基于Matlab 的最少拍控制系统设计
最少拍数字控制器的设计 (2)
摘要本次设计针对一阶惯性积分系统在单位速度信号输入作用下进行最少拍数字控制器的设计，验证了最少拍控制器的优点，并对最少拍算法进行理论分析，分别设计出最少拍有纹波和无纹波数字控制器，利用 MATLAB 仿真平台对设计的最少拍数字控制器进行系统仿真研究，并对有纹波和无纹波系统进行对比研究。
关键词最少拍控制；无纹波控制器；有纹波控制器；Matlab仿真目录摘要 (1)第一章最少拍有纹波控制器设计 (3)1.1设计原理 (3)1.2设计举例 (5)第二章最少拍无纹波控制器设计 (5)2.1 设计原理 (5)2.2 设计举例 (6)第三章基于Matlab的最少拍控制的实现 (7)3.1 输入单位阶跃信号 (7)3.2 输入单位速度信号 (8)3.3 输入单位加速度信号 (9)参考文献 (10)致谢 (11)离散控制系统最少拍控制最少拍系统控制设计是指系统在典型输入信号（如单位阶跃输入信号、单位速度输入信号、单位加速度输入信号等）作用下，经过最少拍（有限拍），使系统输出的稳态误差为零。
最少拍控制系统也称为最少拍无差系统、最少拍随动系统，实际上是时间最优控制系统，系统的性能指标就是系统的调节时间最短或者尽可能的短。
可以看出，这种系统对闭环脉冲传递函数的要求是快递性和准确性。
最少拍控制系统的设计与被控对象的零极点位置有很密切的关系。
第一章 最少拍有纹波控制器设计1.1设计原理由系统闭环脉冲传递函数可以看出，在Φ（z ）中，D(z)和G （z ）总是成对出现的。
只有当广义对象稳定[即G （z ）在z 平面单位圆上和单位圆外没有极点]且不包含纯滞后环节时，上述方法才是可行的，否则，不允许D （z ）与G （z ）发生零极点对消。
这是因为，简单地利用D （z ）的零点去对消G （z ）不稳定极点，虽从理论上来说可以得到一个稳定的闭环系统，但这种稳定是建立在零极点完全对消的基础上的。
当系统参数产生飘逸，或者对象辨识有误差时，这种零极点对消就不可能准确实现，从而引起闭环系统不稳定。
实验四-最少拍控制系统设计
实验四最少拍控制系统设计
姓名学号班级
一、实验目的
1)通过本实验, 熟悉最少拍控制系统的设计方法。
2)学习基于Matlab/Simulink的最少拍控制系统的仿真研究方法。
二、实验原理
1.最少拍有纹波控制器的设计
已知被控对象的传递函数, , 零阶保持器传递函数, 采样周期。
试对单位阶跃、单位速度、单位加速度输入信号分别设计最少拍有纹波控制器。
基本原理参见教材上的相关内容。
图1 最少拍有纹波控制器Simulink仿真图(输入信号为单位速度) 2.最少拍无纹波控制器的设计
对图1中的被控对象, 试对单位阶跃、单位速度输入信号分别设计最少拍无纹波控制器。
原理参见教材上的相关内容。
三、实验内容
设计对单位阶跃、单位速度、单位加速度输入信号的最少拍有纹波控制器的参数, 并用Simulink进行仿真, 观察仿真结果并记录系统输出、控制信号以与偏差信号等响应曲线。
根据题意有:
有纹波设计如下
单位阶跃输入时:
响应：
单位速度输入时:
响应：
设计对单位阶跃、单位速度输入信号的最少拍无纹波控制器的参数, 并用Simulink进行仿真, 观察仿真结果并记录系统输出、控制信号以与偏差信号等仿真曲线。
根据题意有: 单位阶跃输入时:
响应：
四、实验报告
1)按照实验报告所要求的统一格式, 填写实验报告；
2)记录控制器参数设计过程、结果、Simulink仿真图和相关响应曲线。
根据实验过程和结果进行分析。
能否对单位加速度信号设计无纹波控制器？说明理由。
基于MATLAB控制系统仿真实验报告
tf 4
y0
0 1
6、求出 G1(s)
2 (s2 2s 1) 与 G2 (s)
1 (2s3
3s2
1)
的单位阶跃响应，并分别
求出状态空间模型。
解：（1） G1(s) 2 (s2 2s 1) 的状态空间模型求解如下：
function shiyan2 b1=[2];
D(z)
0.62(1 0.136z 1)(1 0.183z (1 0.045z 1)(1 0.53z 1)
1 )
分别用仿真算法得到系统在单位阶跃输入作用下的响应，系统在单位速度输
入是的输出响应。
解：（1）首先将 W1(s)转换为 W1(z)，采样周期 T=0.2s，程序清单如下： function shiyan42 num=[10];den=[0.005 0.15 1 0]; ts=0.2;[nc,dc]=c2dm(num,den,ts)
INTRO（注意：intro 为一个用 MATLAB 语言编写的幻灯片程序，主要演示
常用的 MATLAB 语句运行结果。）
然后，根据现实出来的幻灯片右面按钮进行操作，可按 START——NEXT—
—NEXT 按钮一步步运行，观察。
3、自编程序并完成上机编辑，调试，运行，存盘：
（1）用 MATLAB 命令完成矩阵的各种运算，例如：
5、利用 ode23 或 ode45 求解线性时不变系统微分方程 y(t) Ay(t) ，并绘制出 y(t)
曲线，式中
A
0.5
1
1 0.5
t t0 t 如下： function xdot=fun21(t,x) A=[-0.5 1;-1 -0.5]; xdot=A*x; function fzsy22 t0=0;tf=4;tol=1e-6; x0=[0;1];trace=1; [t,x]=ode23('fun21',t0,tf,x0,tol,trace); plot(t,x) 得到的实验结果如下图所示：
(完整版)基于MATLAB的智能控制系统的介绍与设计实例最新毕业论文
武汉科技大学智能控制系统学院：信息科学与工程学院专业：控制理论与控制工程学号：姓名：***基于MATLAB的智能控制系统的介绍与设计实例摘要现代控制系统，规模越来越大，系统越来越复杂，用传统的控制理论方法己不能满控制的要求。
智能控制是在经典控制理论和现代控制理论的基础上发展起来的，是控制理论、人工智能和计算机科学相结合的产物。
MATLAB是现今流行的一种高性能数值计算和图形显示的科学和工程计算软件。
本文首先介绍了智能控制的一些基本理论知识，在这些理论知识的基础之上通过列举倒立摆控制的具体实例，结合matlab对智能控制技术进行了深入的研究。
第一章引言自动控制就是在没有人直接参与的条件下，利用控制器使被控对象(如机器、设备和生产过程)的某些物理量能自动地按照预定的规律变化。
它是介于许多学科之间的综合应用学科，物理学、数学、力学、电子学、生物学等是该学科的重要基础。
自动控制系统的实例最早出现于美国，用于工厂的生产过程控制。
美国数学家维纳在20世纪40年代创立了“控制论”。
伴随着计算机出现，自动控制系统的研究和使用获得了很快的发展。
在控制技术发展的过程中，待求解的控制问题变得越来越复杂，控制品质要求越来越高。
这就要求必须分析和设计相应越来越复杂的控制系统。
智能控制系统(ICS)是复杂性急剧增加了的控制系统。
它是由控制问题的复杂性急剧增加而带来的结果，其采用了当今其他学科的一些先进研究成果，其根本目的在于求解复杂的控制问题。
近年来，ICS引起了人们广泛的兴趣，它体现了众多学科前沿研究的高度交叉和综合。
作为一个复杂的智能计算机控制系统，在其建立投入使用前，必要首先进行仿真实验和分析。
计算机仿真(Compeer Simulation)又称计算机模拟(Computer Analogy)或计算机实验。
所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在计算机上对该仿真模型进行模拟实验(仿真实验)研究的过程。
计算机仿真方法即以计算机仿真为手段，通过仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法。
使用MATLAB进行控制系统设计
使用MATLAB进行控制系统设计控制系统设计是一个复杂而重要的工程过程，它在许多领域中发挥着关键作用，包括航天、汽车、机械等。
MATLAB是一个功能强大的工具，被广泛用于控制系统的建模、分析和设计。
在本文中，我们将探讨使用MATLAB进行控制系统设计的基本理论和实践。
一、控制系统设计的基本概念在开始使用MATLAB进行控制系统设计之前，我们需要了解一些基本的概念。
控制系统是由一组元件和子系统组成的，它们共同工作以对给定的输入信号进行调节和控制。
控制系统可以分为开环控制和闭环控制两种类型。
开环控制是一种基本的控制方式，其输入信号通过元件和子系统直接传递到输出端。
然而，开环控制无法对系统的输出进行监控和校正，因此容易受到外部干扰和内部变化的影响。
闭环控制是一种更高级的控制方式，其输出信号通过反馈回路传递给控制器，控制器根据反馈信号对输入信号进行调节。
闭环控制具有自动校正和稳定性强等优点，因此在大多数实际应用中更为常见。
二、MATLAB在控制系统设计中的应用MATLAB在控制系统设计中的应用非常广泛。
首先，MATLAB提供了丰富的工具箱，包括控制系统工具箱、信号处理工具箱等，这些工具箱中的函数和命令可以帮助我们进行控制系统的分析和设计。
其次，MATLAB提供了一种强大的建模和仿真环境，可以用于构建系统的数学模型，并对其进行仿真和验证。
在控制系统设计过程中，我们通常需要建立系统的传递函数或状态空间模型，然后使用MATLAB进行仿真和分析。
第三，MATLAB提供了多种控制器设计方法和优化算法，包括经典控制、现代控制和自适应控制等。
我们可以使用这些方法和算法来设计和调整控制器的参数，以满足系统的性能要求。
第四，MATLAB还支持硬件接口，可以与实际控制系统进行连接和通信。
这使得我们可以将基于MATLAB的控制系统设计方案应用到实际的控制设备中，并进行在线实时控制。
三、MATLAB控制系统设计的实例应用为了更好地理解MATLAB在控制系统设计中的应用，我们可以通过一个实例来进行演示。
计算机控制技术最少拍控制器设计报告
0.3830(1−0.3679������ −1 )(1−0.5859������ −1 )
六、MATLAB 仿真 1、最少拍无静差控制器仿真框图
而按最少拍有波纹控制系统设计出来的闭环系统，经过 3 拍后， 其输出跟踪输入，输出为一恒定值，不会产生波纹。 最少拍无静差控制器根据确定的输入进行设计的，具有较大局限 性 。相对于最少拍无纹波控制器来说，最少拍有纹波控制器能使系 统输出达到稳态是的拍数最少， 但不能保证任意两个采样点之间的稳 态误差为零。 最少拍无纹波控制器在采样点上和采样点间的输出均不 存在稳态误差，但是其缺点是响应速度相对较慢。3;0.718������ −1 )
(1−������ −1 )(1−0.3679������ −1 )
最少拍无静差数字控制器为：
D(z)= =
1
������（������）
������（������） 1−������（������） ������（������）(1−������ −1 )������ (1+0.718������ −1 )(1−������ −1 )
二、系统结构
三、最少拍无静差控制器设计步骤
广义对象为： G(z)=Z[������ℎ (������)������0 (������)]=Z[ =(1-������ −1 )Z[
10
������ −1 (1−������ −1 )2
1−������ −������������ ������
������0 (������)]=(1-������ −1 )Z[
基于Matlab辅助的“计算机控制技术”教学方法探讨_以“最少拍控制系统”设计为例
基于Matlab辅助的“计算机控制技术”教学方法探讨_以“最少拍控制系统”设计为例基于Matlab辅助的“计算机控制技术”教学方法探讨：以“最少拍控制系统”设计为例摘要：计算机控制技术是现代自动化领域的核心内容之一，在这个领域中，掌握合适的教学方法对于学生的学习效果至关重要。
本文以“最少拍控制系统”设计为例，探讨基于Matlab辅助的计算机控制技术教学方法，并通过实践验证了该方法的有效性。
1. 引言计算机控制技术是自动化领域中的重要内容之一，它将计算机与控制系统相结合，实现对各种设备和过程的控制。
在计算机控制技术的教学中，如何提高学生的理论学习和实践能力是一个重要的问题。
本文通过引入Matlab辅助的教学方法，以“最少拍控制系统”设计为例，探讨了有效提高学生学习效果的教学方法。
2. Matlab辅助的教学方法计算机控制技术的理论性较强，学生往往难以理解其中的抽象概念和数学模型。
为了增强学生对理论知识的理解和掌握，可以采用Matlab辅助的教学方法。
Matlab是一种功能强大的数学软件，它能够将抽象的数学模型转化为直观的图形，有助于学生理解和记忆。
在计算机控制技术的教学中，教师可以通过设计一些简单的系统，并用Matlab进行仿真分析，在仿真实验中让学生观察系统的响应特性，并通过实验数据求解出系统参数。
这种实践性强、直观性好的教学方法，可以帮助学生更好地理解和掌握计算机控制技术的知识。
3. “最少拍控制系统”设计为了验证Matlab辅助的教学方法在计算机控制技术教学中的有效性，我们以“最少拍控制系统”设计为例进行了实践。
该系统的主要目标是设计一个控制器，使得系统在给定的最少拍数内稳定。
首先，我们通过Matlab进行仿真分析，得到系统的响应特性。
然后，我们根据系统的数学模型，设计了一个反馈控制器，并进行了仿真实验。
通过实验数据分析，我们得到了系统的最少拍数，并验证了控制器的设计是否有效。
4. 实验结果分析通过实验数据的分析，我们得到了系统的最少拍数为10。
最少拍无纹波控制器的设计
目录0。
前言 01。
题目分析 02。
最少拍无纹波控制原理 (1)3。
最少拍无纹波控制器设计步骤 (2)4.用MATLAB软件仿真 (3)4.1单位阶跃输入信号 (3)4.2单位速度输入信号 (4)4。
3单位加速度输入信号 (5)参考文献 (5)附录 (6)课设体会 (7)最少拍无纹波控制器的设计1任甜甜沈阳航空航天大学北方科技学院摘要:本次课程的目的是学习并熟悉使用计算机软件matlab去建模、分析、设计和仿真最少拍无纹波控制器。
最少拍控制器的设计应首先根据零阶保持器将传递函数离散化，解出待定系数，然后求出相应的闭环脉冲传递函数和数字控制器。
得出的闭环脉冲传递函数在后续工作中还需要进行多次调整，从而获得最佳表达形式。
最后分别使用程序仿真方法和simulink去分析系统在速度和加速度两种输入信号下的动态性能和稳定性能。
关键词：离散化；数字控制器；程序仿真前言最少拍设计,是指系统在典型输入信号的作用下，经过最少拍使系统输出的系统误差为零。
最少拍控制器是基于准确的被控对象而建立的一种控制算法，设计一个数字控制器，使系统到达稳定所需要的采样周期最少，而且在采样点的输出值能准确地跟踪输入信号，不存在静差。
应用数字控制器设计的随动系统的快速性一般以系统需要多少个采样周期数来表征。
通常称一个采样周期为一拍，那么在越少的拍数内，系统的输出能跟上给定值，则系统的快速性越好。
最少拍控制就是为满足这一要求的一种离散化设计方法。
1。
题目分析根据题目要求，设计无波纹最小拍控制器.采用零阶保持器的单位反馈离散系统,被控对象要求系统在单位阶跃输入时，实现无波纹最小拍控制，用离散设计法设计数字控制器。
通过对最少拍数字控制器的设计与仿真，让自己对最少拍数字控制器有更好的理解与认识，透切理解最少拍、最少拍有纹波数字控制器、最少拍无纹波数字控制器的概念,分清最少拍有纹波与无纹波控制系统的优缺点,熟练掌握最少拍数字控制器的设计方法、步骤，并能灵巧地应用matlab平台对最少派控制器进行系统仿真.实验设备及仪器：装有matlab 软件的PC 微机一台。
基于matlab的最少拍控制系统设计
基于MATLAB的最小拍控制系统设计简介在现代工业自动化系统中，控制系统是至关重要的一部分。
其中，最少拍控制系统是一种常见的控制系统，它能够提供稳定的、精确的控制。
本文将介绍基于MATLAB的最少拍控制系统的设计方法和步骤。
什么是最少拍控制系统？最少拍控制系统是一种能够在控制过程中最小化系统的振荡次数的控制系统。
它的设计目标是减少系统的过冲和稳定时间，提高控制的稳定性和精度。
设计步骤基于MATLAB的最少拍控制系统的设计可以分为以下几个步骤：1. 系统建模系统建模是最少拍控制系统设计的第一步。
在这一步中，需要将实际系统抽象成数学模型。
常用的系统建模方法包括传递函数法、状态空间法等。
1.1 传递函数法建模传递函数法是一种常用的系统建模方法。
在MATLAB中，可以使用tf命令来创建传递函数模型。
例如，通过以下代码可以创建一个二阶传递函数模型：num = [1];den = [1 2 1];sys = tf(num, den);1.2 状态空间法建模状态空间法是另一种常用的系统建模方法。
在MATLAB中，可以使用ss命令来创建状态空间模型。
例如，通过以下代码可以创建一个二阶状态空间模型：A = [0 1; -2 -3];B = [0; 1];C = [1 0];D = 0;sys = ss(A, B, C, D);2. 控制器设计控制器设计是最少拍控制系统设计的核心步骤。
在这一步中，需要设计一个合适的控制器来实现最少拍控制系统的要求。
常用的控制器设计方法包括比例控制器、积分控制器、比例积分控制器等。
2.1 比例控制器比例控制器是一种简单的控制器，其输出与输入的线性关系成比例。
在MATLAB中，可以使用pid命令来创建比例控制器。
例如，通过以下代码可以创建一个比例控制器：Kp = 1;C = pid(Kp);2.2 积分控制器积分控制器是一种能够消除系统稳态误差的控制器，其输出与输入的线性关系成比例并且与时间积分。
基于MATLAB的智能控制系统的设计与优化
基于MATLAB的智能控制系统的设计与优化1. 前言智能控制系统是目前工业自动化领域中一个重要的方向，该系统可以通过优化控制算法来提高设备的生产效率，并且可以控制生产过程中的风险和错误。
本文将介绍如何利用MATLAB对智能控制系统进行设计与优化。
2. MATLAB在智能控制系统中的应用MATLAB提供了大量的技术工具箱，这些工具箱包括模糊逻辑、人工神经网络、进化算法和控制系统工具箱。
这些工具箱可以帮助工程师以最小的成本和时间开发智能控制系统。
2.1 模糊逻辑模糊逻辑是一种基于模糊概念的经典控制方法，它可以用来处理具有模糊或不确定性的变量。
在MATLAB中，可以使用Fuzzy Logic Toolbox来实现模糊逻辑控制。
该工具箱提供了模糊推理、模糊逻辑控制和模糊优化等功能。
2.2 人工神经网络人工神经网络是一种模拟人类神经系统行为的计算模型。
在MATLAB中，可以使用Neural Network Toolbox来实现人工神经网络控制。
该工具箱提供了多层感知器、自组织映射和循环神经网络等模型。
2.3 进化算法进化算法是一种基于生物进化的优化方法。
在MATLAB中，可以使用Global Optimization Toolbox和Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox两个工具箱来实现进化算法。
这些工具箱提供了遗传算法、多目标遗传算法和粒子群算法等算法。
2.4 控制系统工具箱控制系统工具箱是MATLAB中提供的一个标准工具箱，它包含了系统动力学、设计和分析的工具。
该工具箱提供了线性和非线性控制器设计、系统模型建立和控制系统分析等功能。
3. 智能控制系统的设计与实现智能控制系统可以分为两个部分：控制器设计和系统模型建立。
控制器设计是将MATLAB提供的工具箱应用到实际系统中来设计一个适合的控制器。
系统模型建立是将实际系统抽象成数学模型，以便进行仿真和优化。
3.1 控制器设计控制器设计的第一步是选择合适的控制方法和工具箱。
最小拍系统matlab仿真1
课程设计任务书10/11 学年第一学期学院：专业：学生姓名：学号：课程设计题目：起迄日期：课程设计地点：指导教师：系主任：下达任务书日期: 2011 年12 月课程设计任务书一、基本原理最少拍设计，是指系统在典型输入信号（如阶跃信号、速度信号、加速度信号等）作用下，经过最少拍（有限拍）使系统输出的系统稳态误差为零。
因此，最少拍控制系统也称为最少拍无差系统或最少拍随动系统，它实质上是时间最优控制系统，系统的性能指标就是系统的调节时间最短或尽可能短，即对闭环Z 传递函数要求快速性和准确性。
R(z)G c(s ) —— 被控对象的连续传递函数D (z ) —— 数字控制器的Z 传递函数H (s) —— 零阶保持器的传递函数，T —— 采样周期广义对象的脉冲传递函数为：G(z)=Z [])()(S G S H C ∙系统闭环脉冲传递函数为：φ(z)=)()(z R z C =)()(1)()(z G z D z G z D + 系统误差脉冲传递函数为：φe (z)=)()(z R z E =1-φ(z)=)()(11z G z D +数字控制器脉冲传递函数：D(z)=)()(z E z U =)(1z G )(1)(z z φΦ- 若已知Gc(s) ，且可根据控制系统的性能指标要求构造Ф(z)，则根据 G(z)= Z ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∙--)(1s G s e c Ts =（1-z -1）Z ⎥⎦⎤⎢⎣⎡s s G c )(和D(z)=)()(z E z U =)(1z G )(1)(z z φΦ- 1、闭环Z 传递函数Φ(z)的确定；由图1：误差E(z)的Z 传递函数为：φe (z)=)()(z R z E =1-φ(z)=)()(11z G z D + 数字控制器脉冲传递函数： D(z)=)()(z E z U =)(1z G )(1)(z z φΦ- 从上式看出，D (z )的求取主要取决于φ(z), 或者φe (z)，φ(z)的选择根据稳、准、快等指标设计。
课程设计基于Matlab控制系统的设计模型
基于Matlab 的控制系统模型一、 实验目的1. 熟悉Matlab 的使用环境，学习Matlab 软件的使用方法和编程方法2. 学习使用Matlab 进行各类数学变换运算的方法3. 学习使用Matlab 建立控制系统模型的方法二、 实验器材x86系列兼容型计算机，Matlab 软件三、 实验原理1. 香农采样定理对一个具有有限频谱的连续信号f(t)进行连续采样，当采样频率满足max 2ωω≥S 时，采样信号f*(t)2. 拉式变换和Z 变换3. 控制系统模型的建立与转化传递函数模型：num=[b1,b2,…bm]，den=[a1,a2,…an]，nn n mm m b s a s a b s b s b den num s G ++++++==--ΛΛ121121)( 零极点增益模型：z=[z1,z2,……zm]，p=[p1,p2……pn]，k=[k]，)())(()())(()(2121n m p s p s p s z s z s z s k s G ------=ΛΛ四、实验步骤1.根据参考程序，验证采样定理、拉氏变换和Z变换、控制系统模型建立的方法2.观察记录输出的结果，与理论计算结果相比较3.自行选则相应的参数，熟悉上述的各指令的运用方法五、实验数据及结果分析记录输出的数据和图表并分析六、总结实验二基于Matlab的控制系统仿真一、实验目的1.学习使用Matlab的命令对控制系统进行仿真的方法2.学习使用Matlab中的Simulink工具箱进行系统仿真的方法二、实验器材x86系列兼容型计算机，Matlab软件三、实验原理1.控制系统命令行仿真gridrlocus(gz) %根轨迹图grid建立如图所示二阶系统控制模型并进行系统仿真。
25 s(s+2×0.4×5)1R(s)C(s)+-R(z)C(z)E(s)二阶系统闭环传递函数为22222554.025)54.02(51)54.02(5)(+⨯⨯+=⨯⨯++⨯⨯+=s s s s s s s G ，请转换为离散系统脉冲传递函数并仿真，改变参数，观察不同的系统的仿真结果。
利用Matlab进行控制系统设计和分析
利用Matlab进行控制系统设计和分析控制系统是各个工程领域中不可或缺的一部分。
它可以用来控制机器人、飞行器、电机以及其他众多的实际工程应用。
Matlab作为一种功能强大的数值计算软件，提供了丰富的工具和函数来进行控制系统设计和分析。
本文将介绍如何利用Matlab来进行控制系统的设计和分析。
一、控制系统基本概念在开始之前，我们先来了解一些控制系统的基本概念。
控制系统由三个基本组成部分构成：输入、输出和反馈。
输入是指信号或者指令，输出则是系统对指令的响应，而反馈则是输出信号对系统输入的影响。
二、Matlab中的控制系统工具箱Matlab提供了专门用于控制系统设计和分析的工具箱。
其中最重要的是Control System Toolbox。
该工具箱中包含了一系列用于控制系统设计和分析的函数和工具。
使用Control System Toolbox，我们可以很方便地进行控制系统的建模、设计和分析。
三、控制系统的建模控制系统的建模是指将实际系统抽象为数学模型。
在Matlab中，我们可以使用State Space模型、Transfer Function模型以及Zero-Pole-Gain模型来描述控制系统。
1. 状态空间模型状态空间模型是一种常用的描述系统动态响应的方法。
在Matlab中，我们可以使用stateSpace函数来创建状态空间模型。
例如，我们可以通过以下方式创建一个简单的二阶状态空间模型：A = [0 1; -1 -1];B = [0; 1];C = [1 0];D = 0;sys = ss(A, B, C, D);2. 传递函数模型传递函数模型是另一种常用的描述系统动态响应的方法。
在Matlab中，我们可以使用tf函数来创建传递函数模型。
例如，我们可以通过以下方式创建一个简单的一阶传递函数模型：num = 1;den = [1 2];sys = tf(num, den);3. 零极点增益模型零极点增益模型是用来描述系统频域特性的一种方法。
matlab最少拍有波纹控制器控制系统建模分析设计和仿真
matlab最少拍有波纹控制器控制系统建模、分析、设计和仿真北京理工大学珠海学院课程设计任务书2010 ～2011 学年第 2学期学生姓名：专业班级： 08自动化1班指导教师：钟秋海工作部门：信息学院一、课程设计题目《控制系统建模、分析、设计和仿真》本课程设计共列出10个同等难度的设计题目，编号为：[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。
学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。
例如，学号为8xxxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。
二、课程设计内容（一）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计内容最少拍有波纹控制系统[2号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真设连续被控对象的实测传递函数为：用零阶保持器离散化，采样周期取0.1秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。
具体要求见（二）。
（二）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计要求及评分标准【共100分】1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB 描述。
（2分）2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。
（4分）3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。
（2分）4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳定的要求。
（6分）5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳定的要求。
（8分）6、根据4、5、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。
（12分）7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。
（3分）8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。
（7分）9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。
MATLAB基于模型的控制系统设计
MATLAB基于模型的控制系统设计介绍：控制系统是现代工程的基本组成部分之一，用于控制和稳定物理系统的运动。
MATLAB是一种广泛使用的工程软件，具有强大的模型开发和控制设计功能。
基于模型的控制系统设计是使用数学模型来描述系统动态特性，并使用这些模型来设计和优化控制器的一种方法。
在这篇文章中，我们将介绍MATLAB中基于模型的控制系统设计的一般方法和步骤。
一、系统建模：在进行基于模型的控制系统设计之前，首先需要建立系统的数学模型。
系统的数学模型通常是由微分方程或差分方程组成的，用于描述系统的输入、输出和动态行为。
MATLAB提供了各种建模工具和函数，可以通过实验数据、理论推导或系统识别等方法来构建系统模型。
常用的建模工具包括MATLAB的Control System Toolbox和System Identification Toolbox。
二、控制器设计：有了系统的数学模型之后，下一步是设计控制器。
在基于模型的控制系统设计中，通常使用经典控制理论和现代控制理论来设计控制器。
常用的控制器设计方法包括PID控制器、根轨迹法、频域设计、状态空间设计等。
MATLAB提供了各种控制器设计工具和函数，如MATLAB的Control System Toolbox和Robust Control Toolbox等。
这些工具可以自动生成控制器，也可以通过手动调节参数来优化控制器设计。
三、系统仿真：在进行控制器设计之前，可以使用MATLAB对系统进行仿真，以验证系统的稳定性和性能。
MATLAB提供了Simulink仿真平台，可用于建立系统的仿真模型，并进行连续或离散时间域的仿真。
在仿真中，可以通过改变输入信号、系统参数或控制器参数来研究系统的响应和特性，并通过MATLAB的绘图工具对仿真结果进行可视化和分析。
四、控制器调整：在进行系统仿真后，根据仿真结果可以调整控制器的参数和结构。
可以使用MATLAB提供的优化工具包、自适应控制工具和多变量控制工具等功能进行控制器调整。
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在本次设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是有点难，不是很顺手。在调试的 过程中，遇到的问题更多，调试的过程是一个让人思考的过程，也是熟悉稳态方法和实践动 手的好机会，顺着模块的顺序依次排查接线，出现问题，想出各种可能的情况，测试解决。 通过这次的课程设计，锻炼了我的动手实践能力，让我有机会将课本所学的知识与实际相结 合。切身体会到动手能力的重要。同时电路的设计修改也是我将知识整理融汇的过程，在某
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基于 LTCC 工艺的设计规范总结
单位阶跃信号输入时最少拍控制系统
将示波器的数据存为矩阵形式，命名为y1 在Matlab 命令窗口输入： >> plot(tout(:,1),y1(:,2:4)); >> hold on,legend(' 输入','误差','输出') 可得输入、输出和误差三条曲线仿真结果如下图所示：
0.5 1)(1 0.3679 1)(1 0.718 1)
1)
检验误差：
z E(z) (1(z))R(z) 1
从 E ( z ) 看出，按单位速度输入设计的系统，当 k
2 之后，
即二拍之后，误差 e(k ) 0 ，满足题目要求。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(3)单位加速度信号：
可知，按加速度输入信号设计的系统当 k 大于等于 3，即三拍之后，误 差 e（k）=0。
将所得结果分别用Matlab中的Simulink 工具箱进行仿真，并将 输入、输出和误差三条曲线放置在同一图像内，比较三种情况下的跟随特性。
四. 实验步骤
在三种输入（单位阶跃/速度/加速度）分别作用下，运用 Simulink 对 其控制结果进行仿真。 (1)单位阶跃信号： 系统 Simulink 仿真模型框图如下图所示：
单位阶跃信号输入时系统的仿真结果 5 页脚内容
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(2)单位速度信号： 控制系统Simulink 框图如下图所示：
单位速度信号输入时最少拍控制系统
将示波器的数据存为矩阵形式，命名为 y2 在 Matlab 命令窗口输入 >> plot(tout(:,1),y2(:,2:4)); >> hold on,legend(' 输入','误差','输出') 可得输入、输出和误差三条曲线仿真结果如下图所示：
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仿真结果图如下图所示：
单位加速度信号输入时系统的仿真结果
五. 实验数据及结果分析
由上面的仿真结果图可知，按最少拍控制系统设计出来的闭环系统，在有限 拍后进入稳态，这时闭环系统输出在采样时间精确的跟踪输入信号。如单位阶跃 信号在一拍后，单位速度信号在两拍后，单位加速度信号则在三拍之后。然而， 进一步研究可以发现虽然在采样时刻系统输出与所跟踪的参考输入一致，但在两 个采样时刻之间，系统的输出存在着纹波或振荡。例如单位阶跃信号在一拍后的 稳态响应仍有许多振荡。这种纹波不仅影响系统的控制性能，产生过大的超调和 持续振荡，而且还增加了系统功率损耗和机械磨损。
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些课设涉及的地方我的理解更加深入了。今后随着学习的深入，还会有更加深入的理论方法， 相信到时候我可以学会更多知识，将所学的知识学以致用。
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基于 LTCC 工艺的设计规范总结
从 E(z)看出，按单位速度输入设计的系统，当 k 大于等于 2 之后，即
二拍之后，误差 e（k）=0，满足题目要求。
(2)单位速度信号：
原理同上，我们可以得到：
z z z z D(Z
)
(z) G( z )(1 ( z ))
0.5434(1 (1
GP
(s)
10 s(s 1)
最少拍采样数字控制系统
设采样周期 T=1s ，首先求取广义被控对象的脉冲传递函数： 广义被控对象
我们知道，最少拍系统是按照指定的输入形式设计的，输入形式不同，数 字控制器也不同。因此，对三种不同的输入信号分别进行考虑： (1)单位阶跃信号：
计算可得到最少拍数字控制器为
检验误差序列：
最少拍设计，是指系统在典型输入信号（如阶跃信号、速度信号、加速度 信号等）作用下，经过最少拍（有限拍）使系统输出的系统稳态误差为零。因此， 最少拍控制系统也称最少拍无差系统或最少拍随动系统，它实质上是时间最优控
制系统，系统的性能指标就是系统调节时间最短或尽可能短，即对闭环 Z 传递
函数要求快速性和准确性。下面以一个具体实例介绍最少拍系统的设计和仿真。 考虑图中所示的采样数字控制系统，被控对象的脉冲传递函数为
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基于 LTCC 工艺的设计规范总结
单位速度信号输入时系统的仿真结果
(3)单位加速度信号： 控制系统Simulink 框图如下图所示：
单位加速度信号输入时最少拍控制系统
将示波器的数据存为矩阵形式，命名为 y3 在 Matlab 命令窗口输入 >> plot(tout(:,1),y3(:,2:4)); >> hold on,legend(' 输入','误差','输出')
二. 实验器材
x86 系列兼容型计算机，Matlab 软件。
三. 实验原理
1. 数字PID 系统设计 建立所示的数字 PID 系统控制模型并进行系统仿真，已知：
10 GP (s) (s 1)(s 2) ,采样周期 T=0.1s。
2. 最少拍系统仿真
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基于 LTCC 工艺的设计规范总结
计算机控制技术实验
设计
—基于 Matlab 的最少拍控制系统
学院:计算机科学与技术 班级: 姓名: 学号: 指导老师:
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基于 LTCC 工艺的设计规范总结
日期:
基于 Matlab 的最少拍控制系统设计
一. 实验目的
学习使用 Matlab 设计最少拍系统的方法。