第6章 基于MATLAB的控制系统校正 [基于MATLAB的控制系统仿真及应用]
MATLAB在控制系统校正中的应用
MATLAB在控制系统校正中的应用摘要：随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探索未来、认识和改造自然的过程中，自动控制理论和技术必将发挥极其重要的作用。
然而，当对控制系统进行校正时，MATLAB语言能够有效、快速的实现系统校正的仿真，所以只有把MATLAB与自动控制系统结合起来才能发挥起巨大的作用。
本文对MATLAB 软件作了简要的介绍，总结了控制系统校正的主要方法，最后结合具体的例子，给出了利用MATLAB 设计出不同的控制器的方法。
关键词：MATLAB; 控制系统校正1.MATLAB 简介MATLAB 是集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能于一体的科学计算语言。
作为强大的科学计算平台，它几乎能够满足所有的计算需求。
MATLAB 对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集或工具箱，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。
目前，MATLAB 已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、控制系统设计、LMI 控制、鲁棒控制等。
由于MATLAB 语言在各方面的强大功能，目前它已作为工程和科学教育界的一种行业标准。
2. 控制系统的校正控制系统的校正问题，是自动控制系统设计理论的重要分支，也是具有实用意义的一种改善系统性能的手段与方法。
系统的设计问题，就是事先考虑了控制的作用，将控制对象与控制器进行一体化的设计[1]。
根据被控对象及其技术要求，设计控制器需要考虑多方面的问题，除了保证良好的控制性能之外，还要照顾到工艺性、经济性；同时使用寿命、容许的体积与重量、管理与维护的方便等也不容忽视。
在设计手段上，除了必要的理论计算之外，还需要配合一些局部和整体的模拟实验和数字仿真[2]。
因此，要达到比较满意的设计，需要综合多方面的知识和依赖长期实践的积累。
系统的校正问题，是一种原理性的局部设计。
通常是在对象、执行机构和测量元件等主要部件已经确定的条件下，设计校正装置的传递函数和调整系统放大系数[3]，使系统的动态性能指标满足一定的要求。
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文
毕业设计（论文）题目基于MATLAB控制系统仿真应用研究毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：基于MATLAB的控制系统仿真应用研究II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：原始资料：（1）MATLAB语言。
（2）控制系统基本理论。
设计技术要求：（1）采用MATLAB仿真软件建立控制系统的仿真模型，进行计算机模拟，分析整个系统的构建，比较各种控制算法的性能。
（2）利用MATLAB完善的控制系统工具箱和强大的Simulink动态仿真环境，提供用方框图进行建模的图形接口，分别介绍离散和连续系统的MATLAB和Simulink仿真。
III、毕业设计(论文)工作内容及完成时间：第01～03周：查找课题相关资料，完成开题报告，英文资料翻译。
第04～11周：掌握MATLAB语言，熟悉控制系统基本理论。
第12～15周：完成对控制系统基本模块MATLAB仿真。
第16～18周：撰写毕业论文，答辩。
Ⅳ、主要参考资料：[1] 《MATLAB在控制系统中的应用》，张静编著，电子工业出版社。
[2]《MATLAB在控制系统应用与实例》，樊京，刘叔军编著，清华大学出版社。
[3]《智能控制》，刘金琨编著，电子工业出版社。
[4]《MATLAB控制系统仿真与设计》，赵景波编著，机械工业出版社。
[5]The Mathworks,Inc.MATLAB-Mathemmatics(Cer.7).2005.信息工程系电子信息工程专业类 0882052 班学生（签名）：填写日期：年月日指导教师（签名）：助理指导教师(并指出所负责的部分)：信息工程系（室）主任（签名）：学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。
对本文的研究成果作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。
控制工程基础(基于MATLAB的系统分析校正)
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。
3．在simulink仿真环境下，创建所需要的系统。
图1-1 SIMULINK仿真界面图1-2 系统方框图以图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。
5）选择输出方式。
用鼠标点击simulink下的“Sinks”，就进入输出方式模块库，通常选用“Scope”的示波器图标，将其用左键拖至新建的“untitled”窗口。
自动控制原理第六章控制系统的校正
自动控制原理第六章控制系统的校正控制系统的校正是为了保证系统的输出能够准确地跟随参考信号变化而进行的。
它是控制系统运行稳定、可靠的基础，也是实现系统优化性能的重要步骤。
本章主要讨论控制系统的校正方法和常见的校正技术。
一、校正方法1.引导校正：引导校正是通过给系统输入一系列特定的信号，观察系统的输出响应，从而确定系统的参数。
最常用的引导校正方法是阶跃响应法和频率扫描法。
阶跃响应法：即给系统输入一个阶跃信号，观察系统输出的响应曲线。
通过观察输出曲线的形状和响应时间，可以确定系统的参数，如增益、时间常数等。
频率扫描法：即给系统输入一个频率不断变化的信号，观察系统的频率响应曲线。
通过观察响应曲线的峰值、带宽等参数，可以确定系统的参数，如增益、阻尼比等。
2.通用校正：通用校正是利用已知的校准装置，通过对系统进行全面的测试和调整，使系统能够输出符合要求的信号。
通用校正的步骤通常包括系统的全面测试、参数的调整和校准装置的校准。
二、校正技术1.PID控制器的校正PID控制器是最常用的控制器之一，它由比例、积分和微分三个部分组成。
PID控制器的校正主要包括参数的选择和调整。
参数选择：比例参数决定控制系统的响应速度和稳定性，积分参数决定系统对稳态误差的响应能力，微分参数决定系统对突变干扰的响应能力。
选择合适的参数可以使系统具有较好的稳定性和性能。
参数调整：通过参数调整，可以进一步改善系统的性能。
常见的参数调整方法有经验法、试错法和优化算法等。
2.校正装置的使用校正装置是进行控制系统校正的重要工具，常见的校正装置有标准电压源、标准电阻箱、标准电流源等。
标准电压源：用于产生已知精度的参考电压，可以用来校正控制系统的电压测量装置。
标准电阻箱：用于产生已知精度的电阻，可以用来校正控制系统的电流测量装置。
标准电流源：用于产生已知精度的电流，可以用来校正控制系统的电流测量装置。
校正装置的使用可以提高系统的测量精度和控制精度，保证系统的稳定性和可靠性。
基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践
基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践控制系统设计是现代工程领域中至关重要的一部分，它涉及到对系统动态特性的分析、建模、控制器设计以及性能评估等方面。
MATLAB作为一种强大的工程计算软件，在控制系统设计与仿真方面有着广泛的应用。
本文将介绍基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践，包括系统建模、控制器设计、性能评估等内容。
1. 控制系统设计概述控制系统是通过对被控对象施加某种影响，使其按照既定要求或规律运动的系统。
在控制系统设计中，首先需要对被控对象进行建模，以便进行后续的分析和设计。
MATLAB提供了丰富的工具和函数，可以帮助工程师快速准确地建立系统模型。
2. 系统建模与仿真在MATLAB中，可以利用Simulink工具进行系统建模和仿真。
Simulink是MATLAB中用于多域仿真和建模的工具，用户可以通过拖拽图形化组件来搭建整个系统模型。
同时，Simulink还提供了各种信号源、传感器、执行器等组件，方便用户快速搭建复杂的控制系统模型。
3. 控制器设计控制器是控制系统中至关重要的一部分，它根据系统反馈信息对输出信号进行调节，以使系统输出达到期望值。
在MATLAB中，可以利用Control System Toolbox进行各种类型的控制器设计，包括PID控制器、根轨迹设计、频域设计等。
工程师可以根据系统需求选择合适的控制器类型，并通过MATLAB进行参数调节和性能优化。
4. 性能评估与优化在控制系统设计过程中，性能评估是必不可少的一环。
MATLAB提供了丰富的工具和函数，可以帮助工程师对系统进行性能评估，并进行优化改进。
通过仿真实验和数据分析，工程师可以评估系统的稳定性、鲁棒性、响应速度等指标，并针对性地进行调整和改进。
5. 实例演示为了更好地说明基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践，我们将以一个简单的直流电机速度控制系统为例进行演示。
首先我们将建立电机数学模型，并设计PID速度控制器；然后利用Simulink搭建整个闭环控制系统，并进行仿真实验；最后通过MATLAB对系统性能进行评估和优化。
基于MATLAB的控制系统校正设计
······························装·················订·················线······························摘要控制系统校正属于系统设计环节，通过校正可以使系统的性能得到改善，从而使系统满足期望的性能指标。
本文主要研究线性定常系统的串联校正方法，包括串联超前校正、串联滞后校正和串联滞后超前校正。
本文首先回顾了系统的时域性能指标和频域性能指标以及系统的校正方式，然后分别讨论了系统校正的根轨迹法和频率特性法。
针对两种方法，分别给出了控制系统超前校正、滞后校正，滞后超前校正的理论依据、适用范围、校正步骤和相应的算法流程图，并针对各个校正方法编写了相应的MATLAB仿真程序，同时利用MATLAB的图形用户界面设计功能对控制系统校正进行了可视化界面设计，为每种校正方法设计了对应的GUI界面。
现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现
现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现近年来，随着工业技术的飞速发展，控制系统逐渐成为工业自动化过程中不可缺少的重要组成部分，因此其分析与设计也会受到人们越来越多的关注。
本文从控制系统的分类出发，介绍了基于Matlab 的分析与仿真方法，并结合详细的实例，展示了最新的Matlab软件如何用来设计现代控制系统，及如何实现仿真结果。
一、控制系统分类控制系统是将完整的物理系统划分为几个部分，通过规定条件把这些部分组合起来，共同完成某一特定任务的一种技术。
控制系统可分为离散控制系统和连续控制系统，离散控制系统的尺度以脉冲的形式表现，而连续控制系统的尺度以连续变量的形式表现，常见的连续控制系统有PID、环路反馈控制等。
二、基于Matlab的分析与仿真Matlab是一款实用的高级计算和数学工具，具有智能语言功能和图形用户界面，可以进行复杂数据分析和可视化。
Matlab可以用来开发控制系统分析与仿真，包括：数学建模，系统建模，状态估计与观测，数据处理，控制算法研究，仿真实验及系统原型开发等。
此外，Matlab还可以利用其它技术，比如LabVIEW或者C程序，将仿真结果实现在实物系统上。
三、实现现代控制系统分析与设计基于Matlab的现代控制系统分析与设计，需要从以下几个方面进行考虑。
1.数学建模：Matlab支持多种数学计算，比如代数运算、矩阵运算、曲线拟合等，可以用来建立控制系统的数学模型。
2.系统建模：Matlab可以用于控制系统的建模和仿真，包括并行系统建模、混沌建模、非线性系统建模、时滞建模、系统设计建模等。
3.状态估计与观测：Matlab可以用来计算系统状态变量，并且可以根据测量信号估计系统状态，用于系统诊断和控制。
4.数据处理：Matlab可以用来处理控制系统中的大量数据，可以更好地研究控制系统的特性，以便进行更好的设计和控制。
5.算法研究：Matlab可以用来研究新的控制算法，以改进控制系统的性能。
现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现
现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现随着现代科技的不断发展，越来越多的技术应用到现代控制系统中，而控制系统的分析与设计更是一项复杂的技术。
为了更好地实现现代控制系统的分析与设计，计算机技术尤其是基于Matlab的计算机仿真技术在现代控制系统分析与设计中已发挥着越来越重要的作用。
本文旨在介绍基于Matlab的仿真技术，总结它在现代控制系统分析与设计中的应用，为研究者们提供一个思考Matlab技术在现代控制系统分析与设计中的可能性的契机。
Matlab是当今流行的科学计算软件，它的设计特别适合进行矩阵运算和信号处理等工作，可以有效地处理大量复杂的数字信息，因此成为现代计算机技术应用于控制系统分析和设计的重要工具。
基于Matlab的仿真技术主要用于建立控制系统的动态模型，分析系统的特性，评估系统的性能，模拟系统的行为，确定系统的参数，优化系统的性能。
基于Matlab的仿真技术已被广泛应用于现代控制系统的设计中。
首先，基于Matlab的仿真技术可以有效地提高系统设计的效率。
通过实现对控制系统的动态模型建模，可以快速搭建出真实系统的模拟系统，并可以使用计算机来模拟系统行为，可以有效地缩短控制系统设计的周期。
其次，基于Matlab的仿真技术可以有效地改善系统设计质量。
通过分析模拟系统的行为，可以寻找更合理的解决方案，从而改善系统设计的质量。
第三，基于Matlab的仿真技术可以有效地确定系统参数。
通过在模拟系统中添加不同参数，并通过对系统模拟行为的分析，可以确定使系统更加有效的参数组合。
最后，基于Matlab的仿真技术可以有效地优化系统性能。
通过对系统行为的分析，可以识别出系统存在的问题，并设计相应的优化策略，从而实现系统性能的最佳化。
综上所述，基于Matlab的仿真技术在现代控制系统分析与设计中发挥着重要的作用，不仅可以提高系统设计的效率，而且可以改善系统设计的质量，确定系统参数，优化系统性能。
matlab-自动化控制系统设计5控制系统的校正
matlab-自动化控制系统设计5控制系统的校正Matlab自动化控制系统设计: 控制系统的校正控制系统的校正是自动化控制领域中非常重要的一个步骤。
它是指对控制系统进行参数调整和优化，以使系统的性能达到设计要求。
在Matlab中，我们可以使用各种工具和技术来进行控制系统的校正。
本篇文章将一步一步地回答关于控制系统校正的问题，并介绍如何利用Matlab进行控制系统的校正。
1. 控制系统的校正是什么？控制系统的校正是指通过调整系统的参数和性能指标，使其满足设计要求的过程。
在校正过程中，我们通常会考虑系统的稳定性、响应速度、误差补偿等指标，并进行相应的调整。
控制系统的校正是自动化控制工程中非常关键和常见的任务，它可以提高系统的稳定性和性能。
2. 控制系统校正的重要性是什么？控制系统校正的重要性在于确保系统能够按照预期的方式工作。
一个良好校正的控制系统可以使系统的响应速度更快、稳定性更好，同时可以有效地补偿误差和扰动。
控制系统校正也可以提高系统的鲁棒性，使其能够更好地应对不确定性和外部干扰。
3. 在Matlab中如何进行控制系统的校正？在Matlab中，我们可以使用许多工具和技术来进行控制系统的校正。
以下是一些常用的方法：a. PID Tuner工具箱：PID Tuner是Matlab中用于进行PID控制器校正的工具箱。
它可以根据系统的需求自动调整PID控制器的参数，使系统的性能满足要求。
b. sisotool工具箱：sisotool是Matlab中用于进行频域校正的工具箱。
它可以帮助我们分析系统的频率响应，并根据需要进行参数调整。
c. 优化工具箱：优化工具箱提供了各种优化算法，可以用于优化控制系统的性能指标。
我们可以使用这些算法来找到使系统性能最优化的参数组合。
d. 控制系统工具箱：控制系统工具箱是Matlab中用于进行控制系统设计和分析的工具箱。
它提供了丰富的函数和命令，可以帮助我们进行控制系统的校正。
基于Matlab的控制系统PID校正的仿真总结PPT文档78页
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
基于Matlab的控制系统PID校正的仿真总 结
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
自动控制理论第六章控制系统的校正与设计
第一节 系统校正的一般方法
幅相频率特性曲线：
Im
Gc(s)=
1+aTs 1+Ts
令
dφ(ω) dω
=0
得
ωm=
1 Ta
=
1 T
·aT1
0
φm 1ω=0 α+1
2
ω=∞
α Re
两个转折频率的几何中点。
最大超前相角：
sinφm=1+(a(a––11)/)2/2
=
a–1 a+1
φm=sin-1
a–1 a+1
滞后校正部分：
(1+ T1S) (1+αT1S)
超前校正部分：
(1+ T2S)
(1+
T2 α
S)
L(ω)/dB
1
1
0 α T1
T1
-20dB/dec
φ(ω)
0
1α
T2
T2
ω
+20dB/dec
ω
第一节 系统校正的一般方法
(2) 有源滞后—超前
R2
校正装置 传递函数为:
ur R1
GGcc(式(ss))中==K:(K1(cc1(+(1+1aK+T+TTcT01=S1S1S)SR)()()12(1R(+1+1+1+RT+TaT33T2S2S2S)S))) T1=
a=
1+sinφm 1–sinφm
第一节 系统校正的一般方法
(2) 有源超前校正装置
R2 C
R3
Gc(s)=
R3[1+(R1+R2)Cs] R1(1+R2Cs)
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摘要：本论文基于MATLAB控制系统仿真平台，通过对其中一控制系统的仿真分析，运用MATLAB软件实现了该控制系统的数学建模、系统仿真以及系统参数优化等功能。
首先，介绍了控制系统的基本概念和主要组成部分，并提出了仿真和优化的目标。
然后，通过MATLAB软件实现了对该控制系统的数学建模和仿真，并通过仿真结果验证了系统的控制效果。
最后，通过参数优化方法对系统的控制参数进行了优化，并进一步提高了系统的控制性能和稳定性。
关键词：MATLAB控制系统；仿真；参数优化1.引言控制系统是现代自动化技术中重要的组成部分，广泛应用于各个领域。
控制系统的性能和稳定性对于保证系统的正常运行具有重要作用。
而仿真分析和参数优化是提高控制系统性能和稳定性的重要手段。
MATLAB是一种功能强大、灵活性高的工程计算软件，被广泛应用于各个领域的仿真分析和参数优化。
2.控制系统的数学建模和仿真控制系统的数学建模是控制系统仿真的基础。
通过对控制系统的数学模型的建立，可以利用MATLAB软件进行系统的仿真分析。
本文选择了其中一控制系统作为研究对象，通过对该系统进行数学建模，得到了控制系统的状态方程和传递函数。
然后，利用MATLAB软件对该控制系统进行了仿真分析，并得到了系统的时间响应和频率响应等仿真结果。
3.控制系统参数优化控制系统参数优化是提高系统控制性能和稳定性的关键步骤。
本文采用了一种常用的参数优化方法，即遗传算法。
通过对遗传算法的原理和步骤进行介绍，对控制系统的控制参数进行了优化。
通过MATLAB软件实现了该方法，并得到了最优的系统参数。
4.结果分析与讨论通过系统的仿真和参数优化，本文得到了一组最优的系统参数，并对比了原始参数和优化参数的仿真结果。
仿真结果表明，经过参数优化后，系统的控制性能和稳定性得到了显著改善。
5.结论本文基于MATLAB控制系统仿真平台，实现了对其中一控制系统的数学建模、系统仿真以及系统参数优化等功能。
基于Matlab控制系统PID校正器的仿真研究_OK
这叫做全PID调节器。
TD 0
TI TI
GC
(s)
KP
(1
1 TI s
)
KP 0 TD 0 TI
GC (s) KP
GC (s) KP(1TDs) TD 0
GC
(s)
KP
(1
1 TI s
KDs),
5
•
• •
由式（2-2G）可(以s看) 出，PKIDP控(制1是（通2过-T2）三1I 个s参量T起作D用s)的。这三个参量取值的大
13
• 四、结论
• PID控制系统结构简单、稳定性好、 工作可靠、调整方便。PID校正响应速 度比P校正和PI校正都要快，但是超调量 比较大。
14
制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行
控制的。
3
• 2.1 PID调节规律： • PID调节器的数学模型为：
•
（2-1）
• 式 统 称u中的为(t：给积) 定分输时为K入间PpI信常D[e调号数(节；。t)器是的系T输1I统出的信0t 被e号(控；t)量系；统T误D称差为d信比de号(t例t定)系义]数为，：称为微分时；间常是数系，
Nichols首先提出的。已知被控对象的传递函数模型
的三个参数 、 、
时，整定PID调节器参数的计算公式如表1所示：
K T
G(s) K es Ts 1
7
• 表 1 调节器Ziegler-Nichols整定公式
• 为实现用Ziegler-Nichols整定公式计算系统P、PI、PID校正器的参数，作者给出 函数zn01（）。
KT
9
• function [Gc,Kp,Ti,Td]=zn01(PID,vars)
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。
基于Matlab的自动控制系统设计与校正课程设计
自动控制原理课程设计设计题目：基于Matlab地自动控制系统设计与校正目录第一章课程设计内容与要求分析 (1)1.1设计内容 (1)1.2 设计要求 (1)1.3 Matlab软件 (2)1.3.1基本功能 (2)1.3.2应用 (2)第二章控制系统程序设计 (4)2.1 校正装置计算方法 (4)2.2 课程设计要求计算 (4)第三章利用Matlab仿真软件进行辅助分析 (6)3.1校正系统地传递函数 (6)3.2用Matlab仿真 (6)3.3利用Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应 (10)3.2.1原系统单位阶跃响应 (10)3.2.2校正后系统单位阶跃响应 (11)3.2.3校正前、后系统单位阶跃响应比较 (12)3.4硬件设计 (13)3.4.1在计算机上运行出硬件仿真波形图 (14)课程设计心得体会 (15)参考文献 (17)第一章 课程设计内容与要求分析1.1设计内容 针对二阶系统)1()(+=s s Ks W ，利用有源串联超前校正网络（如图所示）进行系统校正.当开关S 接通时为超前校正装置，其传递函数11)(++-=Ts Ts K s W cc α，其中132R R R K c +=，1)(132432>++=αR R R R R ，C R T 4=，“-”号表示反向输入端.若Kc=1，且开关S 断开，该装置相当于一个放大系数为1地放大器（对原系统没有校正作用）.1.2 设计要求1）引入该校正装置后，单位斜坡输入信号作用时稳态误差1.0)(≤∞e ，开环截止频率弧度/秒，相位裕量γ’≥45°；2）根据性能指标要求，确定串联超前校正装置传递函数；3）利用对数坐标纸手工绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线； 4）设校正装置R1=100K ，R2=R3=50K ，根据计算结果确定有源超前校正网络元件参数R4、C 值；5）绘制引入校正装置后系统电路图（设给定地电阻和电容：R=100K ，c R、若干个）；6）利用Matlab仿真软件辅助分析，绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线,并验算设计结果；7）在Matlab-Simulink下建立系统仿真模型，求校正前、后系统单位阶跃响应特性，并进行系统性能比较；8）利用自动控制原理实验箱完成硬件设计过程，包括：搭建校正前后系统电路、输入阶跃信号并通过示波器观察校正前后系统输出响应曲线.1.3 Matlab软件1.3.1基本功能MATLAB是由美国mathworks公司发布地主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计地高科技计算环境.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地建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用地视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算地众多科学领域提供了一种全面地解决方案，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）地编辑模式，代表了当今国际科学计算软件地先进水平.MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件.它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指.MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连matlab开发工作界面接其他编程语言地程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域.MATLAB地基本数据单位是矩阵，它地指令表达式与数学、工程中常用地形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同地事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件地优点，使MA TLAB成为一个强大地数学软件.在新地版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JA V A地支持.可以直接调用,用户也可以将自己编写地实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多地MA TLAB爱好者都编写了一些经典地程序，用户可以直接进行下载就可以用.1.3.2应用1、MA TLAB 产品族可以用来进行以下各种工作：●数值分析●数值和符号计算●工程与科学绘图●控制系统地设计与仿真●数字图像处理技术●数字信号处理技术●通讯系统设计与仿真●财务与金融工程2、MA TLAB在通讯系统设计与仿真地应用MA TLAB 地应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域.附加地工具箱（单独提供地专用MATLAB 函数集）扩展了MA TLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型地问题.第二章 控制系统程序设计2.1 校正装置计算方法设超前校正装置传递函数为：11)(++=s TTs s W dc γ，rd>1若校正后系统地截止频率，原系统在处地对数幅值为，则：d c L γ=ω-lg 10)('由此得：10)('10c Ld ω-=γ由T d d c 11'γ=ωγ=ω，得时间常数T 为：'c dT ωγ=2.2 课程设计要求计算解答过程：对于Ⅰ型系统，10=k ，1.01)(≤==∞ke kss e得10kk ≥故取 K=10.因此)1(10)(+=s s s ω要求4.4≥c ω取：4.4=c ω则有Lc ϖ()+10lg rd=0.即 20lg10-20lgωc-20lgωc+10lg rd=041074.510≈=⇒r d其相位欲度：45.04.42'1'1≈==⇒⨯==ωωcddc rrT Tr w d.1445.0145.041)(++⨯=∴s s s c ω校正后传递函数：)145.0)(1()145.0(10+++s s s sD=KΩ=⇒=⨯⨯⇒=++3.8310050504)(14423432R R R R R RR因此C=F F Tkμ1410014.0103.8445.0334=⨯=⨯⨯=-第三章 利用Matlab 仿真软件进行辅助分析3.1校正系统地传递函数 设：原系统传递函数为)()(a s s Ks W +=，校正装置传递函数为11)(++=cs bs s W c ，则校正后传递函数为11)()()()('+++==cs bs a s s K s W s W s W c3.2用Matlab 仿真 num=[10]。
基于MATLAB的液位控制系统仿真与校正
基于MATLAB的液位控制系统仿真与校正秦文杰【摘要】在采用了合理的实际参数值的基础上,建立了液位控制系统的数学模型即传递函数模型,再利用MATLAB对原系统传递函数模型进行仿真并分析其时域性能指标和频域性能指标是否达到实际工作中的相关要求.若某些指标不能满足相关要求,则需要考虑利用PI控制器、滞后-超前校正或最优控制等校正方法设计校正装置对原系统进行校正直至得到合理的校正方案.通过比较各个校正方案的校正结果,可知在串联积分环节后再采用滞后-超前校正是最佳校正方案,此方案完全消除了原系统的静态误差,并使得超调量降为16.7%,调节时间降为4.18s,达到了较为理想的校正目的.%The mathematical model(the transfer function model) was established based on the reasonable and actual parameters.Then the stability and fast response of the original system were simulated and analyzed with MATLAB software from the time domain and frequency domain performance indexes.If some indexes did not meet the requirements,the original system needed to be corrected by some improved measures,such as cascading one integral or lag-lead correction,adopting PI control and so on. Comparing these simulation results after taking improved measures,we came to the conclusion that cascading one integral and the lag-lead correction was the best correction method,which completely eliminated the static error of the original system and made the overshoot drop to 16.7% and the setting time reduced to 4.18s.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2016(000)017【总页数】3页(P70-72)【关键词】液位控制系统;传递函数;仿真;校正;超调量;调节时间【作者】秦文杰【作者单位】江苏科技大学电气与信息工程学院,江苏苏州,215600【正文语种】中文1.1 液位控制系统模型的理论推导当液位平衡时，在一定的时间内，应有：其中为平均入水流量，为出水流量。
基于MATLAB的机电控制系统的仿真分析与校正
基于MATLAB的机电控制系统的仿真分析与校正
宋晓华;周明安;方坤礼
【期刊名称】《机电工程》
【年(卷),期】2005(022)004
【摘要】介绍了利用MATLAB软件,对控制系统进行分析和校正的方法.通过实例建立一伺服控制系统的仿真模型,分析控制系统的性能,并应用PID校正来改善系统的性能,获得满足设计要求的控制系统.
【总页数】3页(P32-34)
【作者】宋晓华;周明安;方坤礼
【作者单位】浙江工业大学,浙西分校,机电系,浙江,衢州,324004;浙江工业大学,浙西分校,机电系,浙江,衢州,324004;浙江工业大学,浙西分校,机电系,浙江,衢
州,324004
【正文语种】中文
【中图分类】TP271.31;TP391.9
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4.基于MATLAB的机电控制系统时域分析法研究 [J], 单陇红
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打开SISO设计工具窗口
• SISO设计工具的打开方式有很多，主要有以 下两种方法：
(1)在MATLAB命令窗口中输入：
>> sisotool 运行后打开SISO设计工具。 (2)在MATLAB命令窗口中输入：
>> G=tf([1],[1 1 0]);
>> sisotool(G)
运行后，即导入函数
10
传递函数为 ，要 G0(s)
s(s
K 1)(0.5s
1)
求： Kv 5 ；y 40o ；Kg 10dB ,试确定滞
后校正参数a,T
5
6.4 SISO设计工具
• SISO设计工具（SISO Design Tool）是MATLAB提供的能够分析及调 整单输入单输出反馈控制系统的图形用户界面。使用SISO设计工具可 以设计四种类型的反馈系统，如图6.4.1所示。图中C(s)为校正装置的 数学模型；G(s)为被控对象的数学模型；H(s)为传感器（反馈环节）的 数学模型；F(s)为滤波器的数学模型。
,其中a、t可调节
r (t )
Gc (s)
G(s) u (t )
H (s)
图6.3.1 滞后校正示意图
4
【例6.3.1】设单位负反馈系统的开
环传递函数为
G(s)
s(s
10 1)( s
2) ，试设
计一滞后校正系统，使得校正后的
系统相位裕度不小于40°，幅值裕
பைடு நூலகம்
度不低于10 dB。
【例6.3.2】控制系统不可变部分的
G(s)
1 s2
s
的数据
8
系统数据的导入
• 在菜单项中选择“File｜Import．．．”打开下图所示的导入系 统数据对话框。选中“SISO Models”区域对话框中的G，再单 击左边的导入键“—＞”，便将模型G的数据导入到对象数据区 中。
9
响应曲线的设定
• 进行校正装置参数设计时，使用SISO设计工具可以很方便地得到系 统的各种响应（如单位阶跃响应、单位脉冲响应等）曲线，以及指定 响应曲线的起点和终点。
• 比如选择菜单项“Analysis｜Response to Step Command”即可得 到单位阶跃响应曲线（如左图），且缺省情况下为参考输入信号r至 输出信号y的闭环单位阶跃响应和r到校正装置输出信号u两条曲线。
• 可通过选择菜单项“Analysis｜Other Loop Response”打开如右图 所示的响应图形建立窗口来修改响应曲线及其属性。
F(s)
F(s)
C(s)
G(s)
H(s)
(a)
G(s)
C(s)
H(s)
(c)
F(s) C(s)
G(s)
H(s)
(b)
C(s)
G(s)
F(s)
H(s)
(d)
6
(a) 校正装置位于前向通道；(b) 按输入补偿的复合 校正；
(c) 校正装置位于反馈通道；(d) 校正装置位于局部 回路
• SISO设计工具的应用包括： 应用根轨迹法改善闭环系统的动态特性； 改变开环系统Bode图的形状； 添加校正装置的零点和极点； 添加及调整超前/滞后网络和滤波器； 检验闭环系统响应； 调整相位及幅值裕度； 实现连续时间模型和离散时间模型之间的转换。
u(t)
K
p
e(t)
1 Ti
t
e( )d
0
Td
de(t)
dt
其传递函数可以写成：
G(s)
Kp
Ti s
Td s
其中，为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数。
1
6.2 超前校正
• 超前校正（如图6.2.1）即在前向通道上串联传递
函数 Gc
1 aTs 1 Ts
,其中、可调节，且a>1。
r(t)
Gc (s)
G(s) u(t)
H (s)
【例6.2.1】已知一单位反馈伺服系统的开环传 递函数为，试设计一个无源校正网络，使系统的 相位裕度不小于45°，截止频率不低于50rad/s。
2
【例6.2.2】设控制系统如图所示。若要求系 统在单位斜坡输入信号作用下，位置输出稳 态误差，开环系统截止频率。相角裕度，幅
值裕度。试选择超前校正参数。
R(s) -
K S(S 1)
C(s)
系统的传递函数
3
6.3 滞后校正
滞后校正的系统结构图（如图6.3.1）与超前校正相
同，其校正装置的传递函数表达式形式也和超前校
正装置的传递函数相似，不同的是系数a<1。即滞后
校正装置的传递函数为 ，且a<1。
GC
1 aTs 1 Ts
第六章 基于MATLAB的控制系统校正
PID控制策略是最早发展起来的控制策略之一。由于其控制结 构简单，实际应用中又便于整定，所以它在工业过程控制中有 着十分广泛地应用。在本小节中只是简单地介绍PID控制策略 在MATLAB中的实现方法。 比较简单的方法就是利用Simulink中的Subsystems模块构建 PID子系统。PID控制器的数学描述为：