控制系统仿真第一章

合集下载

控制系统MATLAB仿真基础

系统仿真§ 4.1控制系统的数学模型1、传递函数模型（tranfer function）2、零极点增益模型（zero-pole-gain）3、状态空间模型（state-space）4、动态结构图（Simulink结构图）一、传递函数模型(transfer fcn-----tf)1、传递函数模型的形式传函定义：在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换C（S）与输入量的拉氏变换R（S）之比。

C(S) b1S m+b2S m-1+…+b mG（S）=----------- =- --------------------------------R(S) a1S n + a2S n-1 +…+ a nnum(S)= ------------den(S)2、在MATLAB命令中的输入形式在MATLAB环境中，可直接用分子分母多项式系数构成的两个向量num、den表示系统： num = [b1, b2, ..., b m];den = [a1, a2, ..., a n];注：1）将系统的分子分母多项式的系数按降幂的方式以向量的形式输入两个变量，中间缺项的用0补齐，不能遗漏。

2）num、den是任意两个变量名，用户可以用其他任意的变量名来输入系数向量。

3）当系统种含有几个传函时，输入MATLAB命令状态下可用n1,d1;n2,d2…….。

4）给变量num，den赋值时用的是方括号；方括号内每个系数分隔开用空格或逗号；num,den方括号间用的是分号。

3、函数命令tf( )在MATLAB中，用函数命令tf( )来建立控制系统的传函模型，或者将零极点增益模型、状态空间模型转换为传函模型。

tf( )函数命令的调用格式为：圆括号中的逗号不能用空格来代替sys = tf ( num, den ) [G= tf ( num, den )]其中，函数的返回变量sys或G 为连续系统的传函模型；函数输入参量num和den分别为系统的分子分母多项式的系数向量。

第一章控制系统典型环节及Matlab使用

长江职业学院机电汽车学院
水位高度控制系统原理图
水位高度控制系统原理方框图
长江职业学院机电汽车学院
三、按偏差调节的闭环控制
特点：通过计算被控量和给定值的差值来控制被控对象。优点：可以自动调节由于干扰和内部参数的变化而引起的变动。干扰

给定值
计算比较－
E
执行
被控对象
被控量
测量
按偏差调节的系统原理方框图
例1. 如图所示的RLC无源网络，图中电感为L （亨利），电阻为R （欧姆），电容为C （法），试求输入电压ui(t)与输出电压 uo(t)之间的传递函数。
L
R i
ui
C
uc
长江职业学院机电汽车学院
为了改善系统的性能，常引入图示的无源网络作为校正元件。无源网络通常由电阻、电容、电感组成，利用电路理论可方便地求出其动态方程，对其进行拉氏变换即可求出传递函数。这里用直接求的方法。因为电阻、电容、电感的复阻抗分别为R、1∕Cs、Ls，它们的串并联运算关系类同电阻。
c(t ) Kr (t )
G(s) C ( s) K R( s )
长江职业学院机电汽车学院
列写微分方程的一般方法
• 例1. 列写如图所示RC网络的微分方程。
R
ur
i
C
uc
北京航空航天大学
长江职业学院机电汽车学院
解：由基尔霍夫定律得:
1 ur R i C idt
uc
1 C
实测值
执行
测量
自动控制方框图
被控对象
长江职业学院机电汽车学院
在上图中，除被控对象外的其余部分统称为控制装置，它必须以测量被控量或干扰量。比较元件：将被控量与给定值进行比较。执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被控对象参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。

控制系统计算机仿真课后答案

控制系统计算机仿真课后答案参考答案说明:1( 对于可以用文字或数字给出的情况，直接给出参考答案。

2( 对于难以用文字或数字给出的情况，将提供MATLAB程序或Simulink模型。

第 1 章1.1 系统是被研究的对象，模型是对系统的描述，仿真是通过模型研究系统的一种工具或手段。

1.2 数学仿真的基本工具是数字计算机，因此也称为计算机仿真或数字仿真。

将数学模型通过一定的方式转变成能在计算机上实现和运行的数学模型，称之为仿真模型。

1.3 因为仿真是在模型上做试验，是一种广义的试验。

因此，仿真基本上是一种通过试验来研究系统的综合试验技术，具有一般试验的性质。

而进行试验研究通常是需要进行试验设计。

1.4 解析法又称为分析法，它是应用数学推导、演绎去求解数学模型的方法。

仿真法是通过在模型上进行一系列试验来研究问题的方法。

利用解析法求解模型可以得出对问题的一般性答案，而仿真法的每一次运行则只能给出在特定条件下的数值解。

，解析法常常是围绕着使问题易于求解，而不是使研究方法更适合于问题，常常因为存在诸多困难而不能适用。

从原则上讲，仿真法对系统数学模型的形式及复杂程度没有限制，是广泛适用的，但当模型的复杂程度增大时，试验次数就会迅速增加，从而影响使用效率。

1.5 仿真可以应用于系统分析、系统设计、理论验证和训练仿真器等方面。

1.6,8,20,71，，，，,,,,，x,100x，0u,,,, ,,,,0100，，，，y,,,002x注:本题答案是用MATLAB中tf2ss()函数给出的，是所谓“第二能控标准型”(下同)。

11.7,3,3,11，，，，,,,,，x,100x，0u,,,, ,,,,0100，，，，y,,,013x1.82s，3s，3G(s), 32s，4s，5s，21.91.368,0.36801，，，，,,,,x(k，1),100x(k)，0u(k),,,, ,,,,0100，，，，y(k),,,00.3680.264x(k)1.10 仿真模型见praxis1_10_1.mdl;MATLAB程序见praxis1_10_2.m。

《自动控制系统计算机仿真》习题参考答案

《自动控制系统计算机仿真》习题参考答案1-1 什么是仿真？它的主要优点是什么？它所遵循的基本原则是什么？答：所谓仿真，就是使用其它相似的系统来模仿真实的需要研究的系统。

计算机仿真是指以数字计算机为主要工具，编写并且运行反映真实系统运行状况的程序。

对计算机输出的信息进行分析和研究，从而对实际系统运行状态和演化规律进行综合评估与预测。

它是非常重要的设计自动控制系统或者评价系统性能和功能的一种技术手段。

仿真的主要优点是：方便快捷、成本低廉、工作效率和计算精度都很高。

它所遵循的基本原则是相似性原理。

1-2 你认为计算机仿真的发展方向是什么？答：向模型更加准确的方向发展，向虚拟现实技术，以及高技术智能化、一体化方向发展。

向更加广阔的时空发展。

1-3 计算机数字仿真包括哪些要素？它们的关系如何？答：计算机仿真的三要素是：系统——研究的对象、模型——系统的抽象、计算机——仿真的工具和手段。

它们的关系是相互依存。

2-1 控制算法的步长应该如何选择？答：控制算法步长的选择应该恰当。

如果步长太小，就会增加迭代次数，增加计算量；如果步长太大，计算误差将显著增加，甚至造成计算结果失真。

2-2 通常控制系统的建模有哪几种方法？答：1）机理建模法；2）实验建模法；3）综合建模法。

2-3 用欧拉法求以下系统的输出响应()y t 在0≤t ≤1上，0.1h =时的数值解。

0yy += ， (0)0.8y = 解：输入以下语句绘制的曲线图2-4 用二阶龙格-库塔法对2-3题求数值解，并且比较两种方法的结果。

解：输入以下语句绘制的曲线图经过比较两种方法的结果，发现它们几乎没有什么差别。

3-1 编写两个m文件，分别使用for和while循环语句计算20031kk=∑。

解：第1个m文件，第2个m文件运行结果都是3-2 求解以下线性代数方程：123102211313121xxx⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦解：输入语句计算结果3-3 已知矩阵013=121542⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦A，218=414332⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦B试分别求出A阵和B阵的秩、转置、行列式、逆矩阵以及特征值。

自动控制仿真实验一：控制系统的时域分析

仿真实验一：控制系统的时域分析1.实验目的：●观察控制系统的时域响应；●记录单位阶跃响应曲线；●掌握时间响应分析的一般方法；●初步了解控制系统的调节过程。

2.实验步骤：●将‘实验一代码’这个文件夹拷贝到桌面上;●开机进入Matlab6.1运行界面;●通过下面方法将当前路径设置为‘实验一代码’这个文件夹所在的路径●Matlab指令窗>>后面输入指令：con_sys; 进入本次实验主界面。

● 分别双击上图中的三个按键，依次完成实验内容。

● 本次实验的相关Matlab 函数：传递函数G=tf([num],[den])可输入一传递函数，其中num 、den 分别表示分子、分母按降幂排列的系数。

如的num 和den 分别是num=[1 4]和den=[1 1 0]，则此时的传递函数G 的Matlab 代码是：G=tf([1 4]，[1 1 0])或G=tf([num],[den])。

如的num 和den 分别是num=[1 4]和den=conv （[1 0.2]，[1 2]），则此时的传递函数G 的Matlab 代码是：G=tf([1 4]，conv （[1 0.2]，[1 2]）或G=tf([num],[den])。

3. 实验内容：124()s G s s s +=+()()14()0.22s G s s s +=++观察一阶系统G=1/(T+s)的时域响应：取3个不同的时间常数T，分别观察该时间常数下系统的四个典型响应：脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应以及单位加速度响应。

将实验结果图记录下来，利用Alt+ Prisc组合按钮实现截图。

二阶系统的时域性能分析：(1) 固定自然频率与阻尼比，调节响应时间滑块，记录阶跃响应最终出现稳定值时的实验结果，包括极点分布图与阶跃响应图。

(2) 调节自然频率与阻尼比，要求：Tr<0.56s；Tp<1.29s；Ts<5.46；超调不大于5％.记录下满足上述要求的自然频率与阻尼比的2组数据，以及对应的极点分布图与阶跃响应图。

第一章简单控制系统4

工业生产过程控制
第一章简单控制系统
Chapter 1 simple control system
大连民族学院机电信息工程学院
College of Electromechanical ＆ Information Engineering
工业生产过程控制
本章主要内容
控制系统组成和控制性能指标过程动态特性和建立过程的动态模型检测变送环节执行器环节控制器的模拟控制算法控制器的数字控制算法控制器参数整定和控制系统投运与PID控制密切相关的几类控制算法
大连民族学院机电信息工程学院
工业生产过程控制
PID 控制作用
• 比例作用P引入适当微分作用D后，幅值增加，相位超前，使稳定性裕度提高，为保持同样稳定性裕度， Kc应增加10-20%( 比例度δ应减少10-20%)。微分作用D可以克服容滞后，但对时滞毫无作用。微分时间Td越大，微分作用越强， Td=0无微分作用。
大连民族学院机电信息工程学院
Байду номын сангаас
工业生产过程控制
微分控制它依据“偏差变化速度”来进行控制。它的输出变化与输入偏差变化的速度成比例，其实质和效果是阻止被控变量的一切变化，有超前控制的作用。对滞后大的对象有很好的效果。用微分时间表示其作用的强弱。Ｔd大，作用强。Ｔd太大，会引起振荡。
大连民族学院机电信息工程学院
I：积分作用，输出为偏差的积分。积分时间
D：微分作用，输出为偏差的微分。
P
Ti
100 KC
仪表中不用Kc，而用比例度P：
微分时间 T 大连民族学院机电信息工程学院 d
工业生产过程控制
纯比例控制器
u(t) Kce(t) u0

控制系统仿真复习题及答案

《控制系统仿真》复习题及参考答案1绪论1.1什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？答：仿真是建立在控制理论，相似理论，信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助专家经验知识，统计数据和信息资料对试验结果进行分析和研究，进而做出决策的一门综合性的试验性科学。

它所遵循的基本原则是相似原理。

1.2在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区别？各有什么特点？答：解析法就是运用已掌握的理论知识对控制系统进行理论上的分析，计算。

它是一种纯物理意义上的实验分析方法，在对系统的认识过程中具有普遍意义。

由于受到理论的不完善性以及对事物认识的不全面性等因素的影响，其应用往往有很大局限性。

仿真法基于相似原理，是在模型上所进行的系统性能分析与研究的实验方法。

1.3数字仿真包括那几个要素？其关系如何？答: 通常情况下，数字仿真实验包括三个基本要素，即实际系统，数学模型与计算机。

将实际系统抽象为数学模型，称之为一次模型化，它还涉及到系统辨识技术问题，统称为建模问题；将数学模型转化为可在计算机上运行的仿真模型，称之为二次模型化，这涉及到仿真技术问题，统称为仿真实验。

虽然两者有十分密切的联系，但仍有区别。

系统建模或系统辨识是研究实际系统与数学模型之间的关系，而系统仿真技术则是研究系统数学模型与计算机之间的关系。

结果分析建立仿真模型图1.1 计算机仿真三要素关系图1.4为什么说模拟仿真较数字仿真精度低？其优点如何？。

答：由于受到电路元件精度的制约和容易受到外界的干扰，模拟仿真较数字仿真精度低但模拟仿真具有如下优点：（1）描述连续的物理系统的动态过程比较自然和逼真。

（2）仿真速度极快，失真小，结果可信度高。

（3）能快速求解微分方程。

模拟计算机运行时各运算器是并行工作的，模拟机的解题速度与原系统的复杂程度无关。

（4）可以灵活设置仿真试验的时间标尺，既可以进行实时仿真，也可以进行非实时仿真。

《控制工程基础》电子教案

《控制工程基础》电子教案第一章：绪论1.1 课程介绍解释控制工程的定义强调控制工程在工程学中的重要性概述课程的目标和内容1.2 控制系统的基本概念介绍控制系统的定义解释控制系统的组成部分讨论控制系统的分类和特点1.3 控制理论的发展历程简述控制理论的发展历程强调现代控制理论的重要性第二章：数学基础2.1 线性代数基础介绍矩阵和向量的基本运算解释行列式和逆矩阵的概念讨论矩阵的秩和特征值2.2 微积分基础复习微积分的基本概念介绍导数和微分方程的概念讨论积分的概念和方法2.3 离散时间系统介绍离散时间系统的定义解释离散时间系统的差分方程讨论离散时间系统的性质和特点第三章：连续时间系统3.1 连续时间系统的描述方法介绍连续时间系统的微分方程描述解释状态空间描述的方法讨论两种描述方法的关系和转换3.2 连续时间系统的稳定性介绍连续时间系统的稳定性概念解释李雅普诺夫稳定性的判断方法讨论稳定性条件和不稳定性的原因3.3 连续时间系统的时域分析介绍连续时间系统的时域分析方法解释零输入响应和零状态响应的概念讨论时域分析的应用和意义第四章：离散时间系统4.1 离散时间系统的描述方法介绍离散时间系统的差分方程描述解释离散时间系统的状态空间描述讨论两种描述方法的关系和转换4.2 离散时间系统的稳定性介绍离散时间系统的稳定性概念解释离散时间系统的稳定性条件讨论稳定性判断方法和不稳定性的原因4.3 离散时间系统的时域分析介绍离散时间系统的时域分析方法解释离散时间系统的零输入响应和零状态响应讨论时域分析的应用和意义第五章：控制器设计5.1 概述控制器设计的目标和方法解释控制器设计的目标介绍常见的控制器设计方法5.2 PID控制器设计解释PID控制器的作用和原理介绍PID控制器的参数调整方法讨论PID控制器的应用和优点5.3 状态反馈控制器设计介绍状态反馈控制器的作用和原理解释状态反馈控制器的设计方法讨论状态反馈控制器的优点和应用第六章：频域分析6.1 频率响应分析介绍频率响应的概念和重要性解释传递函数和频率响应之间的关系讨论频率响应分析的方法和步骤6.2 传递函数的性质介绍传递函数的定义和基本性质解释传递函数的零点和极点讨论传递函数的稳定性和频率特性6.3 频域设计方法介绍频域设计方法的概念和原理解释截止频率和滤波器设计的要求讨论常用频域设计工具和技术第七章：频域设计实例7.1 低通滤波器设计介绍低通滤波器的作用和应用解释低通滤波器的设计方法和步骤讨论低通滤波器的性能指标和选择7.2 高通滤波器设计介绍高通滤波器的作用和应用解释高通滤波器的设计方法和步骤讨论高通滤波器的性能指标和选择7.3 其他类型滤波器设计介绍带通滤波器和带阻滤波器的作用和应用解释带通滤波器和带阻滤波器的设计方法讨论不同类型滤波器的性能指标和选择第八章：状态空间分析8.1 状态空间表示介绍状态空间的概念和表示方法解释状态空间矩阵和状态方程讨论状态空间表示的优点和应用8.2 状态空间稳定性和可控性介绍状态空间稳定性和可控性的概念解释李雅普诺夫稳定性和李雅普诺夫可行域讨论状态空间稳定性和可控性的判定方法8.3 状态空间最优控制介绍状态空间最优控制的概念和原理解释哈密顿-雅可比方程和解法讨论状态空间最优控制的应用和实现方法第九章：非线性控制9.1 非线性系统的定义和特点介绍非线性系统的定义和特点解释非线性系统的常见类型和行为讨论非线性系统分析和设计的方法和挑战9.2 非线性控制器设计介绍非线性控制器的设计方法和工具解释非线性PID控制器和滑模控制器的设计讨论非线性控制器的应用和效果9.3 非线性控制的应用实例介绍非线性控制在实际系统中的应用实例解释非线性控制在控制和航空航天领域的应用讨论非线性控制的优势和局限性第十章：控制系统仿真10.1 控制系统仿真概述介绍控制系统仿真的概念和重要性解释控制系统仿真的方法和工具讨论控制系统仿真的优点和局限性10.2 MATLAB控制系统仿真介绍MATLAB控制系统仿真的基本方法解释MATLAB中的仿真工具和函数讨论MATLAB控制系统仿真的应用和示例10.3 实际系统仿真案例分析介绍实际系统仿真案例的分析和实现方法解释实际系统仿真案例的仿真结果和分析讨论实际系统仿真案例的启示和应用前景第十一章：现代控制理论11.1 概述现代控制理论介绍现代控制理论的发展背景和意义解释现代控制理论的基本概念和原理讨论现代控制理论在工程应用中的重要性11.2 线性二次调节器（LQR）解释线性二次调节器的定义和特点介绍LQR控制器的设计方法和步骤讨论LQR控制器的性能分析和应用实例11.3 鲁棒控制理论介绍鲁棒控制的定义和目的解释鲁棒控制的设计方法和原理讨论鲁棒控制在系统不确定性和外部干扰下的性能第十二章：自适应控制12.1 概述自适应控制介绍自适应控制的概念和需求解释自适应控制的目标和原理讨论自适应控制在系统和环境变化中的应用12.2 自适应控制器设计介绍自适应控制器的设计方法和算法解释自适应控制器的自适应律和调整机制讨论自适应控制器的性能分析和应用实例12.3 自适应控制的应用介绍自适应控制在工业和农业领域的应用实例解释自适应控制在导航和飞行控制系统中的应用讨论自适应控制的优势和挑战第十三章：数字控制13.1 概述数字控制介绍数字控制的概念和与模拟控制的比较解释数字控制系统的组成和特点讨论数字控制在现代控制系统中的应用13.2 数字控制器设计介绍数字控制器的设计方法和算法解释数字控制器的离散化和实现方式讨论数字控制器的性能分析和优化方法13.3 数字控制的应用实例介绍数字控制在工业和家庭领域的应用实例解释数字控制在智能家居和工业自动化系统中的应用讨论数字控制的优势和局限性第十四章：控制系统实验14.1 控制系统实验概述介绍控制系统实验的目的和重要性解释控制系统实验的步骤和注意事项讨论控制系统实验在教学和研究中的应用14.2 实验设备和工具介绍控制系统实验中常用的设备和工具解释各种设备和工具的功能和操作方法讨论实验设备的选用和维护14.3 实验项目和解题方法介绍控制系统实验的项目和目标解释实验的解题方法和步骤讨论实验结果的分析和讨论第十五章：控制系统综合与应用15.1 控制系统综合概述介绍控制系统综合的目标和意义解释控制系统综合的方法和步骤讨论控制系统综合在实际应用中的挑战和解决方案15.2 控制系统应用实例介绍控制系统在工业和航空航天领域的应用实例解释控制系统在智能交通和智能中的应用讨论控制系统应用的挑战和发展方向15.3 控制系统未来的发展趋势探讨控制系统未来的发展趋势和机遇分析控制系统的创新技术和算法讨论控制系统在可持续发展和绿色能源领域的应用前景重点和难点解析本文档详细地介绍了《控制工程基础》这门课程的电子教案，内容涵盖了连续时间系统、离散时间系统、控制系统的基本概念、数学基础、控制器设计、频域分析、状态空间分析、非线性控制、仿真技术、现代控制理论、自适应控制、数字控制、实验项目和综合应用等多个方面。

控制工程基础-控制系统的计算机仿真

电子工程
计算机仿真在电子工程中用于模拟电路系统和数字系统的行为，进行电路设计和优化。
04 控制系统的计算机仿真
控制系统的数学模型
线性时不变系统
描述系统的动态行为，通过微分方程、差分方程等数学表达式表示。
传递函数
描述系统输入与输出之间的关系，通过传递函数进行描述。
状态空间模型
描述系统的动态行为，通过状态方程和输统
开环控制系统是指系统中没有反馈回路的系统，输入信号直接作用于受控对象，输出信号与输入信号之间的关系是固定的。
线性控制系统
线性控制系统是指系统中各元件之间的关系可以用线性方程描述的系统。
闭环控制系统
闭环控制系统是指系统中具有反馈回路的系统，输出信号通过反馈回路回到输入端，控制器根据反馈信号调整输入信号，以实现控制目标。
03
计算机资源的限制
大规模的控制系统仿真可能需要较高的计算机资源，如内存和计算能力。
未来发展方向与展望
混合仿真
结合物理实验和计算机仿真，以提高仿真的准确性和可信度。
多尺度仿真
考虑系统不同尺度的特性和行为，以更全面地模拟和控制复杂系统。
高性能计算
利用高性能计算机和并行计算技术，提高大规模控制系统的仿真效率。
智能化仿真
结合人工智能和机器学习技术，实现自适应和智能化的仿真和控制。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
多输入多输出系统仿真
总结词
多输入多输出系统是指具有多个输入信号和多个输出信号的控制系统。
详细描述
多输入多输出系统在工业控制中应用广泛，如机器人、飞行器等。通过计算机仿真，可以模拟系统的动态行为，分析系统的稳定性和性能，优化控制策略。

过程控制仿真系统实验指导书

目录前言 (3)第一章对象特性测试实验 (4)第一节测试对象特性的方法 (4)实验一上水箱特性测试实验 (14)实验二下水箱特性测试实验 (15)实验三二阶液位特性测试实验 (16)实验四温度加热器特性测试实验 (17)实验五调节阀特性测试实验 (18)第二章单闭环控制系统实验 (19)实验一压力单闭环控制系统实验 (22)实验二温度单闭环控制系统实验 (23)实验三液位单闭环控制系统实验 (24)实验四流量单闭环控制系统实验 (25)实验五二阶液位控制系统实验 (26)第三章串级控制系统实验 (27)串级控制系统的设计与整定 (27)实验一上水箱液位和流量串级控制系统实验 (30)实验二上、下水箱液位串级控制系统实验 (32)第四章前馈控制系统实验 (34)前馈控制系统的原理 (34)实验一前馈反馈控制系统实验 (35)前言过程控制模拟仿真系统是通过计算机仿真技术，将各种过程物理对象转换成数学模型，开发出对象的一阶和二阶过程的动态特性数学模型，计算机动态模拟，达到和真实的控制系统相一致的仿真目的，在教学实验应用方面具有很好的效果。

在仿真系统界面中，设置有各种过程控制器件，包括变频器、水泵、电动调节阀、压力变送器、温度变送器、液位变送器、流量变送器、加热器等。

管道设置为两条回路，主回路用红色管道表示，副回路用白色管道表示，管道为动态流水显示。

在系统运行状态下，只要打开流水管道，就会观察到动态流水过程，比较形象直观。

同时，在各个器件上方的动态文本里显示的是当前的实际值，水箱上标有液位刻度，可以直观的观察液位高度。

系统最右上方一栏显示的是各器件变送的电流值，变送输出电流为标准电流4~20mA，右下方的为输入控制电流，是用来控制调节阀，加热器，变频器，输入电流为标准4~20mA。

该仿真系统将计算机内部变送电流数值通过牛顿模块输出为实际的电流值，而实际控制模拟输入电流又可通过牛顿模块转换为数字信号输入到计算机内。

控制系统类的课程设计

控制系统类的课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握控制系统的基本概念、原理和方法，培养学生分析和解决控制系统问题的能力。

具体来说，知识目标包括：掌握控制系统的数学模型、稳定性分析、控制器设计等基本理论；技能目标包括：能够运用MATLAB等软件进行控制系统分析和仿真；情感态度价值观目标包括：培养学生对控制工程的兴趣，提高学生的问题意识和创新精神。

二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括控制系统的基本概念、数学模型、稳定性分析、控制器设计等。

具体安排如下：1.第一章：控制系统导论，介绍控制系统的基本概念、发展历程和应用领域。

2.第二章：控制系统的数学模型，学习状态空间表示、系统性质和状态反馈。

3.第三章：稳定性分析，掌握李雅普诺夫方法、劳斯-赫尔维茨准则等。

4.第四章：控制器设计，学习PID控制、状态反馈控制和观测器设计。

5.第五章：控制系统仿真，利用MATLAB进行控制系统分析和仿真。

三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。

1.讲授法：用于传授基本理论和概念，引导学生掌握控制系统的基本知识。

2.讨论法：学生针对实际案例进行讨论，培养学生的分析问题和解决问题的能力。

3.案例分析法：分析控制系统在实际工程中的应用，帮助学生了解控制系统的应用价值。

4.实验法：利用MATLAB进行控制系统分析和仿真，提高学生的动手能力和实践能力。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本课程准备以下教学资源：1.教材：《控制系统导论》、《控制工程基础》等。

2.参考书：《现代控制系统》、《控制理论及其应用》等。

3.多媒体资料：制作课件、教学视频等，以便于学生复习和自学。

4.实验设备：计算机、MATLAB软件、控制系统实验板等，用于实验教学和仿真练习。

五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等。

平时表现主要评估学生的课堂参与度、提问和讨论等，占总成绩的20%；作业主要包括练习题和小论文，占总成绩的30%；考试分为期中考试和期末考试，各占总成绩的30%。

控制系统仿真_薛定宇第一章_控制系统计算机辅助设计概述

PID控制器的自整定方法智能控制
自适应控制：在线辨识和调整控制器参数模糊逻辑控制器、仿人控制、神经网络控制等

分数阶控制：非整数阶微积分在控制中应用
控制系统仿真与CAD 国家级精品课程
2014-12-31
16/17
1.5 MATLAB版本选择及学习方法

2008a的符号运算工具箱是目前的最高水平
12/17

1999 年MATLAB 5.3，全新最优化工具箱和 Simulink 3 2000 年，MATLAB 6.0，在操作界面上有了很大改观，抛弃了LINPACK、EISPACK，改用更具优势的 LAPACK 软件包和 FFTW 系统，速度变得更快，数值性能也更好 2004 年，MATLAB 7.0 版：多领域物理建模仿真策略 MathWorks 公司每年在 3 月和 9 月分别推出 a 版和 b 版， 2008a的符号运算功能达到顶峰 2012年9月，MATLAB 2012b暨8.0版，全新的界面，强大的仿真功能、更多的工具箱

利用底层语言开发专用 Melsa & Jones：McGraw-Hill，1973 Karl Astrom： INTRAC（IDPAC、MODPAC、SYNPAC、 POLPAC 等，及仿真语言 SIMNON） CLADP（Cambridge linear analysis and design programs） NASA Armstrong：ORACLS（optimal regulator algorithms for the control of linear systems）孙增圻、袁曾任：清华大学出版社，1988及早期讲义韩京清等：自然科学基金重大项目：CACSDC

(完整版)第一章系统仿真的基本概念与方法

第一章控制系统及仿真概述控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算数学与计算机技术的综合性新型学科。

这门学科的产生及发展差不多是与计算机的发明及发展同步进行的。

它包含控制系统分析、综合、设计、检验等多方面的计算机处理。

计算机仿真基于计算机的高速而精确的运算，以实现各种功能。

第一节控制系统仿真的基本概念1．系统：系统是物质世界中相互制约又相互联系着的、以期实现某种目的的一个运动整体，这个整体叫做系统。

“系统”是一个很大的概念，通常研究的系统有工程系统和非工程系统。

工程系统有：电力拖动自动控制系统、机械系统、水力、冶金、化工、热力学系统等。

非工程系统：宇宙、自然界、人类社会、经济系统、交通系统、管理系统、生态系统、人口系统等。

2．模型：模型是对所要研究的系统在某些特定方面的抽象。

通过模型对原型系统进行研究，将具有更深刻、更集中的特点。

模型分为物理模型和数学模型两种。

数学模型可分为机理模型、统计模型与混合模型。

3．系统仿真：系统仿真，就是通过对系统模型的实验，研究一个存在的或设计中的系统。

更多的情况是指以系统数学模型为基础，以计算机为工具对系统进行实验研究的一种方法。

要对系统进行研究，首先要建立系统的数学模型。

对于一个简单的数学模型，可以采用分析法或数学解析法进行研究，但对于复杂的系统，则需要借助于仿真的方法来研究。

那么，什么是系统仿真呢？顾名思义，系统仿真就是模仿真实的事物，也就是用一个模型（包括物理模型和数学模型）来模仿真实的系统，对其进行实验研究。

用物理模型来进行仿真一般称为物理仿真，它主要是应用几何相似及环境条件相似来进行。

而由数学模型在计算机上进行实验研究的仿真一般则称为数字仿真。

我们这里讲的是后一种仿真。

数字仿真是指把系统的数学模型转化为仿真模型，并编成程序在计算机上投入运行、实验的全过程。

通常把在计算机上进行的仿真实验称为数字仿真，又称计算机仿真。

计算机仿真包括三个基本要素：系统、模型与计算机。

自动控制原理第一章绪论控制系统的一般概念

模糊控制神经网络
智能控制理论
遗传算法
温度计
炉子电热丝
调压器 220
自动控制
炉子热电偶 _ 电热丝 +
给定信号 _+
u
ub
ur
电压放大器
电动机
功率 +
放大器 _E
减速器调压器
220
二.自动控制要解决的基本问题
自动控制是使一个或一些被控制的物理量按照另一个物理量即控制量的变化而变化或保持恒定，一般地说如何使控制量按照给定量的变化规律变化，就是一个控制系统要解决的基本问题。
缺点：被控量可能出现振荡，甚至发散。
适用场合：系统元件参数变化和扰动无法预计的场合。
§3 反馈控制系统的组成
校正元件：基于偏差信号按一定函数规律产生供执行元件执行的控制命令对系统进行校正以改善系统的动态和静态性能
如：由放大器、电阻、电容组成的具有预定传递函数的电路。执行元件：也称执行器。用来执行校正元件产生的控制命令，以便
• 闭环控制(closed-loop control)
闭环控制工作原理：外部作用：
给定量：使 c跟踪r 干扰量：使 c偏离r
控制目的：排除干扰因素、影响、使被控量随给定量变化。
1)、有反馈，能够成闭回路是按偏差控制的、
2)、偏差信号起控制作用
具有负反馈的闭环系统
优点：具有自动修正被控制量出现偏离的能力，可以修正元件参数变化以及外界扰动引起的误差，控制精度高。
• 被控变量：简称被控量，指被控对象输出需按控制要求变化的物理量，在单输出系统中，也就是系统得输出量。
• 控制通道：控制变量通过被控对象（被控过程）到控制系统输出的通道。