及方法119允许过程控制系统中的非确定性执行的系统和方法120过程控制和监测系统中的诊断方法121一种纸浆漂白先进过程控制系统122一种污水处理PLC过程自动控制系统123用于过程控制系统的定制功能块124集成式迭代化软件开发过程控制系统及方法125钢卷生产过程质量控制系统数据处理方法126用于安全仪表化过程控制系统的入侵防御的设备及方法127过程控制系统中的位置依赖控制访问128用于控制双子叶植物花类型发育的遗传系统以及在检测和选择过程中的应用129卫星系统自主分级引导过程控制方法130高炉热风炉燃烧过程的自动控制系统131用于在下坡行驶过程中控制机动车制动的系统和方法132在井处理过程中控制部件侵蚀的系统和方法133CAST分段进水强化脱氮过程控制系统134用于提供精细抛光的定量过程控制的系统135用于锗单晶生长过程中的高精度温度控制方法及控制系统136生物反应器过程控制系统及方法137一种控制通话过程中信号质量变换的系统及移动通信终端138用于过程控制系统中的软件对象批准方法139明胶生产过程中提胶工序的自动化控制系统140静电放电监控及制造过程控制系统141用于测量过程控制流体消耗的系统142基于液压控制的离心机内支撑式基坑施工全过程模拟系统143明胶生产过程中退灰工序的自动化控制系统144明胶生产过程中中和工序的自动化控制系统145铝酸钠溶液连续碳酸化分解过程智能控制系统146用于存取与过程控制系统有关的信息的设备及方法147用于控制自动化过程的系统148第三方实时监控远程控制过程的方法和系统149用于控制治疗过程的方法和系统150基于网络的制造过程产品质量控制系统及方法。
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第一节 过程控制的基本概念
一、过程控制的发展状况：
第一阶段:(20世纪50年代以前) 对系统进行分析的基本方法为根轨迹法和频率法。 第二阶段:(20世纪60年代后) 自动控制的工具产生了直接数字控制DDC和监督计算机 控制SCC。 第三阶段:(20世纪70年代以后) 产生了集散控制系统DCS。 20世纪80年代以后，自动化的实现工具由DCS系统发展 到了现场总线控制系统FCS。
MATLAB与系统仿真
例2 假设系统从动量传递函数为
3 G (s) e 5t 15 s 1
设计该从动对象的单闭环比值控制系统。
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单闭环比值控制过程相当于从动量随主动量变化的随机控 制过程。假设主动量由一常值10加幅值为0.3的随机扰动构成， 从动量受一个随机干扰。主动量和从动量的比值假定为3。 （Kp=0.3,Ki=0.02）
MATLAB与系统仿真
2．单闭环比值控制系统 单闭环比值控制系统是在开环比值控制系统上增加对副物 料的闭环控制回路，用以实现主、副物料的比值保持不变。
单闭环比值控制系统的四种工作情况： （1）当在系统处于稳定工作状态时，主、副物料流量的比值恒定。 （2）当主物料流量不变，副物料流量受到扰动变化时，可通过副流量的闭合回路调整副物料 流量使之恢复到原设定值，保证主、副物料流量比值一定。 （3）当主物料流量受到扰动变化，而副物料不变时，则按预先设置好的比值使比值器输出成 比例变化，即改变给定值，根据给定值的变化，发出控制命令，以改变调节阀的开度，使副 流量跟随主流量而变化，从而保证原设定的比值不变。 （4）当主、副物料流量同时受到扰动变化时，调节器在调整副物料流量使之维持原设定值的 同时，系统又根据主物料流量产生新的给定值，改变调节阀的开度，使主、副物料流量在新 的流量数值的基础上，保持原设定值的比值关系不变。 总之, 单闭环比值控制系统虽然能保持主、副物料流量比值不变，但是无法控制主物料 的流量不变，因此，对生产过程的生产能力没有进行控制。该控制系统能保证主、副物料的 流量比值不变，同时，系统结构简单，因此在工业生产过程自动化中应用较广。 MATLAB与系统仿真
Simout模块的设置：
MATLAB与系统仿真
输出曲线
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2.2.2 双闭环比值控制系统 双闭环比值控制系统的特点是在保持比值控制的前提下， 主动量和从动量两个流量均构成闭环回路，这样克服了自身流 量的干扰，使主、从流量都比较平稳，并使得工艺总负荷比较 稳定。
MATLAB与系统仿真
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2.1.2 比值控制系统的类型 根据生产过程中工艺容许的负荷、干扰、产品质量等要 求不同，实际采用的比值控制方案也不同。 比值控制系统分为：1. 开环比值控制系统； 2. 单闭环比值控制系统； 3. 双闭环比值控制系统等；
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1．开环比值控制系统 1）当系统处于稳定工作状态时，两物料的流量满足比 值关系。 2）当主动量受到干扰而发生变化时，系统通过比值器 及设定值按比例去改变控制阀的开度，调节从动量使之与 主动量仍保持原有的比例关系。 3）当从动量受到外界干扰（如温度、压力扰动）波动 时，由于是开环控制，没有调节从动量自身波动的环节， 也没有调整主动量的环节，故两种物料的比值关系很难保 持不变，系统对此无能为力。 开环比值控制是理解比例控制工作机理的基础，在实 际工程上很少应用。
为了利用Workspace中强大的绘图功能，将多张图绘制在一 起，将输出传到Workspace。 建立模型及simout设置运行后，在命令窗口输入 plot(tout,simout,tout,simout1,tout,simout2) 再用输出图形中的菜单Insert-text增加图释。
MATLAB与系统仿真
MATLAB与系统仿真
3.1.1 系统结构
Gd
Gf G2
（XGpG1G2G3 MG f ） G3 Y 1 FGpG1G2G3
干扰对系统的作用是通过干扰通道进行的，前馈的控制原 理是给系统附加一个前馈通道（或称前馈控制器），使所测量 的系统扰动通过前馈控制器改变控制量。利用扰动所附加的控 制量与扰动对被控制量影响的叠加消除或减小干扰的影响。 MATLAB与系统仿真
3．双闭环比值控制系统
在双闭环比值控制系统工作时，若主动量受到干扰发生波动，则主动量回路对 其进行定值控制，使主动量始终稳定在给定值附近，同时从动量控制回路也会随主 动量的波动进行调整；当从动量受到扰动发生波动时，从动量控制回路对其进行定 值控制，使从动量始终稳定在定值附近，而主动控制回路不受从动量波动的影响。 因此，因扰动而发生的主动量和从动量波动利用各自控制回路分别实现实际值 与给定值吻合，从而保证主、副物料流量的比值恒定。 当调节主动量给定值时，主动量控制回路调节主动量实际值和给定值吻合；同 时，根据主动量与从动量的比值及新的主动量给定值，系统给出从动量控制回路的 输入值。 通过从动控制回路的调节控制使从动量的实际值与该输入值吻合，即从动控制 MATLAB与系统仿真 量的实际值与主动量变动后的数值相对应，保持主动量和从动量的比值不变。
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五、控制器的参数整定
1、过渡过程参数整定 2、经验法
3、稳定边界法
4、衰减曲线法
5、响应曲线法
6、衰减频率特性法
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第三节
复杂控制系统仿真
D2(s)
一、串级控制系统仿真
R1(s) _ Gc1(s) R2(s) u1 _ Gc2(s) PID2 PID1 G2(s) Y2(s) G1(s) Y1(s)
可见主动量控制回路是一定值控制系统，而从动量控制 回路是一个随动控制系统。 和单闭环比值控制系统相比，双闭环比值控制系统的突 出优点如下： （1）控制系统更为稳定 对主动量的定值控制克服了干扰对主动量的影响，因此 主动量变化平稳，从动量也将平稳，进而系统的总物料流量 稳定，更好地满足了生产工艺要求。 （2）系统更易于调节 当需要改变主动量的设定值时，主动量控制回路通过调 节控制使主动量的输出值改变为新设定值，同时从动量也将 随主动量按给定比值变化。 因此，当需要调整负荷时，只要改变主动量回路控制器 的给定值，就可同步调整主动量和从动量，并保持主动量和 从动量的比值不变。
串级控制的主要优点可概括如下： 1．将干扰加到副回路中，由副回路控制对其进行抑制； 2．副回路中参数的变化，由副回路给予控制，对被控量G1 的影响大为减弱； 3．副回路的惯性由副回路给予调节，因此提高了整个系统 的响应速度；
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例1 设副对象特性为 G2 (s) 1/(T02 s 1) ，主对象特性为
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仿真模型：
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输出曲线
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三、前馈控制系统仿真
3.1 前馈控制系统基础知识
反馈控制是基于被控量的偏差进行的，没有偏差也就不存 在反馈控制。当然，只要存在偏差，控制系统就不可能保持在 理想控制要求上，而是在理想要求附近摆动。所以，反馈控制 是接近理想要求，但永远也无法保持理想要求的控制。 当被控对象呈现大延迟（如含有较大的容积延迟或纯延迟） 或所受干扰较多，干扰频率较高，要求系统快速反应实现控制 目的时，反馈控制系统的控制效果往往不够理想。 与反馈控制相比，前馈控制很好的弥补了反馈控制的一些 缺点。前馈控制是针对扰动量及其变化进行控制的。
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二、过程控制的组成
1—锅筒
2—省煤器
锅炉水位控制原理图 3—过热器 4—给水阀门
5—蒸汽阀门 MATLAB与系统仿真
要实现水位控制需要以下装置:
1.测量水位变化的传感器或变送器
2.能将水位测量值和水位设定值进行比较并进行控制 运算的控制器 3.设定水位的定值器(可能包括在控制器内) 4.执行控制命令的执行器 5.调节给水量的控制阀 这些装置和被控对象锅炉本身组成了一个控制系统。
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2.2
比值控制系统的MATLAB仿真
2.2.1 单闭环比值控制系统 单闭环比值控制系统的特点是在保持主动量和从动量比值 关系的前提下，构成从动量闭环回路，使从动量跟主动量变化。 这样控制系统只控制从动量的变化而对主动量的变化未加控制。 因此，单闭环比值控制系统适用于主动量变化不大的场合。 对于跟随主动量变化控制给定值的从动量随动控制系统， 期望系统响应快些，一般整定为非周期过程。选择PI控制方式。
串级控制系统框图
计算顺序：先主回路（PID1），后副回路（PID2）。 控制方式：异步采样控制—主回路的采样周期T1是副回路采 样周期T2的整数倍。 同步采样控制—主、副回路采样周期相同。这时， 应根据副回路选择采样周期，因为副回路的受控对象的响应 速度较快。
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串级控制系统的结构特点： 1．由两个或两个以上的控制器串联而成，一个控制器的输c 出是另一个控制器的设定。 2．由两个或两个以上的控制器、相应数量的检测变送器和 一个执行器组成。 3．主回路是恒值控制系统，对主控制器的输出而言，副回 路是随动系统。
MATLAB与系统仿真
单回路控制系统 1—液位变送器 2—液位控制器 3—执行器
MATLAB与系统仿真
单回路液位控制系统
MATLAB与系统仿真
二、控制器的选择 1、比例控制器的选择
2、比例、积分控制器的选择
3、比例、积分、微分控控制器有正作用和反作用两种，当被控过程的输入量 增加（或减小）时，其输出量（被控参数）也增加 （或减少），这就称被控过程为正作用，反之则称为 反作用。 控制器的正反作用的选择应该在根据工艺要求对控制 阀、气关作用确定之后再行确定。
串级控制的阶跃响应
常规PID控制的阶跃响应
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二、比值控制系统仿真