MATLAB与控制系统仿真
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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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。
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文目录一、内容概括 (2)1. 研究背景和意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 研究目的和内容 (5)二、MATLAB控制系统仿真基础 (7)三、控制系统建模 (8)1. 控制系统模型概述 (10)2. MATLAB建模方法 (11)3. 系统模型的验证与校正 (12)四、控制系统性能分析 (14)1. 稳定性分析 (14)2. 响应性能分析 (16)3. 误差性能分析 (17)五、基于MATLAB控制系统的设计与应用实例分析 (19)1. 控制系统设计要求与方案选择 (20)2. 基于MATLAB的控制系统设计流程 (22)3. 实例一 (23)4. 实例二 (25)六、优化算法在控制系统中的应用及MATLAB实现 (26)1. 优化算法概述及其在控制系统中的应用价值 (28)2. 优化算法介绍及MATLAB实现方法 (29)3. 基于MATLAB的优化算法在控制系统中的实践应用案例及分析对比研究31一、内容概括本论文旨在探讨基于MATLAB控制系统的仿真与应用，通过对控制系统进行深入的理论分析和实际应用研究，提出一种有效的控制系统设计方案，并通过实验验证其正确性和有效性。
本文对控制系统的基本理论进行了详细的阐述，包括控制系统的定义、分类、性能指标以及设计方法。
我们以一个具体的控制系统为例，对其进行分析和设计。
在这个过程中，我们运用MATLAB软件作为主要的仿真工具，对控制系统的稳定性、动态响应、鲁棒性等方面进行了全面的仿真分析。
在完成理论分析和实际设计之后，我们进一步研究了基于MATLAB 的控制系统仿真方法。
通过对仿真模型的建立、仿真参数的选择以及仿真结果的分析，我们提出了一种高效的仿真策略。
我们将所设计的控制系统应用于实际场景中，通过实验数据验证了所提出方案的有效性和可行性。
本论文通过理论与实践相结合的方法，深入探讨了基于MATLAB 控制系统的仿真与应用。
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。
Matlab技术控制系统设计与仿真
Mat1ab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Mat1ab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MaHab技术在控制系统设计和仿真中的应用。
二、MatIab基础知识在开始探讨MatIab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Mat1ab的基础知识。
Mat1ab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。
Mauab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Mat1ab,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，MaUab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。
Mat1ab提供了一系列用于控制系统设计的工具箱，如Contro1SystemToo1box和Simu1ink等。
Contro1SystemToo1box是Mat1ab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TransferFunction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，COntrOISyStemTOOIbOX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。
SimUIink是MatIab中的一个仿真工具，用于建立动态系统的模型和仿真。
通过Simu1ink,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。
SimU1ink提供了广泛的预定义模块，包括传感器、执行器、控制器等。
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与控制系统的数字仿真及CAD课程设计
MATLAB与控制系统的数字仿真及CAD课程设计引言MATLAB是一种高性能计算软件，广泛应用于科学计算、信号处理、图像处理、数据分析、控制工程等领域。
控制系统是MATLAB中应用广泛的一类工程实践。
数字仿真是利用计算机对各类物理、化学、机械、电气、通信等各类系统进行模拟，以求得对系统性能的认识和分析的一种有效方法。
此文档旨在介绍MATLAB与控制系统的数字仿真及CAD课程设计。
MATLAB数字仿真MATLAB数字仿真是一种基于MATLAB软件平台的模拟方法，可以有效模拟和分析电子系统、传感器、组装等各类系统的工作性能。
MATLAB软件有强大的数值计算和可视化工具，使得控制系统的数字仿真具有高精度的仿真结果和优秀的用户体验。
仿真工具箱MATLAB提供了很多工具箱，包括信号处理工具箱、图像处理工具箱等，控制系统仿真工具箱也是其中之一。
控制系统仿真工具箱提供了包括连续时间系统、离散时间系统、多变量系统、无线系统在内的多种控制系统模型，并提供了丰富的仿真方法，例如最小二乘法、维纳滤波等。
用户可以通过编写脚本或使用图形化界面操作控制系统仿真工具箱，实现自己想要的仿真结果。
建立仿真模型在进行数字仿真前，需要先建立仿真模型。
对于控制系统而言，建立仿真模型需要明确系统的输入、输出、各组件之间的关系以及系统的初始条件等。
建立好仿真模型后，可以对系统的工作过程进行仿真和分析。
以温度控制系统为例，建立仿真模型。
该温度控制系统包含温度感应器作为输入，控制器和加热器作为输出。
建立好模型后，系统可以对不同的工作条件下进行仿真和分析，例如调节感应器灵敏度、控制器输出功率等。
控制系统CAD设计控制系统的CAD设计是指利用计算机辅助设计软件（Computer-ded Design，简称CAD）进行控制系统的三维模型设计、仿真、优化等工作。
控制系统CAD设计可以有效降低设计成本，提高设计效率和质量。
CAD软件常用的CAD软件有AutoCAD和SolidWorks。
2.5 应用MATLAB控制系统仿真-计算机-
图2-74 位置随动系统的结构图第一步求闭环传递函数GB (s)=q c(s) /q r(s)，求解过程及结果如图2-75所示。第二步利用step()函数计算参考输入q r (t)为单阶跃信号时输出q c (t)的响应。
图2-63 分析弹簧—重物—阻尼器的MATLAB指 弹簧—重物—阻尼器的自由运动曲线MATLAB可分析以传递函数形式描述的系统。分子多项式和分母多项式都必须在MATLAB指令中指定。
在MATLAB中多项式由行向量组成，这些行向量包含了降次
>>y0=0.15;wn=sqrt(2);>>zeta1=3/(2*sqrt(2)); zeta2=1/(2*sqrt(2));
>>t=[0:0.1:10];>>unforced
（a）MATLAB指令窗口
* 计算系统在给定初始条件下的自由运动 t1=acos(zeta1)*ones(1,length(t)); t2=acos(zeta2)*ones(1,length(t));c1=(y0/sqrt(1-zeta1^2)); c2=(y0/sqrt(1-zeta2^2)); y1=c1*exp(-zeta1*wn*t)sin(wn*sqrt(1-zeta1^2)*t+t1); y2=c2*exp(-zeta2*wn*t)sin(wn*sqrt(1-zeta2^2)*t+t2);
图2-76 位置随动系统的阶跃响应曲线图2-76给出了位置随动系统的阶跃响应曲线。用plot()函数用画出y(t)曲线，grid函数用于给图形加上网格。
小结
本章讨论了如何建立控制系统以及元部件的数学模型问题。本章所涉及的数学模型共有三种，即微分方程、传递函数、结构图或信号流图。利用传递函数研究线性系统，可根据传递函数的极点和零点分布判定系统对不同输入信号的响应特性。利用结构图或信号流图可以了解系统中的每个变量，还可以通过梅逊（Mason）公式，方便地求得系统输入输出间的传递函数。利用MATLAB软件可求解系统在不同参数和输入情况下的响应。
基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计
基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计自动控制系统是一种可以自动调节和控制系统运行的系统。
对于自动控制系统的设计和优化，仿真是一种非常重要的方法。
基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计可以帮助学生深入理解自动控制系统的原理和应用，并进行实际应用的实验和研究。
在毕业设计中，学生可以选择一个具体的自动控制系统，例如温度控制系统、位置控制系统、速度控制系统等。
然后，根据该系统的特点和要求，使用MATLAB软件进行仿真分析。
首先，学生可以利用MATLAB编写控制系统的数学模型。
通过了解和运用控制系统的原理和方法，学生可以将系统的输入信号、输出信号和控制信号之间的关系建立数学模型。
通过数学模型，可以进行系统的仿真分析和优化设计。
接下来，学生可以使用MATLAB的控制系统工具箱进行系统的仿真和分析。
控制系统工具箱提供了各种控制系统设计和分析的函数，如传递函数的建模、闭环系统的建模、系统的稳定性分析、频域分析等。
学生可以利用这些函数进行系统的仿真和分析，了解系统在不同输入和参数条件下的响应和性能。
在仿真过程中，学生可以尝试不同的控制算法和参数，观察系统响应的改变和性能的优劣。
例如，学生可以尝试不同的比例积分微分（PID）控制算法和参数，比较系统的稳定性、超调量和响应速度等指标。
通过不断的尝试和优化，学生可以得到系统的最佳控制算法和参数设定。
此外，学生还可以利用MATLAB的仿真工具进行系统的可视化展示。
通过绘制系统的输入信号、输出信号和控制信号的图形，学生可以直观地观察和分析系统的动态响应。
这样的可视化展示可以帮助学生更好地理解和分析系统的特性和性能。
最后，学生应该进行仿真结果的分析和评估。
通过对仿真结果的分析和评估，学生可以判断系统的性能是否满足设计要求，并提出改进的建议和方案。
总而言之，基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计可以帮助学生深入理解自动控制系统的原理和应用，并进行实际应用的实验和研究。
基于matlab simulink的控制系统仿真及应用
基于matlab simulink的控制系统仿真及应用Simulink是MATLAB的一个附加组件，它提供了一种可视化建模和仿真环境，主要用于控制系统、信号处理、通信系统等领域的建模和仿真。
以下是一个简单的基于Simulink的控制系统仿真的步骤：
1. 模型建立：首先，你需要使用Simulink库中的模块来构建你的控制系统模型。
这些模块包括输入、输出、控制算法等。
你可以直接从库中拖放模块到你的模型中，然后通过连接线将它们连接起来。
2. 参数设置：在连接模块后，你需要为每个模块设置适当的参数。
例如，对于传递函数模块，你需要输入分子和分母的系数。
3. 仿真设置：在完成模型和参数设置后，你需要设置仿真参数，例如仿真时间、步长等。
4. 运行仿真：最后，你可以运行仿真并查看结果。
Simulink提供了多种方式来查看结果，包括图形和表格。
在Simulink中，你可以使用许多内建的工具和函数来分析和优化你的控制系统。
例如，你可以使用MATLAB的控制系统工具箱中的函数来分析系统的稳定性、频率响应等。
总的来说，Simulink是一个强大的工具，可以用于设计和分析各种控制系统。
通过学习和掌握这个工具，你可以更有效地进行控制系统设计和仿真。
基于matlab的控制系统仿真及应用
基于matlab的控制系统仿真及应用基于Matlab的控制系统仿真及应用Matlab是一种广泛应用于科学和工程领域的计算机软件，也是控制系统仿真的重要工具。
控制系统是指通过对输入信号进行处理，使得输出信号满足所需控制要求的系统。
控制系统的设计需要考虑到系统的稳定性、精度、鲁棒性等因素。
本文将介绍如何使用Matlab 进行控制系统的仿真和应用。
一、控制系统仿真控制系统仿真是指在计算机上构建控制系统模型，对其进行仿真以验证控制算法的正确性和性能。
Matlab提供了一些工具箱，如Simulink、Control System Toolbox等，方便用户进行控制系统建模和仿真。
在Simulink中，用户可以通过拖拽模块来搭建控制系统模型。
其中，输入信号可以是恒定值、正弦波、方波等，也可以是其他模型的输出信号；输出信号可以是系统的状态变量、控制量等。
在模型中，需要设置控制算法、控制参数等，并且进行仿真。
仿真结果包括信号的时域波形、频谱分析、稳态误差等指标。
用户可以根据仿真结果对控制算法进行调整和优化。
Control System Toolbox提供了一些常用的控制系统分析和设计工具，如极点分布、根轨迹、频率响应等。
用户可以使用这些工具对控制系统进行性能分析和优化设计。
二、控制系统应用控制系统应用广泛，如机器人控制、自动化控制、飞行器控制等。
下面以机器人控制为例介绍控制系统应用。
机器人控制是指对机器人的运动进行控制，使其能够完成特定的任务。
机器人控制需要考虑到机器人的运动学、动力学、传感器等因素。
在控制系统中，需要给机器人提供控制量，如关节角度、末端执行器力矩等，从而实现机器人的运动控制。
在Matlab中，可以使用Robotics System Toolbox进行机器人控制应用的开发。
该工具箱提供了机器人模型的建立和仿真、路径规划和轨迹跟踪、机器人运动学和动力学分析等功能。
用户可以使用该工具箱搭建机器人控制系统模型，并进行仿真和实验。
自控实验-自动控制系统的MATLAB仿真分析
实验名称：自动控制系统的MATLAB仿真分析一、实验目的1.熟悉MATLAB在自动控制系统仿真中的应用；2.对自动控制系统进行仿真研究；3.掌握用MATLAB绘制自动控制系统根轨迹及对数频率特性的方法，掌握根据系统根轨迹及对数频率特性分析自动控制系统性能的方法。
二、实验设备1.计算机2.MATLAB软件三、实验内容1.用MATLAB提供的Simulink仿真软件工具对实验一中的各个典型环节及二阶系统进行阶跃响应仿真研究，将仿真获得的阶跃响应结果与模拟电路获得的阶跃响应结果进行比较。
（1）比例环节传递函数为200 ()51 G s=建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（2）积分环节传递函数为9.8 ()G ss=建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（3）一阶惯性环节传递函数为3.9 ()0.21G ss=+建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（4）比例积分环节传递函数为0.39781 ()0.102sG ss+=建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（5）比例微分环节传递函数为10 ()220s G ss=++建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（6）比例微分积分环节传递函数为51050 ()220sG ss s+=+++建立仿真模型，得到的输出结果如图所示：（7） 二阶系统的阶跃响应 ①0.325K ξ==传递函数为2()250()10250C s R s s s =++ 建立的仿真模型与阶跃响应仿真波形如下图所示：②0.510K ξ==传递函数为2()100()10100C s R s s s =++ 建立的仿真模型与阶跃响应仿真波形如下图所示：③0.75K ξ==传递函数为2()50()1050C s R s s s =++ 建立的仿真模型与阶跃响应仿真波形如下图所示：2. 单位负反馈系统的开环传递函数为：(1)()()(21)k s G s H s s s +=+仿真绘制K 从0~∞变化时的根轨迹，分析系统的稳定性。
MATLAB控制系统设计与仿真
目录分析
1.2 MATLAB的基本 操作
1.1 MATLAB概述
1.3 MATLAB窗口的 基本操作
2.1 MATLAB 的数组与矩 阵运算
2.2多项式及 其运算
3.2基本运算
3.1算术符号操作
3.3复变函数计算 的MATLAB实现
4.1文件与程序结构 4.2参数与变量
4.3数据类型 4.4程序结构
精彩摘录
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9.3控制系统的波特 图设计
9.4 PID控制器设计
10.2状态反馈与极 点配置
10.1现代控制系统 设计概述
10.3状态观测器
10.4线性二 次型最优控
制器设计
10.5鲁棒控 制系统设计
作者介绍
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读书笔记
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7.1控制系统
1
的数学模型
7.2数学模型
2
的建立
3 7.3数学模型
参数的获取
4 7.4数学模型
的转换
5 7.5数学模型
的连接
8.2控制系统根轨 迹法
8.1控制系统的时 域分析
8.3控制系统的频 域分析
8.4状态空间 模型的线性 变换及简化
8.5状态空间 法分析
9.1经典控制系统设 计概述
9.2控制系统的根轨 迹设计
4.6 MATLAB函数
4.5程序流控制语 句
4.7 MATLAB程序调 试
5.2经典控制理论 基础
MATLAB与控制系统仿真实验指导书
《MATLAB与控制系统仿真》实验指导书（2011年第一版）西安邮电学院自动化学院2011年6月目录前言 (1)MATLAB语言实验项目 (3)实验一熟悉MATLAB集成环境与基础运算 (3)实验二 MATLAB的基本计算 (7)实验三 MATLAB图形系统 (9)实验四 MATLAB程序设计 (13)实验五 MATLAB函数文件 (15)实验六MATLAB数据处理与多项式计算 (17)实验七 SIMULINK仿真实验 (21)前言MATLAB 产品家族是美国 MathWorks公司开发的用于概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境。
是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和SIMULINK两大部分。
MATLAB由于其完整的专业体系和先进的设计开发思路，使得 MATLAB 在多种领域都有广阔的应用空间，特别是在科学计算、建模仿真以及系统工程的设计开发上已经成为行业内的首选设计工具，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB软件工具在自动化专业、测控技术与仪器和电气工程及其自动化等专业的本科生学习中，经常用来计算、仿真和设计，尤其是MATLAB软件的仿真功能，能使学生对所学知识有更加深入的理解和分析。
《MATLAB与控制系统仿真》课程，和《自动控制原理》、《现代控制理论》、《数字信号处理》、《电力电子技术》等重要的专业课程相互支撑、相辅相成，同时也有利于学生完成课程设计和毕业设计等实践教学环节。
实验一 基于Matlab的控制系统仿真
实验一 基于Matlab 的控制系统模型姓名 学号 班级一、实验目的1) 熟悉Matlab 的使用环境，学习Matlab 软件的使用方法和简单编程方法。
2) 学习使用Matlab 软件进行拉氏变换和拉式反变换的方法。
3) 学习使用Matlab 软件建立、转换连续系统数学模型的方法。
4) 学习使用Matlab 软件分析控制系统稳定性的方法。
二、实验原理1. 拉氏变换和反拉氏变换(1) 拉氏变换syms a w tf1=exp(-a*t)laplace(f1)f2=2laplace(f2)f3=t*exp(-a*t)laplace(f3)f4=sin(w*t)laplace(f4)f5=exp(-a*t)*cos(w*t)laplace t-t (f5)(2) 拉氏反变换syms s a wf 1=1/silaplace(f 1)f 2=1/(s+a)ilaplace(f 2)f 3=1/s^2ilaplace(f 3)f 4=w/(s^2+w^2)ilaplace(f 4)f 5=1/(s*(s+2)^2*(s+3))ilaplace(f 5)…2. 控制系统模型的建立和转化传递函数模型：112m112+()+m m n n nb s b s b num G s den a s a s b --++==++……零极点增益模型：1212()()()()()()()m ns z s z s z G s k s p s p s p ---=---(1) 建立系统传递函数模型22(1)()(2)(3)56s s s sG s s s s s ++==++++num=[1,1,0]den=[1,5,6]Gs1=tf(num,den)(2) 建立系统的零极点模型z=[0,-1]p=[-2,-3]k=[1]Gs1=zpk(z,p,k)(3) 传递函数模型转化为零极点模型num=[1,1,0]den=[1,5,6]Gs1=tf(num,den)[z,p,k]=tf2zp(num,den)Gs2=zpk(z,p,k)(4) 零极点模型转化为传递函数模型z=[0,-1]p=[-2,-3]k=[1]Gs1=zpk(z,p,k)[num,den]=zp2tf(z',p',k)Gs2=tf(num,den)3. 用Matlab 进行传递函数部分分式展开5434321139+52s+26()1035+50s+241 2.530.5 1s+4s+3s+2s+1num s s s G s den s s s ++==++-=++++num=[1 11 39 52 26]den=[1 10 35 50 24][r,p,k]=residue(num,den)4. 连续系统稳定性分析已知传递函数，试求该系统的闭环极点并判断系统的稳定性。
基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计
基于MATLAB的自动控制系统仿真毕业设计自动控制系统仿真在工程领域中具有重要的应用价值，可以帮助工程师更好地理解和设计控制系统。
本文将介绍基于MATLAB的自动控制系统仿真的毕业设计。
首先，我们需要明确自动控制系统仿真的概念。
自动控制系统是一种将感知、决策和执行相结合的控制系统，可以通过传感器感知环境中的信息，通过决策模块进行决策，并通过执行器执行决策。
自动控制系统仿真的目的是通过计算机模拟、分析和验证控制系统的性能和稳定性。
在进行自动控制系统仿真时，MATLAB是一种非常强大的工具。
MATLAB拥有丰富的控制系统工具箱，可以用于建立各种控制系统的传递函数、状态空间模型和频域模型。
此外，MATLAB还提供了用于设计各种控制器的函数和工具。
本毕业设计的目标是通过MATLAB建立一个自动控制系统仿真模型，并进行性能和稳定性分析。
具体来说，可以选择一个已知的控制系统模型，如电机控制系统、水位控制系统等，然后在MATLAB中建立该控制系统的数学模型。
建立模型之后，可以使用MATLAB提供的控制系统工具箱进行性能和稳定性分析。
可以进行步跃响应、阶跃响应、频率响应等分析，以评估控制系统的性能。
此外，还可以使用MATLAB进行控制器设计和优化，以改进控制系统的性能。
除了性能和稳定性分析，本毕业设计还可以考虑其他方面的问题。
例如，可以通过MATLAB进行故障诊断和故障检测，以提高控制系统的可靠性。
此外，还可以使用MATLAB进行系统优化和参数优化，以实现更好的控制效果。
在完成自动控制系统仿真后，还可以将仿真结果与实际系统进行对比，以验证仿真的准确性和可靠性。
可以将仿真结果与实际系统的实际测量结果进行比较，以评估仿真模型的准确性和可信度。
总之，基于MATLAB的自动控制系统仿真是一个具有挑战性和实用性的毕业设计。
通过使用MATLAB，可以建立自动控制系统的数学模型，并进行性能和稳定性分析。
此外，还可以进行其他方面的问题研究，如故障诊断、系统优化等。
基于matlab的控制系统仿真及应用
基于matlab的控制系统仿真及应用控制系统是现代工程领域中一个非常重要的研究方向，它涉及到自动化、机械、电子、信息等多个学科的知识。
而在控制系统的设计和优化过程中，仿真技术起着至关重要的作用。
Matlab作为一种功能强大的工程计算软件，被广泛应用于控制系统仿真和设计中。
在Matlab中，我们可以通过编写代码来建立各种控制系统的模型，并进行仿真分析。
通过Matlab提供的仿真工具，我们可以方便地对控制系统的性能进行评估，优化控制器的参数，甚至设计复杂的控制策略。
控制系统仿真的过程通常包括以下几个步骤：首先，建立控制系统的数学模型，描述系统的动态特性；然后，在Matlab中编写代码，将系统模型转化为仿真模型；接着，设定仿真参数，如控制器的参数、输入信号的形式等；最后，进行仿真运行，并分析仿真结果，评估系统的性能。
控制系统仿真可以帮助工程师快速验证设计方案的可行性，节约成本和时间。
在实际应用中，控制系统仿真可以用于飞行器、汽车、机器人等各种设备的设计和优化，以及工业生产过程的控制和监测。
除了在工程领域中的应用，控制系统仿真还可以帮助学生深入理解控制理论，加深对系统动态特性的认识。
通过在Matlab中搭建控制系统的仿真模型，学生可以直观地感受到控制器参数对系统响应的影响，从而更好地掌握控制系统设计的方法和技巧。
总的来说，基于Matlab的控制系统仿真是一个非常强大和实用的工具，它为控制系统的设计和优化提供了便利，也为学生的学习提供了帮助。
随着科技的不断发展，控制系统仿真技术也将不断完善和拓展，为工程领域的发展带来更多的可能性和机遇。
Matlab作为控制系统仿真的重要工具，将继续发挥着重要作用，推动控制领域的进步和创新。
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32
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
从上至下排列
26
绘图一般步骤
准备绘图需要的数据； 指定绘图的窗口或者区域； 调用基本绘图命令； 选择线型、颜色、数据点形状； 坐标轴控制，包括显示范围、刻度线、比例、
网格线； 标注控制，包括坐标轴名称、标题、相应文本
等。
27
Simulink的操作
28
控制系统的时域分析
求取系统单位阶跃响应：step() 求取系统的冲激响应：impulse()
格式：plot（x，y， ‘color_linestyle_marker’）
说明：参数color_linestyle_marker 为一个字 符串，由颜色、线型、数据点的图标组成。
18
图形加注功能
将标题、坐标轴标记、网格线及文字注
释加注到图形上，这些函数为：
title —— 给图形加标题
xlable —— 给x轴加标注
❖在MATLAB中零极点增益模型用[z,p,K]矢量组表示。即：
❖z=[z1,z2,…,zm]
❖p=[p1,p2,...,pn]
❖K=[k]
35
❖函数tf2zp()可以用来求传递函数的零极点和增益。
零极点增益模型
零点、极点、增益形式（ZPK）表示 – 输入零点和极点列向量及标量形式的增益 – 使用zpk命令建立ZPK对象 例： >> zG=-0.75;pG=[-1;-5];kG=4; >> G2=zpk(zG,pG,kG) 或者： >> G2=zpk(-0.75,[-1;-5],4)
10
程序控制语句
• if－else－elseif语句 ➢ if格式： if 逻辑表达式 执行语句 end 当逻辑表达式的值为真，则执行该结构中的执 行语句内容，执行完后向下继续执行，若逻辑 表达式的值为假，跳过结构中的执行语句继续 向下执行。
11
程序控制语句
➢ if-else格式 if 逻辑表达式 执行语句1 else 执行语句2 end
34
零极点增益模型
零极点模型实际上是传递函数模型的另一种表现形式，其原理是 分别对原系统传递函数的分子、分母进行分解因式处理，以获得 系统的零点和极点的表示形式。
G(s) K (s z1)(s z2 )...(s zm ) (s p1)(s p2 )...(s pn )
K为系统增益，zi为零点，pj为极点
ylable —— 给y轴加标注
text —— 在图形指定位置加标注
gtext —— 将标注加到图形任意位置
grid on(off) —— 打开、关闭坐标网格线
legend —— 添加图例
19
axis —— 控制坐标轴的刻度
例：t=0:0.1:10 y1=sin(t);y2=cos(t);plot(t,y1,'r',t,y2,'b--'); x=[1.7*pi;1.6*pi]; y=[-0.3;0.8]; s=['sin(t)';'cos(t)']; text(x,y,s); title('正弦和余弦曲线'); legend('正弦','余弦') xlabel('时间t'),ylabel('正弦、余弦') grid
log(x)
自然对数
log10 (x) 以 10 为底的对数
sign(x)
符号函数
fix(x)
取整
5
ห้องสมุดไป่ตู้、M文件
M文件建立方法： 1. 在Matlab中，点:File->New->M-file 2. 在编辑窗口中输入程序内容 3. 点：File->Save，存盘，M文件名必须与函数名一致。
Matlab的应用程序也以M文件保存。
36
传递函数
两种形式互换 TF形式变换为ZPK形式
– Gzpk=zpk(Gtf) – [zz,pp,kk]=zpkdata(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
2 矩阵是MATLAB的核心
一、变量与函数
1、变量
MATLAB中变量的命名规则是： （1）变量名必须是不含空格的单个词； （2）变量名区分大小写； （3）变量名最多不超过19个字符； （4）变量名必须以字母打头，之后可以是任意字母 、数字或下划线，变量名中不允许使用标点符号.
3
2、数学运算符号及标点符号
逻辑表达式的值为真则执行语句1，若逻辑表达 式的值为假，则跳过执行语句1而执行语句2， 然后向下执行。
12
程序控制语句
➢ if-elseif格式
if 逻辑表达式1
执行语句1
elseif 逻辑表达式2
执行语句2
……
elseif
逻辑表达式n
执行语句n
else
执行语句el
end
如果逻辑表达式的值为真，则执行语句1，
以消除工作空间中其他变量对程序运行的影响。 但注意在子程序中不要用clear。 参数值要集中放在程序的开始部分，以便维护。 要充分利用MATLAB工具箱提供的指令来执行所 要进行的运算，在语句行之后输入分号使其及中 15 间结果不在屏幕上显示，以提高执行速度。
MATLBA程序设计基本原则
程序尽量模块化，也就是采用主程序调用子程 序的方法，将所有子程序合并在一起来执行全 部的操作。
语句n 语句ow
表达式的值和哪种情况（case）的值相同，就执行哪种情况中的语句，如果都
14
不同，则执行otherwise中的语句。
MATLAB程序编写及调试
MATLBA程序设计基本原则： ％后面的内容是程序的注解，要善于运用注解使
程序更具可读性。 养成在主程序开头用clear指令清除变量的习惯，
4
\ 反斜杠表示左除.
3、数学函数
函数 名 称函 数 名 称
sin(x)
正弦函数
asin(x)
反正弦函数
cos(x)
余弦函数
acos(x)
反余弦函数
tan(x)
正切函数
atan(x)
反正切函数
abs(x)
绝对值
max(x)
最大值
min(x)
最小值
sum(x)
元素的总和
sqrt(x)
开平方
exp(x) 以 e 为底的指数
6
MATLAB工作界面 当前路径
工作空间
命令窗口
历史命令
7
MATLAB编辑窗口
设置 取消 进入 断点 断点 函数
跳出 函数
单步 运行
继续 运行
退出 调试
8
程序控制语句
• 循环语句
MATLAB中的循环语句包括for循环和while循环两种。 for循环的基本格式为：
for 循环变量=起始值：步长：终止值 循环体
pzmap：绘制线性系统的零极点图 rlocus：求系统根轨迹。 rlocfind：计算给定一组根的根轨迹增益。 sgrid：在连续系统根轨迹图和零极点图中绘制出阻尼系 数和自然频率栅格。
31
控制系统的数学描述与建模
控制系统的数学模型在控制系统的研究中有着相当重要 的地位，要对系统进行仿真处理，首先应当知道系统的 数学模型，然后才可以对系统进行模拟。同样，如果知 道了系统的模型，才可以在此基础上设计一个合适的控 制器，使得系统响应达到预期的效果，从而符合工程实 际的需要。
grid on； grid off
图形控制 hold on； hold off
axis（[xmin xmax ymin ymax]） subplot（mnk） semilogx；semilogy
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单窗口多曲线分图绘图
subplot —— 子图分割命令 调用格式：
行 列 绘图序号 subplot(m,n,p) —— 按从左至右，
29
控制系统的频域分析
求取系统对数频率特性图（波特图）：bode() 求取系统奈奎斯特图：nyquist()
margin：求幅值裕度和相角裕度及对应的转折频率 freqs：模拟滤波器特性 nichols：求连续系统的尼科尔斯频率响应曲线（即对数 幅相曲线） ngrid：尼科尔斯方格图
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根轨迹分析函数
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。
9
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
充分利用Debugger来进行程序的调试（设置 断点、单步执行、连续执行）
设置好MATLAB的工作路径，以便程序运行。
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图形绘制
图形绘制 plot（y） 图形标注 plot（x,y） 图形控制 plot（x1,y1,option1,x2,y2,option2,…）
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plot控制
功能：在调用函数plot时，可以指定线型，颜 色，和数据点的图标。