Matlab在自動化的應用.doc

Matlab在自動化的應用 Matlab的應用很廣,特別是在理工科方面,更是展示出自己的強大。Matlab的強大功能主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的處理和模型的構建，簡單來說，就是計算建模能力。 作為工科中的經典自動化，計算和建模都是該學科必需的部分，而且這兩部分都很棘手。Matlab就剛好在這兩個大難題為自動化學科提供了極大的便利。 自動化主要是測控方面的，所以信號處理和各種仿真方面是比較重要的。而matlab的Simulink就是強大的仿真工具。 Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結果。Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試。.構架在Simulink基礎之上的其他產品擴展了Simulink多領域建模功能，也提供了用于設計、執(zhí)行、驗證和確認任務的相應工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。 （關于simulink的資料來自百度百科） 電路原理是電類專業(yè)必修的一門重要的技術基礎課，它具有基礎科學和技術科學的二重性，不僅是電類學生學習后續(xù)課程的基礎，也直接為解決電工電子工程中的一些實際問題服務。總之，電路原理也是自動化專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，里面有很多比較復雜的問題可以用matlab來簡化之。舉個例子：如下面圖1所示的電路圖，R1=2，R2=12，R3=4，R4=12，R5=12，R6=4，R7=2。（1） 如Us=10V，求i3，u4，u7；（2） 如已知u4=6V，求Us，i3，u7。 理論解題過程如下：該電路有a,b,c三個網孔，含有一個直流電壓源。根據(jù)基爾霍負電壓定律（KVL），對每個網孔列網孔方程為：對上面幾個方程，可以寫成矩陣的形式：再將有關的已知條件代入矩陣并求解，但這個求解過程相當?shù)膹碗s，接下來，我們就嘗試用matlab來解決這幾個回路問題。Matlab編程：clear,close all,format compact R1=2;R2=4;R3=12;R4=4;R5=12;R6=4;R7=2;%為給定元件賦值display(解問題1)%解問題1)a11=R1+R2+R3;a12=-R3;a13=0; a21=-R3;a22=R3+R4+R5;a23=-R5;a31=0;a32=-R5;a33=R5+R6+R7; b1=1;b2=0;b3=0; us=input(us=)%輸入解1）的已知條件A=a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33;%列出矩陣系數(shù)AB=b1;b2;b3;I=AB*us;%I=ia;ib;ic ia=I(1);ib=I(2);ic=I(3); i3=ia-ib,u4=R4*ib,u7=R7*ic%解出所需變量display(解問題2）)%利用電路的線性性質及問題1）的解求解問題2）u42=input(給定u42=)k1=i3/us;k2=u4/us;k3=u7/us;%由問題1）得出待求量與us的比例系數(shù)us2=u42/k2,i32=k1/k2*u42,u72=k3/k2*u42 運行結果：解問題1)us=10us =10i3 = 0.3704u4 = 2.2222u7 =0.7407解問題2）給定u42=6u42 = 6us2 =27.0000i32 =1.0000u72 =2仿真法： 運用matlab里面的Simulink可以對上題的電路進行仿真：元件方面，電阻選用series Rlc branch 和series RLC branch1，電源選用 AC voltage source ，電壓表和電流表分別選voltage measurement和current measurement，然后就可以開始畫圖仿真了，最終設計如上圖。通過設置電壓源和電阻的參數(shù)，可以通過電流表和電壓表的讀數(shù)來得到相應的答案。最終得到的和編程得到的答案一致，但明顯比編程法要簡便得多，畢竟編程還要進行理論上的分析，仿真的話只要按照“電路”畫“電路”就行了，多簡單。這只是自動化專業(yè)里面最基礎的問題之一而已，后面還有信號分析等等更為復雜的問題，那就更加需要數(shù)學和仿真工具來輔助，這樣才能大大地提高工作效率。信號仿真的話直接調用plot將信號圖顯示出來就行，例如：繪制信號:clear; clc;t = 0:0.01:3;w1=10*pi;w2=9*pi;ft = exp(-t).*sin(w1*t)+exp(-t/2).*sin(w2*t);plot(t,ft);gridonaxis