自动控制实验Matlab的应用
MATLAB在《自动控制原理》课程教学中的应用
【】俞 倩 兰 . 用 MA A 辅 助 Ⅸ 5 利 TL B 自动控 制原 理 》 学 [ . 教 J 常熟 理 工 】 学院 学 报 , 0 8 20.
4 5 6 7 8 9 1
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中 国科教创 新导刊 C i d c t n I o a in H r l hn E u a i n v t e ad a o n o
参 考 文 献
[】刘永 强 , 1 董翠 敏 . 谈Ⅸ自动 控 制原 理 》 程 教 学改 革 【】 湖南 农 浅 课 J. 机 , 0 8 1 20 ,. []胡 寿 松 . 2 自动 控 制 原 理 ( 5 ) . 学 出 版 社 , 0 7 6 第 版 【 科 M】 20 , . 【]张志 涌 . 3 精通 MA L B . 版 [ . T A 6 5 M】北京 航 空航 天 出版 社 , 0 3 20 . [1朱 成 志 . 4 MATLAB在 自动 控 制 原理 理 论 教 学 中的 应 用【】 铜陵 J. 职 业 技 术 学 院 学报 , 0 . 2 08
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利用 S mu i k i l 提供 的P D 块 , 建 系 统框 图如 图5 n I模 搭 N示 。 双 击 P D控制 模 块 , 得 到 函数 参 数 模 块 , 而 可 直 接 对P D调 I 可 进 I 节 器 的 三 个 参 数 , , 进 行 调 节 , 到 系 统 不 同 的 阶跃 响应 曲 得 线 。 如 当取 K =1 , i 0 , a 0时 , 得 到 如 下 曲线 ( 图6 。 例 0 K =1 0K =1 可 如 ) 通 过 不 断 调 整三 个 参 数 , 应 地 可 得 到 不 同 的 阶 跃 响 应 函数 , 相 进 而 研 究 参 数 变 化 对 系 统输 出 的 影 响 , 这里 不 再 一 一 罗列 。 当然 , MAT AB 件 的功 能 不局 限于 上 述 两 个方 面 。 于更 深 L 软 至 层次 的应 用 , 要 结 合 具 体 课 程 内 容 和 教 学 目标 要 求 加 以 进 一 步 需 的分析 , 这里 不 再 一 一 赘 述 。
《自动控制原理》MATLAB中的传递函数模型实验
《自动控制原理》MATLAB中的传递函数模型实验一、实验目的1、熟练运用matlab软件,求解控制系统数学模型2、掌握传递函数在matlab中的表达方法3、掌握matlab求解拉氏变换和反变换4、掌握matlab求系统极值点和零点判断系统稳定性二、实验仪器Matlab2014b版三、实验原理(一)MATLAB中的传递函数模型传递函数在matlab中的表达方法控制系统的传递函数模型为:在MATLAB中,分子/分母多项式通过其系数行向量表示,即:num = [b0 b1 … bm]den = [a0 a1 … an]此时,系统的传递函数模型用tf函数生成,句法为:sys=tf(num, den) 其中,sys为系统传递函数。
如:num = [1 5 0 2]; den = [2 3 15 8];则:sys=tf(num, den)输出为:Transfer function:若控制系统的模型形式为零极点增益形式:此时,系统的传递函数模型用zpk函数生成,句法为:sys=zpk(z, p, k)。
zpk函数也可用于将传递函数模型转换为零极点增益形式,句法为:zpksys=zpk(sys)如:z=[-0.5 -1 -3]; p=[1 -2 -1.5 -5]; k=10;sys=zpk(z, p, k)传递函数的转换[num,den]=zp2tf(z,p,k)[z,p,k]=tf2zp(num,den)实际系统往往由多个环节通过串联、并联及反馈方式互连构成。
MATLAB提供的三个用于计算串联、并联及反馈连接形成的新系统模型的函数。
series函数计算两子系统串联后的新系统模型。
句法:sys = series(sys1, sys2)sys1, sys2分别为两子系统模型parallel函数计算两子系统并联后的新系统模型。
句法: sys = parallel(sys1, sys2)feedback函数计算两子系统反馈互联后的新系统模型。
(最新版)自动控制原理MATLAB仿真实验报告
实验一 MATLAB及仿真实验(控制系统的时域分析)一、实验目的学习利用MATLAB进行控制系统时域分析,包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性;二、预习要点1、系统的典型响应有哪些?2、如何判断系统稳定性?3、系统的动态性能指标有哪些?三、实验方法(一)四种典型响应1、阶跃响应:阶跃响应常用格式:1、;其中可以为连续系统,也可为离散系统。
2、;表示时间范围0---Tn。
3、;表示时间范围向量T指定。
4、;可详细了解某段时间的输入、输出情况。
2、脉冲响应:脉冲函数在数学上的精确定义:其拉氏变换为:所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。
脉冲响应函数常用格式:①;②③(二)分析系统稳定性有以下三种方法:1、利用pzmap绘制连续系统的零极点图;2、 利用tf2zp 求出系统零极点;3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 (三) 系统的动态特性分析Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.四、实验内容 (一) 稳定性1. 系统传函为()27243645232345234+++++++++=s s s s s s s s s s G ,试判断其稳定性2. 用Matlab 求出的极点。
%Matlab 计算程序num=[3 2 5 4 6];den=[1 3 4 2 7 2];G=tf(num,den);pzmap(G);p=roots(den) 运行结果: p =-1.7680 + 1.2673i -1.7680 - 1.2673i 0.4176 + 1.1130i 0.4176 - 1.1130i -0.2991P ole-Zero MapReal AxisI m a g i n a r y A x i s-2-1.5-1-0.500.5-1.5-1-0.50.511.5图1-1 零极点分布图由计算结果可知,该系统的2个极点具有正实部,故系统不稳定。
自动控制原理MATLAB仿真实验报告
实验一 MATLAB 及仿真实验(控制系统的时域分析)一、实验目的学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析,包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性; 二、预习要点1、 系统的典型响应有哪些2、 如何判断系统稳定性3、 系统的动态性能指标有哪些 三、实验方法(一) 四种典型响应1、 阶跃响应:阶跃响应常用格式:1、)(sys step ;其中sys 可以为连续系统,也可为离散系统。
2、),(Tn sys step ;表示时间范围0---Tn 。
3、),(T sys step ;表示时间范围向量T 指定。
4、),(T sys step Y =;可详细了解某段时间的输入、输出情况。
2、 脉冲响应:脉冲函数在数学上的精确定义:0,0)(1)(0〉==⎰∞t x f dx x f其拉氏变换为:)()()()(1)(s G s f s G s Y s f ===所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。
脉冲响应函数常用格式: ① )(sys impulse ; ②);,();,(T sys impulse Tn sys impulse③ ),(T sys impulse Y =(二) 分析系统稳定性 有以下三种方法:1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图;2、 利用tf2zp 求出系统零极点;3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 (三) 系统的动态特性分析Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.四、实验内容 (一) 稳定性1. 系统传函为()27243645232345234+++++++++=s s s s s s s s s s G ,试判断其稳定性2. 用Matlab 求出253722)(2342++++++=s s s s s s s G 的极点。
%Matlab 计算程序num=[3 2 5 4 6];den=[1 3 4 2 7 2];G=tf(num,den);pzmap(G);p=roots(den)运行结果: p =+ - + -P ole-Zero MapReal AxisI m a g i n a r y A x i s-2-1.5-1-0.500.5-1.5-1-0.50.511.5图1-1 零极点分布图由计算结果可知,该系统的2个极点具有正实部,故系统不稳定。
MATLAB在自动化测试与仪器控制中的应用指南分享
MATLAB在自动化测试与仪器控制中的应用指南分享一、引言随着科技的快速发展,自动化测试与仪器控制在各个领域得到广泛应用。
而MATLAB作为一种强大的数学计算和数据分析软件,为自动化测试与仪器控制提供了强有力的支持。
本文将分享MATLAB在自动化测试与仪器控制中的应用指南。
二、MATLAB在自动化测试中的应用1. 数据采集与处理自动化测试过程中,需要采集大量的数据并进行相应的处理和分析。
MATLAB 提供了丰富的数据采集和处理函数,可以快速对测试数据进行采集、整理和分析。
2. 信号处理自动化测试中,常常需要对各种信号进行分析和处理。
MATLAB提供了信号处理工具箱,包括傅里叶变换、滤波器设计等,可以高效地对信号进行处理和分析。
3. 建模与仿真在自动化测试过程中,往往需要对被测对象进行建模与仿真。
MATLAB提供了强大的建模工具,如Simulink等,可以快速建立系统模型,并进行仿真与分析。
4. 自动化测试脚本编写MATLAB提供了丰富的脚本编写功能,可以快速编写自动化测试的脚本。
通过编写脚本,可以实现测试过程的自动化,提高测试效率和精度。
三、MATLAB在仪器控制中的应用1. 仪器驱动与控制MATLAB提供了众多的仪器驱动和控制工具箱,包括Instrument Control Toolbox和Data Acquisition Toolbox等。
通过这些工具箱,可以方便地与各种仪器进行通信和控制。
2. 仪器数据获取与分析在仪器测试过程中,需要获取和分析仪器采集的数据。
MATLAB提供了强大的数据获取和分析功能,可以高效地处理和分析仪器数据。
3. 仪器测量与校准使用MATLAB,可以进行仪器的测量和校准。
MATLAB提供了丰富的测量和校准工具,如仪器控制工具箱和仪器校准工具箱等,可满足各种测量和校准需求。
四、案例研究1. 自动化测试案例以电子产品为例,通过MATLAB的数据采集、信号处理和脚本编写功能,实现电子产品的自动化测试。
MATLAB在“自动控制原理”课程中的应用研究
HEBEINONGJI摘要:“自动控制原理”是电气与自动化专业重要的专业基础课,内容抽象、复杂,学生理解困难。
近年来,随着MATLAB引入自动控制原理教学实践中,利用其强大的数值计算及绘图功能,对教学形式和内容进行了有力改革,从而有效地提高了课堂教学效率及教学效果。
关键词:自动控制原理;MATLAB;教学改革MATLAB在“自动控制原理力课程中的应用研究河北农业大学李珊珊孔德刚弋景刚袁永伟刘江涛引言自动控制原理是电气与自动化专业一门重要的专业技术基础课,该课程在内容体系中起着承上启下的作用。
主要介绍讨论了单输入一单输出定常系统的控制问题,讲授经典控制理论的三大分析方法一时域分析法、根轨迹分析法和频域分析法,自动控制系统综合与校正的一般方法和非线性系统等内容,课程具有一定的抽象性,包含大量的数学内容和复杂计算。
通过学习,要求学生系统掌握自动控制的基本原理和基本方法,并能对控制系统进行定性分析、定量计算和综合设计。
学生普遍反映难以理解,内容枯燥。
基于此,需要对教学内容及教学方法进行更新,在教学中引入了MATLAB编程语言。
1现代教育理念1.1以学生为中心美国人本主义心理学家卡尔•罗杰斯于1952年提出“以学生为本”的教育理念,主张促进学生个性发展、人格完善和潜能发挥,使他们能够愉快地、创造性地学习和工作。
目前,这种教育理念仍然作为一种基本的现代教育理念。
1.2创新发展的理念党的十八届五中全会提出“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念,其中创新被置于首位。
随着互联网技术的迅速发展,知识更新换代速度加快,对复合创新型人才的需求愈发强烈,人才培养要摒弃传统的知识灌溉模式,应将教学重点转移到重视研究方法学习、培养创新精神上。
1.3OBE教育理念OBE为"Outcomes-based Education"的缩写,OBE教育理念即基于成果导向的教育理念。
美国的Spady在《基于产出的教育模式:争议与答案》一书中把OBE定义为“关注和组织教育体系,以确保学生在未来的生活中获得实质性的成功经验”。
自动控制原理MATLAB仿真实验(于海春)
自动控制原理MATLAB仿真实验(于海春)实验一典型环节的MATLAB仿真一、实验目的1.熟悉MATLAB桌面和命令窗口,初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。
2.通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性,加深对各典型环节响应曲线的理解。
3.定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、SIMULINK 的使用MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。
利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型,进行仿真和调试。
1.运行MATLAB软件,在命令窗口栏“>>”提示符下键入imulink命令,按Enter键或在工具栏单击按钮,即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。
2.选择File菜单下New下的Model命令,新建一个imulink仿真环境常规模板。
图1-1SIMULINK仿真界面图1-2系统方框图3.在imulink仿真环境下,创建所需要的系统。
以图1-2所示的系统为例,说明基本设计步骤如下:1)进入线性系统模块库,构建传递函数。
点击imulink下的“Continuou”,再将右边窗口中“TranferFen”的图标用左键拖至新建的“untitled”窗口。
2)改变模块参数。
在imulink仿真环境“untitled”窗口中双击该图标,即可改变传递函数。
其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数,数字之间用空格隔开;设置完成后,选择OK,即完成该模块的设置。
3)建立其它传递函数模块。
按照上述方法,在不同的imulink的模块库中,建立系统所需的传递函数模块。
例:比例环节用“Math”右边窗口“Gain”的图标。
4)选取阶跃信号输入函数。
用鼠标点击imulink下的“Source”,将右边窗口中“Step”图标用左键拖至新建的“untitled”窗口,形成一个阶跃函数输入模块。
5)选择输出方式。
自动控制理论matlab课程设计
总结词
通过Matlab编程实现温度控制 系统的模拟,掌握单闭环控制 系统的基本原理和设计方法。
系统稳定性分析
通过Matlab的根轨迹或频率响 应分析方法,判断系统的稳定 性。
模拟实验
通过Matlab的Simulink模块, 搭建温度控制系统的仿真模型, 进行模拟实验。
双闭环电机调速系统设计
总结词
通过Matlab编程实现电机调速控制 系统的模拟,掌握双闭环控制系统 的基本原理和设计方法。
课程设计展望
增加难度和挑战性
加强理论与实践结合
完善课程设计题目和内容
加强团队协作能力的培养
在未来的课程设计中,可以增 加难度和挑战性,例如设计更 加复杂的控制系统、实现更加 先进的控制算法等,以提高学 生的实际操作能力和解决问题 的能力。
在未来的课程设计中,可以更 加注重理论与实践的结合,例 如通过实际案例分析、现场实 践等方式,加深学生对理论知 识的理解和应用。
自动控制理论 Matlab课程设计
目录
• 引言 • 自动控制理论概述 • Matlab在自动控制中的应用 • 自动控制系统设计实例 • Matlab课程设计总结与展望
01
引言
课程设计的目的和意义
01 02
掌握自动控制理论的基本原理和应用
通过Matlab课程设计,学生可以深入理解自动控制理论的基本原理, 包括线性系统、稳定性、反馈控制等,并学习如何将这些理论应用于实 际系统中。
抗干扰性
系统对外部干扰的抵抗能力。
03
Matlab在自动控制中的 应用
Matlab在控制系统建模中的应用
总结词
通过使用Matlab,学生可以学习如何建立各种控制系统的数学模型,包括线性 时不变系统、非线性系统等。
自动实验一——典型环节的MATLAB仿真报告
自动实验一——典型环节的MATLAB仿真报告引言:典型环节的MATLAB仿真是一种常见的模拟实验方法,通过使用MATLAB软件进行建模和仿真,可以有效地研究和分析各种复杂的物理系统和控制系统。
本报告将介绍一个典型环节的MATLAB仿真实验,包括实验目的、实验原理、实验步骤、实验结果和讨论等内容。
一、实验目的本实验旨在通过MATLAB仿真实验,研究和分析一个典型环节的动态特性,深入了解其响应规律和控制方法,为实际系统的设计和优化提供理论支持。
二、实验原理典型环节是控制系统中的重要组成部分,一般包括惯性环节、惯性耦合和纯滞后等。
在本实验中,我们将重点研究一个惯性环节。
惯性环节是一种常见的动态系统,其特点是系统具有自身的动态惯性,对输入信号的响应具有一定的滞后效应,并且在输入信号发生变化时有一定的惯性。
三、实验步骤1.建立典型环节的数学模型。
根据实际情况,我们可以选择不同的数学模型描述典型环节的动态特性。
在本实验中,我们选择使用一阶惯性环节的传递函数模型进行仿真。
2.编写MATLAB程序进行仿真。
利用MATLAB软件的控制系统工具箱,我们可以方便地建立惯性环节的模型,并利用系统仿真和分析工具进行仿真实验和结果分析。
3.进行仿真实验。
选择合适的输入信号和参数设置,进行仿真实验,并记录仿真结果。
4.分析实验结果。
根据仿真结果,可以分析典型环节的动态响应特性,比较不同输入信号和控制方法对系统响应的影响。
四、实验结果和讨论通过以上步骤,我们成功地完成了典型环节的MATLAB仿真实验,并获得了仿真结果。
通过对仿真结果的分析,我们可以得到以下结论:1.惯性环节的响应规律。
惯性环节的响应具有一定的滞后效应,并且对输入信号的变化具有一定的惯性。
随着输入信号的变化速度增加,惯性环节的响应时间呈指数级减小。
2.稳态误差与控制增益的关系。
控制增益对稳态误差有重要影响,适当调整控制增益可以减小稳态误差。
3.不同输入信号的影响。
Matlab在智能控制与自动化系统中的应用案例
Matlab在智能控制与自动化系统中的应用案例智能控制与自动化系统是当今科技领域的热门话题,它涉及到诸多领域,如机器学习、人工智能、机器视觉等。
而Matlab作为一种功能强大的编程语言和软件工具,被广泛应用于智能控制与自动化系统中。
本文将探讨Matlab在该领域中的应用案例,并分析其在实际系统中的作用。
一、机器学习机器学习是智能控制与自动化系统中不可或缺的一部分。
通过机器学习算法,系统可以根据大量的数据进行学习和预测,从而实现自动化控制。
Matlab提供了丰富的机器学习工具和函数,极大地简化了机器学习的实现过程。
以图像识别为例,在智能控制与自动化领域,图像识别广泛应用于人脸识别、物体检测等场景。
Matlab中的图像处理工具箱提供了多种图像特征提取、分类和识别的算法,方便了图像识别的实现。
通过Matlab,可以使用深度学习库来实现卷积神经网络(CNN),从而提高图像识别的精确度和效率。
二、控制系统设计控制系统设计是智能控制与自动化系统中的核心任务。
Matlab提供了丰富的工具箱和函数,支持不同领域的控制系统设计,如PID控制、模糊控制、自适应控制等。
以PID控制为例,PID是一种经典的控制算法,在许多自动化系统中得到广泛应用。
Matlab中的控制系统工具箱可以帮助工程师快速设计和调整PID控制器参数,并通过仿真验证控制效果。
此外,Matlab还提供了优化工具箱,可以根据系统的性能指标,自动优化控制器参数,从而进一步提高控制系统的性能。
三、机器视觉机器视觉是智能控制与自动化系统中的另一个重要领域。
它通过图像和视频数据,实现对现实世界的理解和感知。
Matlab提供了强大的图像处理和计算机视觉工具箱,可以帮助开发人员快速实现各种机器视觉应用。
在工业自动化领域,机器视觉可以用于检测和识别产品缺陷,提高生产线的质量和效率。
通过Matlab,可以利用图像处理和模式识别算法,实现对产品的自动检测和分类。
此外,Matlab的计算机视觉工具箱还提供了特征提取和目标跟踪等功能,可用于实现自动导航和无人车等应用。
MATLAB在自动控制原理中的应用
程序运行结果为:
Transfer function: ←系统s1的传递函数模型
2 s^2 + 5 s + 1
------------------
s^2 + 2 s + 3
Zero/pole/gain: ←系统s2的零极点增益模型
5 (s+2)
-----------
(s+10)
Zero/pole/gain: ←系统s1、s2的反馈零极点增益模型
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
表 系统根轨迹绘制及零极点分析函数
函数名
功能
pzmap 绘制系统的零极点图
tzero 求系统的传输零点
rlocfind 计算给定根轨迹增益
rloccus 求系统根轨迹 damp 求系统极点的固有频率和阻尼系统
ploe
求系统的极点
dcgain 求系统的直流(稳态)增益
时域分析是一种直接在时间域中对系统进行分析的方法,具有直观和准确的 优点。它是根据控制系统输入与输出之间的时域表达式,分析系统的稳定性、瞬 态过程和稳态误差。控制系统最常用的分析方法有两种:一是当输入信号为单位 阶跃时,求出系统的响应;二是当输入信号为单位冲激函数时,求出系统的响应。
1. 生成特定的激励信号的函数gensig( ) 格式:[u,t] = gensig(type,tau) 功能:按指定的类型type和周期tau生成特定类型的激励信号u。其中变元type可 取字符为:‘sin’(正弦)、‘square’(方波)、‘pulse’(脉冲)。
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
[例] 由连续系统:
H (s) 2s2 5s 1 s2 2s 3
Matlab在自动控制原理实验中的应用
(n o main E gn eigDe a t n fGe g a n ttt ,B in nv ri fTe h oo y,B in 0 3 1 I fr t n iern p rme to n d n Isiu e ej gU iest o c n lg o i y ej g 1 1 0 ,Chn ) i ia
V0 J 9 NO 2 F b l2 . e .2 2 O1
Malb在 自动控 制 原理 实验 中 的应 用 t a
结 硕 ,韩 光 胜
( 京 工 业 大 学 耿 丹 学 院 信 息 工 程 系 , 京 1 1 0 ) 北 北 0 3 1
摘
要 : 对 自动 控 制 原 理 实 验 课 时 ,分析 了 Malb 言 的特 点 及 其 功 能 强 大 的 控 制 系统 工 具 箱 在 自动 控 针 t 语 a
f oun t e s,a h biiy t a a y e a s ve p o e s c n be i pr e d by s ud nt nd t e a lt O n l z nd ol r blm a m ov d, bu as la ni nt r s s t lo e r ng i e e t aee r nha e nc d,a he f ndai n fe e e n e e r h w or a bel i e nso h o r s naysso nd t ou to a t r r lva tr s a c k c n a d by m a ft e c nt a ta l i f sm ulto n naog e erm e e uls i a i n a d a l xp i ntr s t . Ke r s A u om a i nto1 y wo d : t tc Co r The y e pe i e t ; M a l b; sm u a i or x rm n s ta i l ton
MATLAB在自动控制原理实验教学中的应用
《 自动控 制 原 理 》 是一 些 工科 专 业 中 重 要 的专 业 基 础 课 , 在 整 个专 业 知 识 体 系 中 占据 非 常重 要 的 地 位 课 程 理 论 性 强 、 该 内 容 抽 象 、 有 大 量 的 数 学公 式 推 导 以 及 图 表 曲 线 . 时 又 和 工 程 含 同 实 践 密切 相关 . 致 学生 难 以理 解 和 掌握 。 在 学 习 过 程 中 辅 以 以 若
MA L B 中 的控 制 系统 工 具 箱 提 供 了可 视 工 具 SS O . S平 面上 , 而得 出系 统 是 否 稳 定 。学 生 也 可 以 利用 伯德 判 据 、 TA I0 L 从 为 控 制 系统 的校 正 器 的设 计 提供 了一 个 交 互 式 环 境 .它 采 用 图 N q i 判 据 、 yu t s 根轨 迹 、 极 点 图等来 判定 。 命 令 函数 为 : r n 零 其 Mag i 形 用 户 界 面 。摒 弃 了 以往 在命 令 行 方 式 下 需 记 忆 大 量 的操 作 命 ()N q i()r c  ̄ )pma() 。若 系 统 不稳 定 , u、 yusu、ou( 、z pu等 t l u 通过 改 变 增 令 , 户 无 需从 键 盘 输 入 许 多 操作 命令 . 鼠标 可 以 直 接 对 屏 幕 益 K来 修 改 系 统 参数 , 系统 稳 定 。 后 利用 分析 工 具 L Iiw 用 用 使 最 Tve - 上 的 对 象 进行 操 作 .并且 利用 与 SS T O IO O L动 态 连 接 的 可 视 分 e 显 示 设 计 结果 r 析 工具 删 v w r 以 马 上显 示 出设 计结 果 i e可 e 例 如 : 阶 系 统 的传 递 函数 方 框 图如 图 3 示 : 三 所
自动控制原理Matlab仿真应用
控制系统的MATLAB 仿真1 MATLAB 简介MATLAB 是Mathworks 公司开发的一种集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的功能强大、操作简单的优秀工程计算应用软件。
MATLAB 不仅可以处理代数问题和数值分析问题,而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能。
从而能够很好的帮助工程师及科学家解决实际的技术问题。
MATLAB 的含义是矩阵实验室(Matrix Laboratory ),最初主要用于方便矩阵的存取,其基本元素是无需定义维数的矩阵。
经过十几年的扩充和完善,现已发展成为包含大量实用工具箱(Toolbox )的综合应用软件,不仅成为线性代数课程的标准工具,而且适合具有不同专业研究方向及工程应用需求的用户使用。
MATLAB 最重要的特点是易于扩展。
它允许用户自行建立完成指定功能的扩展MATLAB 函数(称为M 文件),从而构成适合于其它领域的工具箱,大大扩展了MATLAB 的应用范围。
目前,MATLAB 已成为国际控制界最流行的软件,控制界很多学者将自己擅长的CAD 方法用MATLAB 加以实现,出现了大量的MATLAB 配套工具箱,如控制系统工具箱(control systems toolbox ),系统识别工具箱(system identification toolbox ),鲁棒控制工具箱(robust control toolbox ),信号处理工具箱(signal processing toolbox )以及仿真环境SIMULINK 等。
(1) MATLAB 的安装本节将讨论操作系统为Microsoft Windows 环境下安装MATLAB6的过程。
将MATLAB6的安装盘放入光驱,系统将自动运行auto-run.bat 文件,进行安装;也可以执行安装盘内的setup.exe 文件启动MATLAB 的安装程序。
启动安装程序后,屏幕将显示安装MATLAB 的初始界面,根据Windows 安装程序的常识,不断单击[Next],输入正确的安装信息,具体操作过程如下:输入正确的用户注册信息码;选择接收软件公司的协议;输入用户名和公司名;选择MATLAB 组件(Toolbox );选择软件安装路径和目录;单击[Next]按钮进入正式的安装界面。
自动控制原理matlab仿真实验实验严进宁
实验一系统的数学模型一、实验目的和任务1、学会使用 MATLAB的命令;2、掌握MATLAB有关传递函数求取及其零、极点计算的函数。
3、掌握用 MATLAB 求取系统的数学模型二、实验仪器、设备及材料1、计算机2、MATLAB软件三、实验原理1、MATLAB软件的使用2、使用MATLAB软件在计算机上求取系统的传递函数四、实验报告要求1、将各实验内容的要求写入实验报告。
2、写出要求的实验程序。
3、记录各命令运行后的结果五、实验内容例1-3、设置传递函数6(5)s( )G s ,时间延迟常数τ 42 3 1)2(s s方式1:set(G,'ioDelay',4) % 为系统的ioDelay 属性设定值G % 显示传递函数解:该传递函数模型可以通过下面的语句输入到MATLAB工作空间为:>> num=6*[1,5];den=conv([1,3,1],[1,3,1]);G=tf(num,den);set(G,'ioDelay',4)G运行结果为:Transfer function:6 s + 30exp(-4*s) * ------------------------------s^4 + 6 s^3 + 11 s^2 + 6 s + 16(5)s( )例 1-4 、已知传递函数G s 2 2 ,提取系统的分子和分母多项式(实验)( 3 1)s s解:提取系统的分子和分母多项式程序为:>> num=6*[1,5];den=conv([1,3,1],[1,3,1]);G=tf(num,den)[num den]=tfdata(G,'v')运行结果为:Transfer function:6 s + 30------------------------------s^4 + 6 s^3 + 11 s^2 + 6 s + 1num =0 0 0 6 30den =1 6 11 6 1例 1-5 例 1-5 某系统的零极点模型为:G(s) 6( s 1)( s2)( (ss225)2 j)( s 2 2 j)方法2:利用算子(实验)>>s=zpk('s')G=6*(s+5)^2/((s+1)*(s+2)*(s+2+2)*(s+2-2)) 运行结果为:Zero/pole/gain:6 (s+5)^2-------------------s (s+1) (s+2) (s+4)例 1-7 已知系统传递函数24 11s sG ,求零极点及增益,并绘制系统2 2( 6 3)( 2 )s s s s零极点分布图。
matlab在自动控制原理中的应用毕业论文
建筑与技术学院MATLAB在自动控制原理中的应用毕业设计(论文)原件及使用授权说明原始语句我保证我提交的毕业设计(论文)是我在导师指导下所做的研究工作和成果。
据我所知,除文中特别标注和注明的地方外,不包含其他人或组织已发表的研究成果,也不包含我曾用来与其他教育机构取得学位或学历的材料。
对本研究有所帮助和贡献的个人或集体,都做出了明确的解释,并表达了对本文的兴趣。
作者签名:日期:讲师签名:日期:授权说明本人完全理解学校关于毕业设计(论文)收集、保存和使用的规定,即按照学校的要求提交毕业设计(论文)的印刷版和电子版;学校有权保留毕业设计(论文)的印刷版和电子版,并提供目录检索和阅读服务;学校可以采用影印、减印、数字化或其他复制手段保存论文;在不盈利的前提下,学校可以发表论文的部分或全部内容。
签名:日期:目录摘要3第1章绪论41.1研究目的41.2相关研究现状41.3研究方法41.4本次设计的主要容以与目前学术届近一步研究的趋势61. 4. 1本次设计的主要容61. 4. 2目前学术界近一步研究的趋势6第2章开发工具82.1 MATLAB编程语言发展历程与特点82.2 MATLAB系统构成92.3 MATLAB的GUI设计102.4本章小结11第3章控制系统性能指标与校正装置分类123.1控制系统的性能指标123. 2控制系统校正的分类143.3本章小结16第4章基于频率法的控制系统的校正设计174.1基于频率法的串联超前校正174.1.1 串联超前校正网络设计的算法步骤174.1.2超前校正装置的评价184.2基于频率法的串联滞后校正184.2.1串联滞后校正网络设计的算法步骤194. 2. 2滞后校正装置的评价194.3基于频率法的串联超前滞后校正194.3.1串联超前滞后校正网络设计的算法步骤204.3.2滞后超前校正装置的评价204. 4三种校正方法的效果对比214.5本章小结21第5章控制系统的仿真与校正对比分析225.1程序方式225. 1. 1控制系统校正前的性能指标225. 1. 2校正装置的设计过程与其性能指标的仿真285. 1. 3控制系统校正后的性能指标305.2Multisim电路设计仿真方式38第6章设计总结416. 1总结416. 2心得41附英文文献:43摘要本文将讨论如何根据用户对自动控制系统的要求来设计串级补偿器,这具有非常重要的现实意义。
自动控制实验1 Matlab用于建立数学模型
实验一Matlab用于建立数学模型一、实验目的要对控制系统进行计算仿真,必须先要对控制系统建立数学模型。
数学模型是控制系统仿真的基础。
通过本次实验,使学生熟悉并学会建立控制系统的数学模型,还能对系统框图模型进行化简。
二、实验设备计算机一台,安装了MATLAB软件三、实验内容1、Matlab计算及仿真语言基础(1)、常量、变量MATLAB使用的常量有实数常量与复数常量。
复数由实部、虚部构成,虚单位由i或j表示。
变量可以直接赋值,无需定义,例1.比如在命令窗口键入:》z=3+4*i 或者在z=5*exp(3*j)运算结果:z =3.0000 +4.0000i(2)、数组、矩阵的算术运算数组无论做什么运算,总是对数组中的每一个元素进行同等操作,矩阵运算则不同,他是把矩阵当作一个整体,依照线性代数的规则进行运算。
1、数组、矩阵加减运算数组、矩阵加减的条件是两个数组或矩阵的行数跟列数分别相等,其运算规则也相同,即相应元素的加减运算。
另外数组与标量可以进行加减,其规则是数组每个元素与标量分别进行加减操作。
例2 》s=5;A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];B=A+s运行结果:B =6 7 89 10 1112 13 142、数组、矩阵的乘法标量与数组(或矩阵)的乘法运算例3. 》 s=5;A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];B=s.*A运算结果:B =5 10 1520 25 3035 40 45 (注意:A.*s与s.*A结果是一样的)例4. 》 a=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];b=[2 2 2;2 2 2;2 2 2];c=a.*bd=b.*ae=a*bf=b*a运算结果:c =2 4 68 10 1214 16 18d =2 4 68 10 1214 16 18e =12 12 1230 30 3048 48 48f =24 30 3624 30 3624 30 363、数组、矩阵的除法运算分为左除和右除,两者的运算规则也不同。
MATLAB在自动控制原理中的应用
MATLAB在自动控制原理中的应用自动控制原理是控制理论的基础,用于描述和分析各种控制系统的设计和性能。
MATLAB是一种流行的数值计算软件,也是自动控制原理中广泛应用的工具。
MATLAB提供了丰富的功能和库,可以用于建模、仿真、分析和设计各种控制系统。
下面是MATLAB在自动控制原理中的几个常见应用:1. 系统建模和仿真:MATLAB提供了用于建立系统数学模型的工具包,比如Control System Toolbox。
使用这些工具,可以通过数学表达式或传递函数来描述系统的物理特性,然后可以使用模型进行仿真和分析。
仿真可以帮助理解系统的行为,优化系统的控制策略。
2. 控制器设计和分析:MATLAB提供了用于控制器设计和分析的工具包,例如Control System Toolbox和Simulink。
这些工具可以用于设计各种类型的控制器,如比例控制器、积分控制器、微分控制器和PID控制器。
还可以使用频域分析工具来评估控制系统的稳定性和性能。
3.系统优化:MATLAB提供了强大的优化工具箱,可以在给定性能指标的条件下,自动优化控制系统的参数。
可以使用这些工具来优化控制器的参数以达到要求的性能。
同时,还可以将优化问题建模为约束优化问题,并使用优化算法来解决这些问题。
4. 系统辨识:在实际控制应用中,经常需要从实验数据中估计系统的数学模型。
MATLAB提供了用于系统辨识的工具箱,如System Identification Toolbox。
可以使用这些工具来拟合实验数据,并估计系统的参数和结构。
5. 多体动力学仿真:MATLAB还提供了用于多体动力学仿真的工具包,如SimMechanics。
这些工具可以用于建立机械系统的动力学模型,并对系统进行仿真分析。
这在机械、航空航天和机器人等领域的控制系统设计中非常有用。
6. 状态估计和观测器设计:在控制系统中,通常需要估计无法直接测量的状态变量。
MATLAB提供了用于状态估计的工具包,如Kalmanfilter、Luenberger observer等。
自动控制原理MATLAB仿真实验报告
实验一 MATLAB 及仿真实验(控制系统的时域分析)一、实验目的学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析,包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性; 二、预习要点1、 系统的典型响应有哪些?2、 如何判断系统稳定性?3、 系统的动态性能指标有哪些? 三、实验方法(一) 四种典型响应1、 阶跃响应:阶跃响应常用格式:1、)(sys step ;其中sys 可以为连续系统,也可为离散系统。
2、),(Tn sys step ;表示时间范围0---Tn 。
3、),(T sys step ;表示时间范围向量T 指定。
4、),(T sys step Y =;可详细了解某段时间的输入、输出情况。
2、 脉冲响应:脉冲函数在数学上的精确定义:0,0)(1)(0〉==⎰∞t x f dx x f其拉氏变换为:)()()()(1)(s G s f s G s Y s f ===所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。
脉冲响应函数常用格式: ① )(sys impulse ; ②);,();,(T sys impulse Tn sys impulse③ ),(T sys impulse Y = (二) 分析系统稳定性 有以下三种方法:1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图;2、 利用tf2zp 求出系统零极点;3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 (三) 系统的动态特性分析Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.四、实验内容 (一) 稳定性1. 系统传函为()27243645232345234+++++++++=s s s s s s s s s s G ,试判断其稳定性2. 用Matlab 求出253722)(2342++++++=s s s s s s s G 的极点。
自动控制原理MATLAB仿真实验指导书(4个实验)
自动控制原理MATLAB仿真实验实验指导书电子信息工程教研室实验一典型环节的MA TLAB仿真一、实验目的1.熟悉MATLAB桌面和命令窗口,初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。
2.通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性,加深对各典型环节响应曲线的理解。
3.定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
二、SIMULINK的使用MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。
利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型,进行仿真和调试。
1.运行MA TLAB软件,在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令,按Enter键或在工具栏单击按钮,即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。
2.选择File菜单下New下的Model命令,新建一个simulink仿真环境常规模板。
图1-1 SIMULINK仿真界面图1-2 系统方框图3.在simulink仿真环境下,创建所需要的系统。
以图1-2所示的系统为例,说明基本设计步骤如下:1)进入线性系统模块库,构建传递函数。
点击simulink下的“Continuous”,再将右边窗口中“Transfer Fen”的图标用左键拖至新建的“untitled”窗口。
2)改变模块参数。
在simulink仿真环境“untitled”窗口中双击该图标,即可改变传递函数。
其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数,数字之间用空格隔开;设置完成后,选择OK,即完成该模块的设置。
3)建立其它传递函数模块。
按照上述方法,在不同的simulink的模块库中,建立系统所需的传递函数模块。
例:比例环节用“Math”右边窗口“Gain”的图标。
4)选取阶跃信号输入函数。
用鼠标点击simulink下的“Source”,将右边窗口中“Step”图标用左键拖至新建的“untitled”窗口,形成一个阶跃函数输入模块。
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实验一基于MATLAB实验平台的系统被控对象的建立与转换1.自确定2个传递函数,实现传递函数的录入和求取串联、并联、反馈连接时等效的整体传递函数。
要求分别采用有理多项式模型和零极点增益模型两种传递函数形式。
>> n1=[1,2];d1=[1,2,1];n2=[2,3];d2=[1,4,4];>> [z,p,k]=tf2zp(n1,d1)z =-2p =-1-1k =1>> G1=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:(s+2)-------(s+1)^2>> [z,p,k]=tf2zp(n2,d2)z =-1.5000p =-2-2k =2>> G2=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:2 (s+1.5)---------(s+2)^2>> Gs=G1*G2Zero/pole/gain:2 (s+2) (s+1.5)---------------(s+1)^2 (s+2)^2>> Gs=series(G1,G2)Zero/pole/gain:2 (s+1.5) (s+2)---------------(s+2)^2 (s+1)^2>> Gp=G1+G2Zero/pole/gain:3 (s+1.594) (s^2 + 2.739s + 2.3) ---------------------------------(s+1)^2 (s+2)^2>> Gp=parallel(G1,G2)Zero/pole/gain:3 (s+1.594) (s^2 + 2.739s + 2.3) ---------------------------------(s+1)^2 (s+2)^2>> Gf=feedback(G1,G2,-1)Zero/pole/gain:(s+2)^3-------------------------------------(s+2) (s+1.57) (s^2 + 2.43s + 3.185)>> n1=[1,2];d1=[1,2,1];n2=[2,3];d2=[1,4,4];>> G1=tf(n1,d1),G2=tf(n2,d2)Transfer function:s + 2-------------s^2 + 2 s + 1Transfer function:2 s + 3-------------s^2 + 4 s + 4>> Gs=series(G1,G2),Gp=parallel(G1,G2),Gf=feedback(G1,G2,-1)Transfer function:2 s^2 + 7 s + 6-------------------------------s^4 + 6 s^3 + 13 s^2 + 12 s + 4Transfer function:3 s^3 + 13 s^2 + 20 s + 11-------------------------------s^4 + 6 s^3 + 13 s^2 + 12 s + 4Transfer function:s^3 + 6 s^2 + 12 s + 8--------------------------------s^4 + 6 s^3 + 15 s^2 + 19 s + 102.进行2例有理多项式模型和零极点增益模型间的转换。
>> num=4*conv([1,2],conv([1,6,6],[1,6,6]))num =4 56 288 672 720 288>> den=conv([1,0],conv([1,1],conv([1,1],conv([1,1],[1,3,2,5]))))den =1 6 14 21 24 17 5 0>> G=tf(num,den)Transfer function:4 s^5 + 56 s^4 + 288 s^3 + 672 s^2 + 720 s + 288-----------------------------------------------------s^7 + 6 s^6 + 14 s^5 + 21 s^4 + 24 s^3 + 17 s^2 + 5 s>> [z,p,k]=tf2zp(num,den);G=zpk(z,p,k)Zero/pole/gain:4 (s+4.732)^2 (s+2) (s+1.268)^2---------------------------------------------s (s+2.904) (s+1)^3 (s^2 + 0.09584s + 1.722)3.在Siumlink环境下实现如下系统的传递函数的求取。
各环节传递函数自定。
>> [n,d]=linmod('cdhs')Warning: Using a default value of 0.2 for maximum step size. The simulation step size will be limited to be less than this value.> In dlinmod at 176In linmod at 54Returning transfer function modeln =0 0.0000 -0.0000 4.0000 0.0000d =1.0000 1.5000 -2.7000 6.4000 4.0000>> [a,b,c,d]=linmod2('cdhs');G=ss(a,b,c,d);G1=zpk(G)Warning: Using a default value of 0.2 for maximum step size. The simulation step size will be limited to be less than this value.> In linmod2 at 55Zero/pole/gain:4 s-----------------------------------------(s+2.977) (s+0.5) (s^2 - 1.977s + 2.687)4.用画信号流程图方法求取下面系统的传递函数。
(按书P250~P251例做)实验二用MATLAB实现线性系统的时域分析1.研究一阶系统对阶跃输入、脉冲输入、斜坡输入、自定义输入的响应及性能指标。
一阶系统系统具体参数自定。
解:设定一阶系统的传递函数为:1/(2S+1)n=[1];d=[2,1];G=tf(n,d);figure(1);title('单位阶跃响应'),step(G)Time (sec)A m p l i t u d e 02468101200.10.20.30.40.50.60.70.80.91>> figure(2);title('脉冲响应'),impulse(G)Impulse ResponseTime (sec)A m p l i t u d e 024681012>> d=[2,1,0];G1=tf(n,d);figure(3);title('斜坡响应'),step(G1)Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e 0510152005101520>>t=0:0.01:10;u=4+0*t;subplot(1,2,1);plot(t,u);subplot(1,2,2);y1=lsim(G ,u,t);plot(t,y1)051033.544.550510012342.研究二阶系统对阶跃输入、脉冲输入、斜坡输入、自定义输入的响应及性能指标。
具体参数自定。
哪一个参数变化及变化方案自定。
①典型二阶系统在阶跃输入下,阻尼比或自然振荡频率改变对某1项性能指标的影响。
解:设二阶系统的传递函数为:4/(s^2+4ζs+4)当ζ=0.5时>> n=[4];d=[1,2,4];G=tf(n,d); step(G)Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e 0123456>> impulse(G)Impulse ResponseTime (sec)A m p l i t u d e 0123456>> n=[4];d=[1,2,4,0];G1=tf(n,d);step(G)Step ResponseTime (sec)A m p l i t u de 02468100246810>>t=0:0.01:10;u=4+0*t;subplot(1,2,1),plot(t,u);y=lsim(G ,u,t);subplot(1,2,2),plot(t,y);grid on051033.544.550510012345当ζ=0.2时>> n=[4];d=[1,0.8,4];G=tf(n,d);step(G),grid onStep ResponseTime (sec)A m p l i t u d e>> n=[4];d=[1,0.8,4];G=tf(n,d);impulse(G),grid onImpulse ResponseTime (sec)A m p l i t u de 051015-1-0.50.511.52>> n=[4];d=[1,0.8,4,0];G=tf(n,d);step(G),grid onStep ResponseTime (sec)A m p l i t u d e 05101520250510152025>>t=0:0.01:10;u=4+0*t;subplot(1,2,1),plot(t,u);y=lsim(G ,u,t);subplot(1,2,2),plot(t,y);grid on 051033.544.55051001234567由上述这些图像可以看出随着ζ的减少,调节时间增大超调量增大。
②非典型二阶系统与典型二阶系统在阶跃输入下的响应有什么不同。
典型二阶系统如①,非典型二阶系统的情形如下:>> n=[1,1];d=[1,5,4];G=tf(n,d);step(G),grid onStep ResponseTime (sec)A m p l i t u d e3.高于二阶的系统对阶跃输入、脉冲输入、斜坡输入、自定义输入的响应。