自动控制原理课程设计说明书

《自动控制原理》课程设计

说明书

日期：2012.5.21-2012.6.1

自动控制原理课程设计评阅书

摘要

MATLAB 是一种直观、高效的计算机语言，同时也是一个科学计算平台。MATLAB 软件技术进行控制系统建模，时域、负域和频域分析，前馈校正设计，离散系统与非线性系统分析，以及现代控制理论中的可控性、可观性和稳定性的判别。在MATLAB中，常用的系统建模方法有传递函数模型，零极点模型以及状态空间模型等。在这次课程设计中，就使用了MATLAB软件对我们过去学过的一些简单的函数进行仿真。此次学会了使用简单的MA TLAB语言编写简单的传递函数，还有使用Simulink进行仿真。我们可将综合性和设计性实验项目通过MATLAB 在计算机上仿真，使系统的观察实验的动态过程。目前，MATLAB 已经成为我们当代大学生必须掌握的基本技能，在设计研究单位和工业部门，MATLAB 已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件。在完成了验证性、综合性和设计性实验后，课程设计必不可少。课程设计是工科实践教学的一个重要的环节，目的是培养我们综合运用理论知识分析和解决实际问题的方法和能力,实现由知识向技能的初步化。所以课程设计是培养我们思维创造能力最有效的图径。

关键词：控制系统；MATLAB;模拟仿真；思维创造

目录

1 课题描述 (1)

2 仿真过程 (2)

2.1 控制系统建模 (2)

2.2 线性系统时域分析 (2)

2.3 线性系统根轨迹分析 (4)

2.4 线性系统频域分析 (5)

2.5 线性系统校正 (6)

3 Simulink仿真 (7)

总结 (11)

参考文献 (12)

1 课题描述

MATLAB 是一种直观、高效的计算机语言，同时也是一个科学计算平台。它的伴随工具Simulink 是用来对真实世界的动力学系统建模、模拟仿真和分析的软件。我们可将综合性和设计性实验项目通过MATLAB 在计算机上仿真，使系统的观察实验的动态过程。目前，MATLAB 已经成为我们当代大学生必须掌握的基本技能，在设计研究单位和工业部门，MATLAB 已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件。在完成了验证性、综合性和设计性实验后，课程设计必不可少。课程设计是工科实践教学的一个重要的环节，目的是培养我们综合运用理论知识分析和解决实际问题的方法和能力,实现由知识向技能的初步化。所以课程设计是培养我们思维创造能力最有效的途径。

在学习自动控制原理这个学科之后，这次课程设计又针对这个学科做了MATLAB 软件的仿真学习。这次课程设计的基本要求是学会使用MATLAB软件并进行仿真，学会建立简单的数学模型，例如，传递函数模型，零极点模型以及状态空间模型等。然后对这个软件进行一定的了解与认识。而且还要学会使用简单的MARLAB语言和Simulink构建简单的数学模型。

通过学习培养理论联系实际的科学态度，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力。掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种（矫正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析方法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统的仿真与调试。锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力。

2 设计过程 2.1 控制系统建模

已知多回路反馈系统的结构如图，求闭环系统的传递函数C(S)/R （S)3

2

)(1+=

s s G ,11)(1+=s s G ,4

41)(22

2+++=s s s G S ,61)(1++=s S s G ,21

)(1++=s S s H ,

2)(2=s H ,1)(3=s H 。

解 MATLAB 文本如下

G1=tf([1],[1 10]);G2=tf([1],[1 1]);G3=tf([1 0 1],[1 4 4]); numg4=[1 1];deng4=[1 6];G4=tf(numg4,deng4); H1=zpk([-1],[-2],1);

numh2=[2];denh2=[1];H3=1;

nh2=conv(numh2,deng4);dh2=conv(denh2,numg4); H2=tf(nh2,dh2); sys1=series(G3,G4);

sys2=feedback(sys1,H1,+1); sys3=series(G2,sys2); sys4=feedback(sys3,H2); sys5=series(G1,sys4); sys=feedback(sys5,H3) 程序执行结果 Zero/pole/gain:

0.083333 (s+1)^2 (s+2) (s^2 + 1)

---------------------------------------------------------- (s+10.12) (s+2.44) (s+2.349) (s+1) (s^2 + 1.176s + 1.023)

2.2 线性系统时域分析

已知系统的闭环传递函数为16

82^16

++=

s s ζφ，其中&=0.707，求二阶

系统的单位脉冲响应，单位脉冲响应和单位斜坡响应。

解 MATLAB 文本如下

zeta=0.707;num=[16];den=[1 8 * zeta 16]; sys=tf(num,den);

p=roots(den)

t=0:0.01:3;

figure(1)

impulse(sys,t);grid

xlabel('t');ylabel('c(t)');title('impulse response'); figure(2)

step(sys,t);grid

xlabel('t');ylabel('c(t)');title('step response'); figure(3)

u=t;

lsim(sys,u,t,0);grid

xlabel('t');ylabel('c(t)');title('ramp response');

程序执行结果

单位脉冲响应

单位阶跃响应