MATLAB在自动控制原理中的应用
matlab在自动控制中的应用
matlab在自动控制中的应用
Matlab在自动控制中有广泛的应用。
以下是几个常见的应用
领域：
1. 系统建模和仿真：Matlab可以用于系统建模和仿真，可以
根据实际物理系统的特性来建立数学模型，并通过仿真来验证系统的性能。
2. 控制系统设计：Matlab提供了丰富的控制系统设计工具箱，可以用于设计各种类型的控制器，如比例-积分-微分（PID）
控制器、线性二次调节器（LQR）等。
3. 系统分析和优化：Matlab可以用于分析控制系统的性能，
如稳定性、鲁棒性和灵敏度等。
还可以用于系统参数优化，通过调整控制器的参数来达到期望的控制效果。
4. 多变量控制系统：Matlab可以处理多变量控制系统，可以
对多输入多输出（MIMO）系统进行建模、仿真和控制设计。
5. 自适应控制：Matlab提供了自适应控制工具箱，可以用于
设计具有自适应性能的控制器，可以根据系统动态特性自动调整控制参数。
6. 状态估计和观测器设计：Matlab可以用于设计状态估计器
和观测器，用于估计系统的状态变量，从而实现对系统的观测和控制。
7. 非线性控制系统：Matlab可以处理非线性控制系统，可以
用于建立非线性控制系统的数学模型，并进行仿真和控制设计。
总的来说，Matlab在自动控制中提供了丰富的工具和功能，
可以帮助工程师和研究人员进行控制系统的分析、建模、仿真和控制设计等工作。
MATLAB在自动控制原理中的应用
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
5.2 控制系统的时域分析
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。
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
5.1.2 控制系统模型的建立及转换函数
在MATLAB的控制系统工具箱中，各种LTI对象模型的生成和模型间的转换都可以 通过一个相应函数来实现。 表 生成LTI模型的函数 函数名称及基本格式 dss(a, b, c, d, …) filt(num, den, …) ss(a, b, c, d, …) tf(num, den, …) zpk(z, p, k, …) 功 能 生成（或将其它模型转换为）描述状态空间模型 生成（或将其它模型转换为）DSP形式的离散传递函数 生成（或将其它模型转换为）状态空间模型 生成（或将其它模型转换为）传递函数模型 生成（或将其它模型转换为）零极点增益模型
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
[例] 求系统：
G (s) s s 1
2
2s 5
的方波响应，其中方波周期为6秒，持续时间12秒，采样周期为0.1秒。 MATLAB程序为： [u,t]=gensig('square',6,12,0.1); %生成方波信号 plot(t,u,'--');hold on; %绘制激励信号 sys=tf([1,1],[1,2,5]); %生成传递函数模型 lsim(sys,u,t); %系统对方波激励信号的响应 Linear Simulation Results hold on 1.2 y2=step([1,1],[1,2,5],t); %系统的阶跃响应 1 plot(t,y2,'r'); 0.8 该程序运行所得结果如图所示。
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”。
MATLAB在“自动控制原理”教学中的应用
MATLAB在“自动控制原理”教学中的应用作者：李来强， 王树林作者单位：上海理工大学 能源与动力工程学院，上海，200093相似文献(10条)1.会议论文朱立红.张良设计目录在机械专业学生创新思维能力培养中的应用2009培养学生的创新思维能力是高等教育的重要任务.简述创新能力、创新思维以及设计目录的概况。
给出了设计目录的方法和内容，以机械传动原理方案的设计目录的编制为例，探讨设计目录与创新思维能力之间的关联以及在学生创新思维能力培养中的应用过程。
2.会议论文王勇.李剑锋.张慧.赵军完善质量监控体系，提高学生能力与素质——山东大学机械设计制造及其自动化专业工程教育专业认证试点体会2008机械设计制造及其自动化专业2007年11月参加并通过了全国工程教育专业认证。
专业认证是适应国家工程师制度改革的需要，建立和完善高等教育质量保证体系，促进工程教育的国际互认，推进工程教育教学改革与建设的必由之路。
本文总结并介绍了参加工程教育专业认证的体会与经验。
工程教育专业认证必须结合学校办学理念，明确专业培养目标。
围绕学生能力培养，科学设置课程。
改进实践教学体系，提高学生综合素质。
建立科学、规范的教学管理制度和质量保障制度，并严格执行落实。
3.会议论文李伟.戴光.李宝彦.林玉娟.张颖过程装备与控制工程省重点专业建设与改革2009本文对大庆石油学院过程装备与控制工程省重点专业建设情况进行了介绍。
大庆石油学院过程装备与控制工程专业源于1961年建校初期创办的化工设备与机械专业，是我国较早设置这一专业的学校之一。
1998年颁布根据教育部《普通高等学校本科专业目录》更名为“过程装备与控制工程”专业。
经过四十多年的建设与改革，目前，本专业为黑龙江省重点专业，具有博士学位授权点1个、硕士一级学科1个。
进入新世纪以来，我专业密切关注高等教育教学改革的方向，积极贯彻教育部2001年4号、5号和2005年1号文件精神，结合教育为东北老工业基地服务和省级重点专业建设计划，重新定位专业服务面向，发挥优势，突出特色，通过修订人才培养方案、深化教学内容与教学手段改革、建设高水平师资队伍、强化实践教学以及推进科研促教学等方面工作，不断加强建设，深化改革，着力打造全省及至全国品牌专业。
MATLAB在自动控制原理中的应用
自动控制原理是研究自动控制系统的基本原理和设计方法的学科。本演示将 介绍MATLAB在控制系统分析、设计和应用中的强大功能。
自动控制原理简介
自动控制原理研究控制系统的基本概念、原理和工程实现方法，以及控制系统的稳态和动态性能分析。
MATLAB的概述
MATLAB是一种高级数值计算和可视化软件，被广泛应用于工程、科学和数学领域，包括自动控制原理。
MATLAB在自动控制原理中的作用
MATLAB提供了丰富的工具和函数，用于控制系统建模、仿真、稳态分析、动态性能分析、控制系统设计等方 面。
控制系统建模与仿真
MATLAB可以帮助工程师将现实世界的控制系统抽象为数学模型，并进行仿真以评估其性能和稳定性。
控制系统稳态分析
MATLAB可以分析控制系统在稳态运行时的性能特征，包括稳态误差、稳定性 和系统响应。
控制系统动态性能分析
MATLAB可以分析控制系统在动态过程中的性能特征，如时间响应、频率响应 和阶跃响应。
控制系统设计
MATLAB提供了多种控制器设计方法和工具，用于设计满足特定要求的控制系统。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
线性控制系统分析工具
MATLAB提供了丰富的线性控制系统分析工具，包括传递函数、频域分析和根轨迹等。
非线性控制系统分析工具
MATLAB提供了强大的非线性控制系统分析工具，包括状态空间模型、Lyapunov稳定性分析和反馈线性化。
MATLAB在“自动控制原理”实验教学中的应用探析
MATLAB在“自动控制原理”实验教学中的应用探析自动控制原理是十分重要的课程之一，其实验教学开展的教学效果将直接影响到自动控制原理课程的教学效果与教学目标的实验。
传统自动控制原理实验箱无法拓展，受环境限制影响较大，难以指导学生深入了解参数变化与系统性能之间的关系等缺陷提出了在自动控制原理实验教学中运用MATLAB，以弥补传统实验箱开展实验教学的缺陷，同时激发学生参与自动控制原理实验的兴趣，全面提高学生综合实践能力与独立探索思維。
标签：MATLAB；自动控制原理；实验教学自动控制原理课程是电气工程及其自动化控制专业的重要基础课程，直接影响到学生是否能够真正掌握电气工程自动化控制的核心。
在自动控制原理课程中实验教学是十分关键的，其能够将自动控制原理课程中晦涩、抽象的理论用于指导实践，让学生在形象、直观的实验过程中学会理论联系实际，从而获得更强的实践能力。
MATLAB是一种常用的软件，在自动控制原理实验教学中运用MATLAB可以进一步提升自动控制原理实验教学的实效性。
1 “自动控制原理”实验教学教育不仅仅是概念性的，同时也是经验性的、操作性的。
学生在学习过程中往往都需要通过直接的操作经验、具体事例以及实际应用才能够提升学习质量。
自动控制原理是一门电气工程与自动化专业中的基层课程，在电气及其自动化专业中占据着十分重要的地位。
自动控制原理课程的主要教学内容涵盖了控制系统的数学模型、非线性系统分析、频率法等。
自动控制原理课程概念抽象、计算复杂、涉及数学计算难度大，学生在学习过程中总是难以完全理解[1]。
在自动控制原理课程教学中实验教学是不可或缺的重要教学环节，是自动控制原理理论与实践的桥梁。
在自动控制原理教学中重视实验教学不仅仅可以使得学生对自动控制原理中的理论有更加深入的理解与把握，同时还可以将理论与实践紧密的联系起来，有效提升自动控制原理课程的教学质量，同时使得学生对自动控制原理课程更有兴趣。
传统的自动控制原理实验教学所采用的都是电子模拟实验箱装置。
MATLAB在《自动控制原理与系统》教学中的应用4页word文档
MATLAB在《自动控制原理与系统》教学中的应用《自动控制原理与系统》是电气自动化专业的主干课程之一。
它主要以自动控制理论作为系统分析的工具,以系统分析作为应用案例,研究自动控制系统的模型建立、性能分析和系统调试的基础理论与相关技术。
该课程涉及知识面广,信息量大,而且理论性和实践性较强,抽象概念及分析方法较多。
如果采用传统的教学方式,一方面教师需要花费大量时间在黑板上绘图、计算;另一方面,学生理解和接授知识会感觉枯燥难懂。
随着计算机的普及,多媒体教学手段的使用已非常普遍。
PowerPoint 功能强大,实用性强,操作简单,能够根据学生的学习进度进行交互式教学,克服了以往课堂教学的局限性,在很多学科教学中取得了良好的效果。
但是,《自动控制原理与系统》课程理论抽象且工程应用性强,学生学习该课程需要理论联系实际。
如果采用常规的多媒体教学手段,学生虽然在课堂上获得的信息量增加了,但对教学内容反而难以及时进行有效消化理解。
在强调面向实际、面向应用的高职教育中,亟需寻找一种简捷易行、方便直观的新型教学方式来弥补传统教学方式的不足。
针对该课程的特点、高职学生的基础及培养目标,在课程教学过程中,采用MATLAB 仿真软件进行辅助教学, 便于将抽象的理论知识形象化,可有效扩充教学信息,增加吸引力,有助于提高学生的学习兴趣。
MATLAB软件简介MATLAB是美国Math Works公司于1982年推出的可视化软件。
它集完善的数值分析、强大的矩阵计算、复杂的信号处理和完美的图形处理等功能于一体,构成一个方便实用的用户环境,方便进行科学分析和工程计算。
它所提供的可视化动态仿真软件包――SIMULINK,可实现动态系统建模、仿真与分析,具有直观、方便、灵活等优点。
应用MATLAB / SIMULINK对系统进行建模、仿真与分析,简单方便,只需要在模型窗口中使用鼠标拖放选定的功能模块并用信号线将之连结起来,不需要编写任何程序代码,就可以实现系统仿真。
基于matlab在自动控制原理中的应用(精)
[gm,pm,wcp,wcg]=margin(num,den) gm：增益 pm：相位裕度 wcp：相位裕度对应的频率 wcg：增益对应的频率
11.求连续系统的Nyquist(奈奎斯特)频率曲线
nyquist(num,den)
例：
12. 求系统根轨迹
rlocus(num,den)
例: num=[2,5,1] den=[1,2,3] rlocus(num,den)
step(num,den) 单位阶跃响应 nyquist(num,den) 奈奎斯特频率曲线
Nichols(num,den) 尼柯尔斯频率响应曲线
谢谢指导！
退出
6.连接系统的单位阶跃响应
step(num,den)
7.连接系统的单位冲激响应
impulse(num,den)
8.连续系统的BODE(波特)频率响应
bode(num,den)
例：
9. 变系统零极点增益形式为传递函数形式
[num,den]=zp2tf(z,p,k)
z、p为列向量
10. 求增益和相位裕m] den = [a1，a2，…an ]
输入：num1=[3] den1=[1,4] num2=[2,4] den2=[1,2,3]
2. a=tf([1,2,3],[3,4,5,7]) Transfer function: s^2 + 2 s + 3 ----------------------3 s^3 + 4 s^2 + 5 s + 7
例：
负反馈连接
numg=[2,5,1] deng=[1,2,3] numh=[5,10] denh=[1,10] [num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh) 显示： num=
matlab在自控原理中的应用
MATLAB在自控原理中的应用概述MATLAB是一种高度集成的数值计算环境和编程语言，广泛用于科学计算、数据分析和工程设计等领域。
在自控原理中，MATLAB具有广泛的应用，可以用于系统建模、控制器设计、性能评估等方面。
本文将介绍MATLAB在自控原理中的主要应用。
系统建模•MATLAB提供了丰富的工具和函数用于系统建模，包括线性时不变系统、非线性系统、离散系统等。
可以通过使用这些工具对自控系统进行数学建模，从而实现对系统性能的分析和优化。
•MATLAB中的System Identification Toolbox可以根据已知的输入输出数据对系统进行辨识，从而获得系统的数学模型。
这个模型可以用于系统控制器设计和性能评估。
控制器设计•MATLAB提供了多种控制器设计工具，如PID Control Toolbox、State-Space Control Toolbox等。
这些工具可以根据系统模型、性能要求和控制策略，自动设计出合适的控制器。
•PID Control Toolbox可以根据系统的动态响应要求，自动生成PID 控制器的参数，并进行性能评估和优化。
•State-Space Control Toolbox可以利用系统的状态空间模型，设计出满足系统性能要求的状态反馈控制器和观测器。
性能评估•MATLAB提供了多种性能评估工具和函数，用于分析和评估系统的性能。
这些工具可以评估系统的稳定性、鲁棒性、饱和度、频率响应等性能指标。
•通过使用MATLAB中的频域分析工具，可以分析系统的频率响应和频率特性，从而判断系统是否满足设计要求。
•通过使用MATLAB中的时域分析工具，可以分析系统的动态响应和稳定性。
控制系统仿真•MATLAB是非常强大的仿真工具，可以用于控制系统的仿真分析。
可以通过在MATLAB中构建系统模型和控制器模型，进行闭环仿真，评估系统的控制效果和性能。
•MATLAB提供了多种仿真工具箱，如Simulink、Control System Toolbox等。
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。
matlab在自动控制原理中的应用
MATLAB在自动控制原理中的应用1. 简介MATLAB是一种高级的科学计算软件，广泛应用于工程学、计算机科学、物理学等领域。
在自动控制原理中，MATLAB提供了强大的工具和函数，可以帮助工程师和研究人员轻松地进行系统建模、系统分析和控制设计。
2. 系统建模在自动控制原理中，系统建模是非常重要的一步。
MATLAB提供了多种建模工具和函数，可以根据系统的物理特性或实验数据来建立数学模型。
•使用MATLAB的符号计算工具，可以将系统的微分方程或差分方程进行符号化处理，得到系统的传递函数或状态空间模型。
- 通过符号计算，得到系统的微分方程或差分方程- 使用符号计算工具，将方程符号化处理- 得到系统的传递函数或状态空间模型•如果已经有系统的输入输出数据，可以使用MATLAB的系统辨识工具，通过对数据进行处理和分析，得到系统的数学模型。
- 收集系统的输入输出数据- 使用系统辨识工具，对数据进行处理和分析- 得到系统的数学模型3. 系统分析系统分析是了解和评估系统性能的过程。
MATLAB提供了丰富的分析工具和函数，可以帮助工程师和研究人员进行系统的频率域分析、时域分析等。
•使用MATLAB的频率响应分析工具，可以对系统的幅频特性、相频特性进行分析，了解系统的频率响应。
- 使用频率响应分析工具，分析系统的幅频特性- 分析系统的相频特性•使用MATLAB的时域分析工具，可以对系统的步响应、阶跃响应等进行分析，了解系统的动态特性。
- 使用时域分析工具，分析系统的步响应- 分析系统的阶跃响应4. 控制设计控制设计是根据系统的需求和性能指标，设计控制器来实现对系统的控制。
MATLAB提供了多种控制设计工具和函数，可以帮助工程师和研究人员进行控制器的设计和优化。
•使用MATLAB的根轨迹设计工具，可以进行系统的根轨迹分析，针对系统的性能指标进行控制器的设计和调整。
- 使用根轨迹设计工具，进行系统的根轨迹分析- 针对系统的性能指标，设计和调整控制器•使用MATLAB的频率域设计工具，可以进行系统的频率域设计，根据系统的幅频特性和相频特性设计控制器。
数控技术matlab在自动控制原理中的应用
8.1 控制工具箱中旳LTI对象
线性系统能够采用四种不同措施来进行描述， 每种措施又有几种参数矩阵，基于面对对象旳 设计思想，建立专用旳数据构造类型，将多种 模型封装成统一旳LTI对象。在一种名字下包 括了改系统旳全部属性。
8.1.1 LTI 对象旳类型和属性 控制工具箱中一般有三个对象ss tf zpk
0.2s 1 0.01s 1
系统串联联接
系统串联联接旳构造图如下图所示。在使
u
y
G1 (s)
num1 den1
G1 (s)
G2 (s)
G2 (s)
num2 den2
用过程中可用函数series得到串联络统旳数
学模型。
格式1：
[num,den]=series(num1,den1,num2,den2)
A1 0 B1 0
A
0
A2
B
0
B2
C
C1
0
0 C2
D
D1
0
0 D2
例：系统构造图如图 u1 + - 10
y1
所示，利用系统增广 -
s
函数求闭环系统旳数
学模型。
-
u2 +
2
y2
-
s
ns1=[10];ds1=[1 0];
[a1,b1,c1,d1]=tf2ss(ns1,ds1);
ns2=[2];ds2=[1,0];
u1
系统1
y1
u2
系统2
y2
可利用函数append()得到增广联络统状态空 间模型。使用格式如下：
[A,B,C,D]=append(A1,B1,C1,D1,A2,B2,C2,D2)
Matlab数字仿真在自动控制原理教学中的应用
Matlab数字仿真在自动控制原理教学中的应用摘要：自动控制原理这门控制理论课程强调方法论，理论性强，如何帮助学生理解和掌握课程中的基本概念、原理和分析方法，并培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，是当前课堂教学所要解决的重要问题。
通过讨论Matlab数字仿真在系统时域分析、根轨迹分析中的应用，提出一种在课堂中引入虚拟实验的新型教学方法，增强教学内容的直观性，激发学生的学习兴趣，从而提高课堂教学质量和效率。
关键词：Matlab数字仿真；时域分析；根轨迹法；课堂教学自动控制原理是自动化与电气信息类专业的一门重要的专业基础课程，在整个专业知识体系中有承上启下的作用，占据非常重要的地位。
该课程内容涉及控制系统的模型建立、系统性能分析、系统设计等基本理论与方法，所讨论的基本问题是在工程实践的基础上提升和抽象出来的内容，具有理论性强、信息量大、概念抽象、数学推导多等特点，学生往往因为缺乏工程实践知识和对实际控制系统的感性认识，感到学习内容抽象，难以理解。
通过将自动控制系统Matlab 数字仿真应用于自动控制原理的多媒体课堂教学当中，在课堂教学中引入控制工程实例，可以增强课堂教学的直观性和生动性，帮助学生理解和掌握抽象的理论知识，从而提高教学效率。
本文通过实例探讨Matlab仿真技术在时域分析、根轨迹分析和系统设计与校正等教学中的应用。
1基于Matlab/Simulink的时域分析法自动控制原理讲述了常规的3大系统分析方法，包括时域分析、根轨迹分析和频域分析，其中时域分析中的数学模型是微分方程，复数域分析中的数学模型是传递函数，频域分析中的数学模型是频率特性。
在时域分析法中，闭环系统稳定性的判定是学习重点，线性系统稳定的充要条件是：特征方程的所有特征根均具有负实部［1］。
判定系统稳定性一般采用劳斯判据，对于高阶系统，计算过程繁琐而且复杂，但是运用Matlab来判断稳定性不仅减少计算量，而且能够准确获得所有特征根［2］。
Matlab在自动控制原理理论教学中的应用
型有传递函数和状态模型等 。涉及 的教 学内容抽象 、计算 性
强、 作图方法多 、 学生不易掌握。在课 堂教 学中 ， 师需要在 黑 教 板上 画很多 曲线 ， 析参数多 时 ， 分 很难 画 出好 看 准确的 曲线 ， 只能定性 的画出大致 的形状。影响学生的理解 与接受 。 Ｍ ｔ ｂＭａ ｉ Ｌ ｂｒｔ ｙ 矩 阵实验 室） 言是美 国 Ｍａ — ａ ａ （ ｔｘ ａｏａ ｒ， ｌ ｒ ｏ 语 ｔ ｈ
ｓ ｎ一 或省 略表示负反馈 ，ｇ＝ 表示正反馈 。 ｉ＝ １ ｇ ｓｎ ｌ ｉ
例 １ 利用 ＭＡ Ｌ Ｂ求下 列两 个传 递 函数在 串联 、并联 ＴＡ
（ ２ ６ ）（２ ＋ １ ３ ｓ＋ １ １） ｓ ．６ ｓ ＋４ ＾ ．４ ５ ．７ ２
将有理 函数形式的传递 函数转换成 了零极 点形式 的传递
迹 、 态 性 能分 析 中的 具体 应 用 。 稳
关键词 ： ｔ ｂ 自动控制； Ｍａ ａ ； ｌ 应用 ； 动态仿真 中图分 类号：４ ４ Ｇ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ １ ７ ２ ２０ ） ３ ０ ８ － ２ １ ７－ ５Ｘ（０ ８ ０ － ０ ３０
自动 控制 原理 是一 门 自动 控制专 业 的技 术基 础理 论课
函数 。
及负反馈连接下的等效传递 函数。
收稿 日期： ０ ８ ０ — １ ２ ０ — ６ ２
作者简介： 成志 （ ９ ８ ， ， 朱 １７ 一）男 安徽怀宁人 ， 安徽工业职业技术学 院机 电工程系教师 。
・
８ ・ ３
皇 《
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ａ 昌 一
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二 、Ａ Ｌ Ｂ在 系统 频 域 分 析 中 的应 用 ＭＴＡ
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。
matlab仿真在自动控制原理课程教学中的应用
matlab仿真在自动控制原理课程教学中的应用
Matlab是一种强大的数学软件，它可以用于自动控制原理的仿真和模拟实验。
在自动控制
原理课程教学中，Matlab的应用主要有以下几个方面：
1. 系统建模与仿真：利用Matlab可以方便地建立系统的数学模型，并进行仿真。
通过仿真，可以直观地观察系统的动态特性，从而深入理解自动控制原理的基本概念和方法。
2. 控制算法设计与验证：Matlab提供了丰富的控制算法设计工具箱，可以用于设计各种
控制器，如PID控制器、根轨迹设计、频率响应法等。
通过仿真验证，可以评估控制器的性能，并进行参数优化。
3. 实验数据分析：在实验中，可以采集系统的输入输出数据，利用Matlab进行数据分析和处理，如频域分析、时域分析、系统辨识等。
通过数据分析，可以更深入地了解系统的特性和性能。
4. 课程演示与展示：Matlab可以用于制作课程演示和展示，如动态仿真、控制算法演示等。
通过演示和展示，可以生动形象地展示自动控制原理的基本概念和方法，提高学生的学习兴趣和理解能力。
综上所述，Matlab在自动控制原理课程教学中具有重要的应用价值，可以帮助学生更深入地理解自动控制原理的基本概念和方法。
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本论文主要研究如何根据用户要求的性能指标进行自动控制系统的串联校正设计，而此设计又具有很重要的现实意义。
对于给定的线性定常系统，我们通常通过加入串联超前、滞后或超前滞后综合校正装置，以达到提高系统的精度和稳定性的目的。
本文将给出基于频率特性法串联校正的具体设计方法，同时对该课题中的控制系统模型进行仿真。
本设计可实现如下功能：对一个线性定常系统，根据需求的性能指标，通过本设计可给出系统的串联校正网络，从绘制出的各种响应曲线可以直观地将校正前后的系统进行比较，而仿真实例结果也进一步表明了此设计方法有效性和实用性。
关键词：串联校正；根轨迹；频率特性法；MATLAB1．1研究目的在实际工程控制中，往往需要设计一个系统并选择适当的参数以满足性能指标的要求，或对原有系统增加某些必要的元件或环节，使系统能够全面满足性能指标要求，此类问题就称为系统校正与综合，或称为系统设计。
当被控对象给定后，按照被控对象的工作条件，被控信号应具有的最大速度和加速度要求等，可以初步选定执行元件的形式、特性和参数。
然后，根据测量精度、抗扰能力、被测信号的物理性质、测量过程中的惯性及非线性度等因素，选择合适的测量变送元件。
在此基础上，设计增益可调的前置放大器与功率放大器。
这些初步选定的元件以及被控对象适当组合起来，使之满足表征控制精度、阻尼程度和响应速度的性能指标要求。
如果通过调整放大器增益后仍然不能全面满足设计要求的性能指标，就需要在系统中增加一些参数及特性可按需要改变的校正装置，使系统能够全面满足设计要求，这就是控制系统设计中的校正问题。
系统设计过程是一个反复试探的过程，需要很多经验的积累。
MATLAB为系统设计提供了有效手段。
1．2相关研究现状系统仿真作为一种特殊的实验技术，在20世纪30-90年代的半个多世纪中经历了飞速发展，到今天已经发展成为一种真正的、系统的实验科学。
自动控制系统仿真是系统仿真的一个重要分支，它是一门设计自动控制理论、计算机数学、计算机技术、系统辩识以及系统科学的综合性新型学科。
它为控制系统的分析、计算、研究、综合设计以及自动控制系统的计算机辅助教学等提供了快速、经济、科学及有效的手段。
自动控制系统仿真就是以自动控制系统模型为基础，采用数学模型替代实际控制系统，以计算机为工具，对自动控制系统进行实验、．分析、评估及预测研究的一种技术与方法。
1．3研究方法自动控制系统仿真包括以下几个基本步骤：问题描述、模型建立、仿真实验、结果分析。
(1)建立数学模型控制系统模型，是指描述控制系统输入、输出变量以及内部变量之间关系的数学表达式。
控制系统模型可分为静态模型和动态模型，静态模型描述的是自动控制系统变量之间的静态关系，动态模型描述的是自动控制系统变量之间的动态关系。
最常用、最基本的数学模型是微分方程与差分方程。
(2)建立仿真模型由于计算机数值计算方法的限制，有些数学模型是不能直接用于数值计算的，如微分方程，因此原始的数学模型必须转换为能够进行系统仿真的仿真模型。
例如，在进行连续系统仿真时，就需要将微分方程这样的数学模型通过拉普拉斯变换转换成传递函数结构的仿真模型。
(3)编写仿真程序控制系统的仿真涉及很多相关联的量，这些量之间的联系要通过编制程序来实现，常用的数值仿真语言有C、FORTRAN等，近年来发展迅速的综合计算仿真软件，如MATLAB也可以用来编写仿真程序，而且编写起来非常迅速、界面友好，已得到广泛应用。
(4)进行仿真实验并分析实验结果在完成以上工作后，就可以进行仿真实验了，通过对仿真结果的分析来对仿真模型与仿真程序进行校验和修改，如此反复，直到达到满意的实验效果为止。
三、控制系统性能指标及校正装置分类对于线性系统，常用的分析方法有三种：1)时域分析方法；2)根轨迹法；3)频率特性法；其中，时域分析方法，是一种直接分析方法，具有直观准确的优点，尤其适用于低阶系统。
而频率特性法基本思想是通过开环频率特性的图形对系统进行分析，表征了系统或元件对不同频率正弦输入的响应特性，主要优点有：不需要求解微分方程，形象直观、计算量少，可方便设计出能有效抑制噪声的系统 。
3．1控制系统的性能指标设计控制系统的目的是使控制系统满足特定的性能指标，性能指标与控制精度、相对稳定性、响应速度等因素有关。
在设计控制系统时，确定控制系统性能 指标是非常重要的工作。
控制系统的性能指标按类型可分为：1时域性能指标，包括稳态性能指标和动态性能指标，如图3.1；（1）延迟时间T α：指h(t)上升到稳态的50%所需的时间。
（2）上升时间Tr:指h(t)第一次上升到稳态值的所需的时间。
（3）峰值时间Tp ：h(t)第一次达到峰值所需的时间。
上述三个指标表征系统初始阶段的快慢。
（4）超调量δ :h(t)的最大值与稳态值之差与稳态值之比：（5）调节时间Ts:指h(t)和h(∞)之间的偏差达到允许范围（2%-5%）时的暂态过程时间。
它反映了系统的快速性。
（6） 振荡次数N:调节时间内，输出偏离稳态的次数。
（7） 稳态误差ess: 单位反馈时，实际值（稳态）与期望值（1（t ））之差。
它反映系统的精度。
2频域性能指标，包括开环频域指标和闭环频域指标，如图3.2。
%100)()()(%⨯∞∞-=h h t h p σ图3.2（1） 开环频域性能指标：开环增益，开环截止频率ωc ，低频段斜率，高频段斜率，中频段宽度，高频段衰减率相角裕度γ:γ=180o +ψ(ωc )幅值裕度K g: （2）闭环频域性能指标：谐振频率ωr ，谐振峰值Mr ，闭环截止频率ωb ，闭环带宽在控制系统设计中，采用的设计方法一般依据性能指标的形式而定。
如果性 能指标以单位阶跃响应的峰值时间、调节时间等时域特征量给出，那么一般采用 根轨迹法进行设计；如果性能指标以相角裕度、幅值裕度等频域特征量给出，那 么一般采用频率法进行设计。
工程上通常采用频率法进行功能设计，需要通过近 似公式对时域和频域两种性能指标进行转换。
1)二阶系统频域指标与时域指标的关系（近似公式）：剪切频率谐振频率谐振峰值 带宽频率g g 1(j )(j )K G H ωωωω==调节时间相角裕度超调量2）高阶系统频域指标与时域指标的关系（近似公式）：谐振峰值超调量δ=0.16+0.4（M r-1），18.1≤M≤r调节时间t s=K0π/w c K0=2+1.5（M r-1）+2.5（M r-1）23. 2控制系统校正的分类为使控制系统能满足一定的性能指标，通常需要在控制系统中引入一定的附加装置，称为控制器或校正装置。
根据校正装置的特性，可分为超前校正装置、滞后校正装置和超前滞后校正装置。
(1)超前校正装置校正装置输出信号在相位上超前于输入信号，即校正装置具有正的相角特性，这种校正装置称为超前校正装置，对系统的校正称为超前校正。
(2)滞后校正装置校正装置输出信号在相位上滞后于输入信号，即校正装置具有负的相角特性，这种校正装置称为滞后校正装置，对系统的校正称为滞后校正。
(3)超前滞后校正装置校正装置在某一频率范围内具有负的相角特性，而在另一频率范围内却具有正的相角特性，这种校正装置称为超前滞后校正装置，对系统的校正称为超前滞后校正。
根据校正装置与被控对象的不同连接方式，可分为串联校正、反馈(并联) 校正、前馈校正和干扰补偿等。
串联校正和并联校正是最常见的两种校正方式。
(1)串联校正如果校正元件与系统的不可变部分串联起来，如图3.3所示，则称这种形式的校正为串联校正。
串联校正通常设置在前向通道中能量较低的点，为此通常需要附加放大器以增大增益，补偿校正装置的衰减或进行隔离。
图3.3图中的Go（S）表示前向通道不可变部分的传递函数，H(S)表示反馈通不可变部分的传递函数，Gc（S）表示校正部分的传递函数。
(2)反馈校正如果从系统的某个元件输出取得反馈信号，构成反馈回路，并在反馈回路内设置传递函数为Gc(5)的校正元件，如图3.4所示，则称这种形式的校正为反馈校正。
反馈削弱了前向通道上元件变化的影响，具有较高的灵敏度，单位反馈时也容易控制偏差，这就是较多地采用反馈校正的原因。
图3.4(3)前馈校正如果从系统的输入元件输出取得前馈信号，构成前馈回路，并在前馈回路内设置传递函数Gc（S）的校正元件，如图3.5所示，则称这种形式的校正为前馈校正。
它是在系统反馈回路之外采用的校正方式之一。
前馈校正通常用于补偿系统外部扰动的影响，也可用于对控制输入进行校正。
图3.53．3本章小结本章主要研究的是控制系统的各项性能指标，同时指出为了使控制系统满足一定的性能指标，通常在控制系统中加入超前校正装置、滞后校正装置或超前滞后装置。
而后续的研究工作也是围绕这三种校正装置的功能展开的。
第4章基于频率法的控制系统的校正设计控制系统的频率特性反映的是系统对正弦输入信号的响应性能。
频率分析法是一种图解分析法，它依据系统频率特性对系统的性能(如稳定性、快速性和准确性)进行分析。
频率分析法的突出优点是可以通过实验直接求频率特性来分析系统的品质，应用频率特性分析系统可以得出定性和定量的结论，并具有明显的物理含义，因而在工程上被广为采用。
在系统对数频率特性的低频段对系统的稳态误差有较大影响，当要求系统的输出量以某一精度跟随输入时，需要系统在低频段具有相当高的增益；在中频段，为了保证系统有足够的相位裕量，其特性频率应为-20dB／dec，一般最大不超过-30dB／dec，而且在穿越频率附近要有一定的延伸段；为了减小高频干扰的影响，通常需要在高频段有尽快衰减的特性。
4．1基于频率法的串联超前校正频率法中的串联超前校正是利用校正装置的超前相位在穿越频率处对系统进行相位补偿，以提高系统的相位稳定裕量，同时也提高了穿越频率值，从而改善系统的稳定性和快速性。
串联超前校正主要适用于稳定精度不需要改变，暂态性能不佳，而穿越频率附近相位变化平稳的系统。
4．1．1 串联超前校正网络设计的算法步骤应用频率法进行串联超前校正的步骤如下：(1)根据所要求的稳态性能指标，确定系统的开环增益K。
(2)绘制满足由(1)确定的值下的系统Bode图，并求出系统的相角裕量γ0。
(3)确定为使相角裕量达到要求值所需增加的超前相角φc ，即φc=γ-γ+ε。
式中，γ为要求的相角裕量，是考虑到校正装置影响剪切频率的位置而附加的相角裕量，当未校正系统中频段的斜率为-40dB／dec时，取γ=50～150，当未校正系统中频段斜率为-60dB／dec时，取γ=50～200。
(4)令超前校正网络的最大超前相角φm =φc，则由下式求出校正装置的参数α。
α=(1+sinφm)/(1-sinφm ) ( 4．1)(5)在Bode图上确定未校正系统幅值为10lga时的频率Wm。