控制系统仿真论文

课程论文

题目: 控制系统的仿真

课程: 控制系统仿真与CAD 姓名:

专业: 机械设计制造及其自动化班级:

学号:

指导教师: 职称: 讲师

2014 年10 月25 日

控制系统的仿真

摘要：本文介绍了控制系统仿真的含义、应用和仿真软件以及控制系统模型在MATLAB中的表示方法。并通过伯德图的实例分析，着重的介绍了计算机仿真的一般过程。利用MATLAB语言开发的控制系统仿真，可以加深对课程内容的理解和掌握。

关键词：MATLAB控制系统；伯德图；计算机仿真

The simulation of control system

Abstract: this paper introduces the meaning, application and simulation of control system simulation software and control system model representation method in MATLAB. Bode plots and through the example analysis, emphatically introduces the general process of computer simulation. Control system simulation using MATLAB language development, can deepen the understanding and grasp of the course content.

Keywords: MATLAB control system; bode; The computer

系统介绍

控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。

控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。控制系统仿真是建立在控制系统模型基础之上的控制系统动态过程试验,目的是通过试验进行系统方案论证,选择系统结构和参数,验证系统的性能指标等。如果这种试验是在计算设备上实现的,就称为计算机仿真。

Matlab它具有丰富的可用于控制系统分析和设计的函数，Matlab 的控制系统工具箱提供对线性系统分析、设计和建模的各种算法；MATLAB 的仿真工具箱(Simulink)提供了交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。

伯德图分析

对数频率特性图也称伯德图，由对数幅频特性和对数相频特性两条曲线组成，

实质是用()ωA

和

()ωΦ

两个实变函数表示复变函数

()ωj G

，只是在作图时频率轴

虽然以ω标注，却以ω

Lg进行线性分度。采用对数频率轴的优点是可以在有限

的范围内扩大频率的表示范围，对数幅频特性的纵轴以

()()ω

ωA

L lg

20

=线性

分度且以()ωL

标注，单位为分贝

()dB

，对数相频特性曲线的纵轴以

()ωΦ

线性

分度，一般以度或者弧度为单位。由于对数频率轴上0=ω的点在负的无穷远处，所以伯德图可以表示的频率变化范围是0到+∞。

利用MATLAB 提供的Bode （）函数可以绘制系统的对数频率特性图。Bode （）函数有以下常用的调用格式：

Bode(sys) bode(sys ，w) bode(sys1，sys2，.....，sysN)

这种带有输出变量的格式，执行后将自动形成一行矢量的频率点，并返回与这些频率点对应的幅值和相角的列矢量（相角以度为单位），但不显示频率特性曲线。

例如，二阶系统阶跃响应 G s s s ()=++121

22T T ζ分别就T=1和T=0.1，ξ分别取0, 0.5, 1, 10时伯德图。

解：在MATLAB 仿真界面上输入如下程序:

（1）当T=1，ξ=0，0.5,1,10时

Num=[1]

Den=[1 0 1]； 或den=[1 1 1]； den=[1 2 1]；den=[1 20 1]； Bode(num,den)

Grid

该系统的伯德图如下。

图1

-150-100-50050100

150

M a g n i t u d e (d B

)

10

101010101010P h a s e (d e g )Bode Diagram

Frequency (rad/sec)

图2

图3

-50050100

150

M a g n i t u d e (d B )

10

1010P h a s e (d e g )Bode Diagram

Gm = Inf dB (at Inf rad/sec) , P m = 0 deg (at 1.41 rad/sec)

Frequency (rad/sec)

M a g n i t u d e (d B )

10

10101010P h a s e (d e g )Bode Diagram

Gm = Inf dB (at Inf rad/sec) , P m = 90 deg (at 1 rad/sec)

Frequency (rad/sec)

图4

图5

M a g n i t u d e (d B )

10

10101010P h a s e (d e g )Bode Diagram

Gm = Inf dB (at Inf rad/sec) , P m = -180 deg (at 0 rad/sec)

Frequency (rad/sec)

-120-100-80-60-40-20

M a g n i t u d e (d B )

10

101010101010P h a s e (d e g )Bode Diagram

Gm = Inf dB (at Inf rad/sec) , P m = -180 deg (at 0 rad/sec)

Frequency (rad/sec)