基于MATLAB控制系統(tǒng)的仿真與應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目基于 MATLAB 控制系統(tǒng)仿真應(yīng)用研究畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)I、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目:基于MATLAB的控制系統(tǒng)仿真應(yīng)用研究II、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用的原始資料（數(shù)據(jù)）及設(shè)計(jì)技術(shù)要求:原始資料:（1）MATLAB語(yǔ)言。（2）控制系統(tǒng)基本理論。設(shè)計(jì)技術(shù)要求:（1）采用MATLAB仿真軟件建立控制系統(tǒng)的仿真模型，進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，分析整個(gè) 統(tǒng)的構(gòu)建，比較各種控制算法的性能。（2）利用MATLAB完善的控制系統(tǒng)工具箱和強(qiáng)大的Simulink動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境，提供用 方框圖進(jìn)行建模的圖形接 口，分別介紹離散和連續(xù)系統(tǒng)的MATLA和口Simulink仿真。II、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)

2、容及完成時(shí)間：第0103周：查找課題相關(guān)資料，完成開(kāi)題報(bào)告，英文資料翻譯第0411周：掌握MATLAB語(yǔ)言，熟悉控制系統(tǒng)基本理論。第1215周：完成對(duì)控制系統(tǒng)基本模塊MATLAB仿真。第1618周：撰寫(xiě)畢業(yè)論文，答辯。IV、主要參考資料:1MATLAB在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，張靜編著，電子工業(yè)出版社。2MATLAB在控制系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)例，樊京，劉叔軍編著，清華大學(xué)出版社3智能控制，劉金琨編著，電子工業(yè)出版社。4MATLAB控制系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì)，趙景波編著，機(jī)械工業(yè)出版社。5 The Mathworks,l nc.MATLAB-Mathemmatics（Cer.7）.2OO5.信息工程系 電子信息工程班

3、矚慫潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴(lài)。學(xué)生（簽名）：填寫(xiě)日期：年月 日指導(dǎo)教師（簽名）：助理指導(dǎo)教師（并指出所負(fù)責(zé)的部分）：專(zhuān)業(yè)類(lèi)0882052導(dǎo)師簽名:日期:右g航零*學(xué)謁技學(xué)底學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外， 本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他學(xué)位申請(qǐng)的論文或成果。對(duì)本文的研究成果作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體， 均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛(ài)氌譴凈。作者簽名：日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留

4、、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。殘騖樓靜錈瀨濟(jì)溆塹籟。作者簽名：日期：基于 MATLAB 空制系統(tǒng)仿真應(yīng)用研究學(xué)生姓名：蔚道祥 班級(jí)：0882052指導(dǎo)老師：羅艷芬摘要：現(xiàn)代控制系統(tǒng)原理理論性強(qiáng)，現(xiàn)實(shí)模型在實(shí)驗(yàn)室較難建立，因此利用SIMULINK進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，可以加深我們學(xué)生對(duì)課程的理解，調(diào)動(dòng)我們學(xué)習(xí)的積 極性，同時(shí)大大提高了我們深入思考問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。本文針對(duì)現(xiàn)代控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很大

5、程度上還依賴(lài)于實(shí)際系統(tǒng)的反復(fù)實(shí)驗(yàn)、調(diào)整的普遍現(xiàn)象，結(jié)合具體的設(shè)計(jì)實(shí)例，介紹了利用較先進(jìn)的MATLAB軟件中的SIMULINK仿真工具來(lái) 實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)代控制系統(tǒng)建模、分析與設(shè)計(jì)、仿真的方法。它能夠直觀(guān)、快速地分析 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、和穩(wěn)態(tài)性能。并且能夠靈活的改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，通過(guò)快 速、直觀(guān)的仿真達(dá)到系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。關(guān)鍵詞：MATLAB，控制系統(tǒng)，系統(tǒng)仿真指導(dǎo)老師簽字Control System Based on MATLAB Simulation Applied Research彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。Stude nt Name:Wei Daoxia ng篋飆鐸懟類(lèi)蔣薔。Su

6、pervisor: Luo YanfenAbstract:Modern control system theory theoretical model of reality in thelaboratory is more difficult to establish, therefore the simulation using SIMULINK, candeepe n our stude nts un dersta nding of the course, to mobilize the en thusiasm of ourstudy, at the same time greatly i

7、mprove our in-depth ability to think and inno vativecapacity .In this paper, the desig n of moder n con trol systems largely rely on repeatedexperime nts on the actual system, the adjustme nt of a com mon phenomenon,combined with a specific design example, use of more advaneed MATLAB softwareSIMULIN

8、K simulation tools to achieve the modern control system modeling, analysis anddesign, simulation methods. It can intuitively and quickly an alyze the dyn amic performanee of the system, and steady state performa nee. And the flexibility to cha nge thestructure and parameters of the system, fast, i n

9、tuitive simulatio n of the optimizati ondesig n of the system廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。:MATLAB, Control system, System simulation煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚Sign ature of Supervisor:Class:0882052謀蕎摶Keywords1引言2緒論2.1課題背景.22.2現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀 .22. 3 MAT LAB簡(jiǎn)介及其仿真現(xiàn)狀.32.4 MATLAB仿真集成環(huán)境一Simulink.73控制系統(tǒng)的基本理論3.1控制系統(tǒng)的模型.103.2控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析.124連續(xù)系統(tǒng)4

10、.1連續(xù)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 .144.1.1脈沖傳遞函數(shù).144.1.2狀態(tài)空間.154.2 MATLAB仿真.164.2.1連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)域分析.164.2.2連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析.174.3SIMULINK仿真.224.4連續(xù)系統(tǒng)離散化.235離散系統(tǒng)5.1離散控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型.285.2 MATLAB仿真.285.3 SIMULINK仿真.355.4離散系統(tǒng)連續(xù)化 .416總結(jié).42參考文獻(xiàn).43鵝婭盡損鶴慘歷蘢鴛賴(lài)。致謝.44籟叢媽羥為贍債蟶練淨(jìng)。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1基于 MATLAB 空制系統(tǒng)仿真應(yīng)用研究1引言MATLA是1984年有美國(guó)的MathWorks公司推出的產(chǎn)品，它

11、的名字由Matrix和Laboratory兩詞的前三個(gè)字母組成的，是一套高性能的數(shù)值分析和計(jì)算軟件， 其功能不斷的擴(kuò)充，版本不斷升級(jí)，發(fā)展至今，它已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)集數(shù)值分析， 矩陣計(jì)算，程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)建模，圖形顯示，系統(tǒng)仿真于一體，它支持控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)過(guò)程的每個(gè)環(huán)節(jié)：系統(tǒng)建模，分析，仿真到控制器設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并科研用于 不同領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如制造、機(jī)械、航空航天、通信和計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。它使用方便，用戶(hù)界面友好的可視化軟件，被譽(yù)為第四代編程語(yǔ)言，是世界上最流行 的計(jì)算語(yǔ)言之一。目前，它被廣泛的應(yīng)用于信號(hào)與圖像處理、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì) 算機(jī)應(yīng)用、通信仿真等諸多領(lǐng)域。預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。MATLAB在中

12、國(guó)流行起來(lái)是在20世界90年代， 目前已經(jīng)成為廣大科研工作 者進(jìn)行科學(xué)研究，工程計(jì)算的必備工具。其中的仿真集成環(huán)境SIMULINK工具箱， 是進(jìn)行系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的有力工具。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)直接，通過(guò)仿真科研優(yōu)化系統(tǒng)參 數(shù)，大大縮短了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的時(shí)間，并提高了系統(tǒng)的性能。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。在控制系統(tǒng)領(lǐng)域有大量復(fù)雜繁瑣的計(jì)算與仿真曲線(xiàn)繪制任務(wù)。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，MATLA及其工具箱和Simulink仿真工具的出現(xiàn)為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與 仿真提供了一個(gè)強(qiáng)有力的工具，使控制系統(tǒng)發(fā)生了革命性的變化。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文22 緒論2.1課題背景MATLA語(yǔ)言是當(dāng)今國(guó)際控制界最

13、為流行的控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它的出現(xiàn)為控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)帶來(lái)了全新的手段。其中圖形交互式的模型輸入計(jì)算機(jī)仿真環(huán)境SIMULINK為MATLAB用的進(jìn)一步推廣起到了積極 的推動(dòng)作用?，F(xiàn)在，MATLABS言已經(jīng)風(fēng)靡全世界，成為控制系統(tǒng)CAD領(lǐng)域最普 及、也是最受歡迎的軟件環(huán)境。擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，控制理論和技術(shù)在宇航、機(jī)器人控制、導(dǎo)彈 制導(dǎo)及核動(dòng)力等高新技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用也愈來(lái)愈深入廣泛。不僅如此，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用范圍現(xiàn)在已擴(kuò)展到生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理和其它許多社會(huì)生活 領(lǐng)域中，成為現(xiàn)代社會(huì)生活中不可缺少的一部分。隨著時(shí)代進(jìn)步和人們生活水平 的

14、提高，在人類(lèi)探知未來(lái)，認(rèn)識(shí)和改造自然，建設(shè)高度文明和發(fā)達(dá)社會(huì)的活動(dòng)中， 自動(dòng)控制理論和技術(shù)必將進(jìn)一步發(fā)揮更加重要的作用。作為一個(gè)工程技術(shù)人員， 了解和掌握自動(dòng)控制的有關(guān)知識(shí)是十分必要的。贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷?，F(xiàn)代控制技術(shù)的應(yīng)用不僅使生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn) 率，而且減輕了人的勞動(dòng)強(qiáng)度。自動(dòng)控制使工作具有高度的準(zhǔn)確性， 大大地提高 了武器的命中率和戰(zhàn)斗力，例如火炮自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)必須采用計(jì)算機(jī)控制才能打下 高速高空飛行的飛機(jī)。某些人們不能直接參與工作的場(chǎng)合就更離不開(kāi)自動(dòng)控制技 術(shù)了，例如原子能的生產(chǎn)、火炮或?qū)椀闹茖?dǎo)等等。利用MATLAB件中SIMULINK仿真工具來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)控制

15、系統(tǒng)建模、 分析與設(shè)計(jì)、 仿真。 能夠直觀(guān)、快速地分 析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。并且能夠靈活的改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，通過(guò)快 速、直觀(guān)的仿真達(dá)到系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。壇搏鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。2.2現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀仿真是對(duì)真實(shí)事物的模擬， 它形成于40年代二戰(zhàn)末期對(duì)火炮及飛行控制動(dòng) 力學(xué)系統(tǒng)的研究，1948年電子微分分析器在美國(guó)的BELL實(shí)驗(yàn)室的研制成功開(kāi) 創(chuàng)了計(jì)算機(jī)仿真的新紀(jì)元。50年代至60年代初對(duì)洲際導(dǎo)彈和宇宙飛船姿態(tài)及軌 道控制動(dòng)力學(xué)的研究，促進(jìn)了混合仿真技術(shù)的發(fā)展。70年代，系統(tǒng)工程被廣泛 用于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等非工程系統(tǒng)，促進(jìn)了離散事件系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展。變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。南昌航空

16、大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文3仿真技術(shù)是以相似原理、系統(tǒng)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有 關(guān)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究的一門(mén)學(xué)科綜合性技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)仿真是系統(tǒng)仿真技術(shù)在控制領(lǐng)域的應(yīng)用。其重要作用可以概括為如下幾點(diǎn)：（1）在系統(tǒng)尚 未建立之前利用仿真技術(shù)可以論證系統(tǒng)方案及其可行性，可以避免許多不必要的挫折并為系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)；（2）在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中利用仿真技術(shù)可以幫 助設(shè)計(jì)人員建立系統(tǒng)的模型，進(jìn)行模型驗(yàn)證與模型簡(jiǎn)化并進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)；（3）在系統(tǒng)建成后，利用仿真技術(shù)可以分析系統(tǒng)工作的狀況，尋求系統(tǒng)改進(jìn)的途徑， 以及找

17、出最佳運(yùn)行參數(shù)，尤其對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)，要采用智能的高級(jí)控制算法， 而每一種算法在建立前是不成熟的.這就需要米劇仿真技術(shù)改進(jìn)算法，并進(jìn)行優(yōu) 化設(shè)計(jì)。買(mǎi)鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄?？刂葡到y(tǒng)仿真經(jīng)歷了物理模型仿真，模擬計(jì)算機(jī)仿真和數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真三個(gè) 過(guò)程。物理模型仿真是以物理過(guò)程相似、幾何尺寸相似及環(huán)境條件相似為基礎(chǔ)的 仿真。數(shù)學(xué)仿真是以綜合參數(shù)比例相似及信息規(guī)律傳遞相似為基礎(chǔ)的仿真。物理仿真的優(yōu)點(diǎn)是能最大限度地反映系統(tǒng)的物理本質(zhì)，具有直觀(guān)性及形象化的特點(diǎn)， 它能將模型中發(fā)生的綜合過(guò)程在模型中全面反映出來(lái)。但它的缺點(diǎn)是為建造物理 模型所需的費(fèi)用高、周期長(zhǎng)、技術(shù)復(fù)雜等。而數(shù)學(xué)仿真不僅經(jīng)濟(jì)、方便、而且通 用性強(qiáng)

18、，在一定程度上滿(mǎn)足了小系統(tǒng)或簡(jiǎn)單系統(tǒng)的仿真。但是對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)， 數(shù)字仿真的局限性就明顯表現(xiàn)出來(lái)，首先它建立的數(shù)學(xué)模型描述能力有局限性， 它不能或難以描述復(fù)雜系統(tǒng)的某些問(wèn)題或現(xiàn)象： 它所使用的仿真方法主要是近似 的數(shù)值解法，缺少知識(shí)推理、邏輯判斷和學(xué)習(xí)訓(xùn)練等智能特性。因此，把仿真技 術(shù)和人工智能技術(shù)相結(jié)合發(fā)展智能仿真技術(shù)，成為仿真技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新的焦 丿點(diǎn)。綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。當(dāng)前仿真研究的前沿課題主要有：仿真與人工智能技術(shù)的結(jié)合，分布式仿 真與仿真模型的并行處理，圖形與動(dòng)畫(huà)仿真，建模環(huán)境與仿真支持系統(tǒng)等。2.3 MATLAB簡(jiǎn)介及其仿真現(xiàn)狀MATLAB（Matrix laboratory）

19、語(yǔ)言，早期只是數(shù)值線(xiàn)性代數(shù)軟件包Lin pack和Eispack的接口工具，用Fortran編程，后用C語(yǔ)言編寫(xiě)，八十年代中期，Mathwork公司將MATLAE推向市場(chǎng)，并逐步拓展其數(shù)值計(jì)算、符號(hào)解析運(yùn)算、文字處理、圖象處理功能，并采用面向?qū)ο蟮某呒?jí)的語(yǔ)言作為用戶(hù)界面， 使MATLAB成為一個(gè)多領(lǐng)域、多學(xué)科、多功能的優(yōu)秀的應(yīng)用軟件，它的版本也 從基于windowsw3.1x的16位的MATLAB4.2到今天基于windows 95, windows NT,Unix及Macintosh操作系統(tǒng)的南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文432位的應(yīng)用程序MATLAB52，它將數(shù)值分 析、矩陣計(jì)算、科學(xué)

20、數(shù)據(jù)可視化以及非線(xiàn)形動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功 能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境之中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多學(xué)科領(lǐng)域提供一種簡(jiǎn)捷、高效的編程工具。其幾大功能可概括 女口下：驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂(yōu)錦。1作為科學(xué)和工程計(jì)算的MATLABMATLAB以矩陣（或稱(chēng)數(shù)組）為計(jì)算單元，定義域?yàn)閺?fù)數(shù)域，求解數(shù)值問(wèn) 題采用了有關(guān)領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和最新成果，其算法效率高、數(shù)值穩(wěn)定性好、使用方便，對(duì)計(jì)算數(shù)學(xué)領(lǐng)域的特定問(wèn)題類(lèi)型用MATLAB系統(tǒng)求解，可以得到各種 高效算法。MATLAB5.1版本增加了五個(gè)新的常微分方程求解程序，包括支持剛 性系統(tǒng)和事件定位；更快、更精確的Besse I函

21、數(shù)，支持復(fù)數(shù)；稀疏矩陣迭代法、 稀疏矩陣特征值和奇異值；2維積分：多維內(nèi)插：不規(guī)則采樣數(shù)據(jù)顯示：16位立 體聲（pc、Mac）:支持科學(xué)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放式可擴(kuò)充結(jié)構(gòu)。貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。2智能化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言MATLAB不僅提供了極其結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，而且擁有超過(guò)任一高級(jí) 語(yǔ)言系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)，使用MATLAB的調(diào)試技術(shù)可以自動(dòng)設(shè)置清除斷點(diǎn)，在函數(shù) 多層嵌套調(diào)用中可以考察改變多級(jí)工作空間的狀態(tài)，在MATLAB工作過(guò)程中不必考慮數(shù)據(jù)類(lèi)型，對(duì)數(shù)組無(wú)須事先定義其類(lèi)型、名稱(chēng)及規(guī)模，系統(tǒng)本身會(huì)隨機(jī)擴(kuò) 大或縮小，程序中既可以操作數(shù)組元素，也可以操作數(shù)組的一行或幾行， 還可以 訪(fǎng)問(wèn)數(shù)組變量的整體，同時(shí)MATL

22、A也擁有靈活多樣的智能運(yùn)算符這使得MATLAB的應(yīng)用更加廣泛。鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。3.MATLAB的數(shù)據(jù)可視化功能MATLAB可以給計(jì)算數(shù)據(jù)以二維、三維的圖形表現(xiàn)，通過(guò)對(duì)圖形線(xiàn)型、立 面、色彩、渲染、立視角等品質(zhì)的處理，可把計(jì)算數(shù)據(jù)的特征表現(xiàn)的淋漓盡致，MATLAB還開(kāi)發(fā)了一些面向圖形對(duì)象的圖形函數(shù)，它可以圖形句柄為界面，設(shè) 置各種不同按鈕和控件，以執(zhí)行相應(yīng)的操作命令，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互控制。MATLAB5.1版本的圖形用戶(hù)界面（GUI）增加了交互式GUI編碼程序向?qū)?（GUIDE）;句柄圖形屬性編輯程序：列表框：模態(tài)和非模態(tài)對(duì)話(huà)框，信息框： 多線(xiàn)程和直接插入可編輯文本等。它的數(shù)據(jù)可視化和圖形

23、功能進(jìn)一步加強(qiáng)，可 以快速精確顯示3D圖形和各種圖形文件格式，支持真彩色和高效8位圖象數(shù)據(jù) 輸入顯示。構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話(huà)騖。4. MATLAB的文字處理功能南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文5MATLAB把Microsoft word與note book集成為一整體，它既可看作是能解 決計(jì)算問(wèn)題的字處理軟件，也可看作是文字編輯功能的應(yīng)用軟件，在n ote book中，可以對(duì)指令進(jìn)行修改編輯，及時(shí)演算，及時(shí)執(zhí)行命令，它的指令都是“活” 指令，可以像在MATLAB的主窗口運(yùn)行命令一樣運(yùn)行它。輒嶧陽(yáng)檉籪癤網(wǎng)儂號(hào)澩。5. MATLAB的工具箱迄今為止MATLAB己擁有至少37個(gè)工具箱，這些工具箱可以分為

24、兩類(lèi)： 功能型工具箱和領(lǐng)域型工具箱，功能型工具箱主要用來(lái)擴(kuò)展MATLAB的符號(hào)計(jì)算功能，圖形建模仿真，文字處理功能以及與硬件的實(shí)時(shí)交互功能，而領(lǐng)域型工具箱是專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的工具箱如自動(dòng)控制工具箱、信號(hào)處理工具箱、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具 箱、模糊邏輯工具箱、通訊、小波分析、高階譜分析、偏微分方程、統(tǒng)計(jì)、金融、 圖象處理等工具箱，應(yīng)用領(lǐng)域遍布工程、經(jīng)濟(jì)、數(shù)學(xué)、化學(xué)以及電力等多個(gè)領(lǐng)域。 在這些工具箱中MATLAB提供了開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)使用戶(hù)能夠進(jìn)入工具箱源碼以 便修改、定制、擴(kuò)展算法和工具箱功能以適應(yīng)用戶(hù)特殊需要。MATLAB進(jìn)行仿真的現(xiàn)狀如下：堯側(cè)閏繭絳闕絢勵(lì)蜆贅。MATLAB語(yǔ)言由于使用極其方便、且提供了豐富的

25、矩陣處理功能，所以很 快引起了控制理論領(lǐng)域研究人員的高度重視，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了控制理論與CAD和圖形化模塊化設(shè)計(jì)方法相結(jié)合的控制系統(tǒng)仿真工具箱，目前它已成為國(guó) 際控制界最流行的仿真語(yǔ)言。MATLAB可以在各種類(lèi)型的機(jī)型上運(yùn)行，如：PC及兼容機(jī)、Macintosh、Sun工作站、VAX機(jī)、Apollo工作站、HP工作站、DECstation工作站、SGI工作站、RS/6000工作站、Convex工作站及Cray計(jì)算機(jī)等。使 用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行編程，可以不作任何修改直接移植到這些機(jī)器上運(yùn)行，它 與機(jī)器類(lèi)型無(wú)關(guān)，這大大拓寬了MATLAB語(yǔ)言的應(yīng)用范圍。識(shí)饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。MATLAB語(yǔ)言除可

26、以進(jìn)行傳統(tǒng)的交互式編程來(lái)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)以外，可以調(diào) 用它的控制系統(tǒng)工具箱來(lái)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。許多控制界的使用者還結(jié)合自己的 研究領(lǐng)域?qū)⑸瞄L(zhǎng)的CAD方法與MATLAB結(jié)合起來(lái)，制作了大量的控制系統(tǒng) 工 具箱，如控制系統(tǒng)工具箱，系統(tǒng)辨識(shí)工具箱，魯棒控制工具箱，多變量頻域設(shè)計(jì) 工具箱，“分析與校正工具箱，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，最優(yōu)化工具箱，模糊控制工具箱等，可以說(shuō)伴隨著控制理論的不斷發(fā)展和完善，MATLAB的工具箱也在不斷的增加和完善。MATLAB的Simulink和Stateflow功能的增加使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 更加簡(jiǎn)便容易，而且可以設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的控制系統(tǒng)。用MATLAB設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真后，可以利用MAT

27、LAB的工具在線(xiàn)生成C語(yǔ)言代碼，用于延時(shí)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文6控制?？梢院敛豢鋸埖恼f(shuō)，MATLAB己不僅是一般的編程工具，而是作為一種控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)平臺(tái)出現(xiàn)的。目前，國(guó)外的許多工業(yè)控制軟件的設(shè)計(jì)就明確提出了與MATLAB的兼容性。凍鈹鋨勞臘錯(cuò)癇婦脛糴。MATLAB及其工具箱將一個(gè)優(yōu)秀軟件包的易用性、可靠性、通用性和專(zhuān)業(yè) 性，以及以一般目的應(yīng)用和高深的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用完美的集成在一起，并憑借其強(qiáng)大的功能，先進(jìn)的技術(shù)和廣泛的應(yīng)用，使其逐漸成為國(guó)際性的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，為世界各地 超過(guò)20萬(wàn)名科學(xué)家和工程師所采用。今天，MATLAB的用戶(hù)團(tuán)體幾乎遍及西方 各主要大學(xué)，公司和政府研究部門(mén)，其應(yīng)用也已遍及現(xiàn)

28、代科學(xué)和技術(shù)的方方面面。 據(jù)1996年的統(tǒng)計(jì)，全球共有52個(gè)國(guó)家，2000余所大學(xué)購(gòu)買(mǎi)了MATLAB的使用 許可，世界排名前100名的大公司有82家使用它，相反目前我國(guó)的科技人員了 解和使用它的還比較少，使用的版本還比較低，離廣泛使用和普及還有很大的距 離。恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。下面是MATLAB的幾個(gè)典型應(yīng)用，由此可見(jiàn)一斑。在瑞典Lunds大學(xué)反射物理學(xué)研究所在一項(xiàng)為期三個(gè)月的極地探險(xiǎn)計(jì)劃中， 廣泛使用MATLAB及其工具箱，在北冰洋研究放射性物質(zhì)對(duì)環(huán)境生態(tài)學(xué)的影響。研究人員主要用MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱辨識(shí)北冰洋流木的年輪圖案，并據(jù)此識(shí)別這些漂流數(shù)年的數(shù)木成長(zhǎng)自何方。Fo

29、rsmark核 電站使用MATLAB優(yōu)化反應(yīng)堆的功率輸出。工程師們從堆芯讀取大量數(shù)據(jù)，算出 燃料棒和控制棒的最佳位置.以便產(chǎn)生最大的輸出功率。這是一個(gè)極為龐大且十 分復(fù)雜的數(shù)值分析問(wèn)題，包括分析1700個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)。為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，F(xiàn)orsmark用MATLAB開(kāi)發(fā)出他們自己的圖形用戶(hù)界面，這個(gè)圖形用戶(hù)界面容許 沒(méi)有任何使用經(jīng)驗(yàn) 的使用者執(zhí)行計(jì)算和 評(píng)價(jià)分析結(jié)果。Forsmark還使用MATLAB建模和分析各種設(shè)想的失效及擾動(dòng)情況。在反應(yīng)堆中當(dāng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)， 數(shù)據(jù)必須被詳細(xì)分析以便確定擾動(dòng)的原因。借助于MATLAB和它的系統(tǒng)辨識(shí)及控制工具箱，F(xiàn)orsmark的工程師們將分析時(shí)間從原來(lái)的一星期減

30、少到現(xiàn)在的15分鐘。鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫(kù)。Calspan先進(jìn)技術(shù)中心試驗(yàn)高度可修改的實(shí)驗(yàn)型飛行器，它可以成倍提高其它飛行器的性能。其仿真程序運(yùn)行在一組并行操作的浮點(diǎn)DSP上，所用硬件來(lái)自dSPACE。飛行器和飛行控制系統(tǒng)首先在地面用Simulink模塊建模、仿真，然 后用實(shí)時(shí)Workshop生成C源代碼并被下載到飛行器的DSP上。當(dāng)實(shí)驗(yàn)飛機(jī)飛行 時(shí)，試飛員可以在飛機(jī)在預(yù)先編好的程序DSP模塊控制時(shí)評(píng)價(jià)飛行器和飛行控制系統(tǒng)，飛行中各種控制參數(shù)可以直接被調(diào)整并被下載給硬件作試驗(yàn)，這種形式南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文7的實(shí)時(shí)試驗(yàn)節(jié)省了大量時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，一個(gè)1s行控制系統(tǒng)在其原型被建立之前就可以完成

31、幾乎全部試驗(yàn)。碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。2.4 MATLAB仿真集成環(huán)境 一SimulinkSimulink是對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模，仿真和綜合分析的圖形化軟件。它可以 處理線(xiàn)性和非線(xiàn)性、離散、連續(xù)喝混合系統(tǒng)，也可以處理單任務(wù)和多任務(wù)系統(tǒng)， 并支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)。閿擻輳嬪諫遷擇植秘騖。在Simulink是圖形化仿真方式，使其具有更直觀(guān)現(xiàn)象，更簡(jiǎn)單方便與靈 活的特點(diǎn)。比如，由Simulink創(chuàng)建的控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方框圖模型，是系統(tǒng)最基 本的直覺(jué)圖形化形式、非常直觀(guān)、容易理解。并且可以再仿真進(jìn)行的時(shí)間，就 能看到仿真的結(jié)果。這樣可以大大的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，減輕設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)和降低設(shè)計(jì) 成本，提高工作效率。氬嚕躑

32、竄貿(mào)懇彈濾頷澩。在MATLAB命令窗口鍵入Simulink,或在工具欄上選擇按鈕上一打開(kāi)Simulink LibraryBrowser,即可打開(kāi)一個(gè)空白模型窗口。 此時(shí)就可以再模型窗口 中建立模型進(jìn)行仿真工作，如圖2-1所示釷鵒資贏(yíng)車(chē)贖孫滅獅贅。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文8Continuous圖2-1 Simulink Library Browser界面在模塊庫(kù)中選擇構(gòu)建系統(tǒng)模型所需的模塊，并把它們直接拖放到所建立的 系統(tǒng)模型窗口中。之后需要做的工作是按照系統(tǒng)的信號(hào)流程將各系統(tǒng)模塊真確 連接起來(lái)。用鼠標(biāo)單擊并移動(dòng)所需功能模塊至合適位置，將光標(biāo)指向源模塊的輸出端口，此時(shí)光標(biāo)變成“+”。此時(shí)

33、松開(kāi)鼠標(biāo)按鍵就完成如圖2-2所示的連接 慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫(huà)長(zhǎng)涼。 cS - #4 |CosBonly Used Blocks: siaulink- CcascnlUsed Blocks匕Q Simulinkommonly Used BlocksI connmoiriy| ussd blocksICoftmnly Used BlocksContinuousDi screteLogic and Bit OperationsLookup TablesNath OprtionsModel VerificationMadel-Wide UtilitiesForts A. Subsystems.Si詳al

34、AttributesSignal BoutinSinksourc&sVsar-Defiikad Functions:由小a R &dyAHiti onel用h ft- DiscreteBlockiatCBNA Reference BlockstDiEcontiKuitiEEVi screteLogic and BitOpera七1OILELookup T &blesMath Op er aliensModel VerificationModd-Iidfi Utilities十+1+南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文9圖2-2 Simulink模型窗口南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)

35、士學(xué)位論文103 控制系統(tǒng)的基本理論3.1控制系統(tǒng)的模型在MATLAB里，可用4種數(shù)學(xué)模型表示控制系統(tǒng)，即：傳遞函數(shù)模型、零極點(diǎn)增益模型、狀態(tài)空間模型以及動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。其中前3種是用數(shù)學(xué)表達(dá)式描述 的，每種模型都有連續(xù)系統(tǒng)的及離散系統(tǒng)的兩種類(lèi)別； 而動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖是基于傳遞 函數(shù)的圖形化形式，就是MATLAB里的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖。諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動(dòng)禪瀉類(lèi)。(1) 傳遞函數(shù)模型不論是連續(xù)還是離散時(shí)間系統(tǒng)，傳遞函數(shù)分子/分母均按s或z的降幕排列。 在MATLAB里，都可直接用分子/分母多項(xiàng)式系數(shù)構(gòu)成的兩個(gè)向量num與den表示系統(tǒng)，即：嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。nu m=c0,c1,cm;den=a1,a

36、2；,a n;在MATLAB中，用函數(shù)命令tf()來(lái)建立控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型，tf() 函數(shù)命令常用的調(diào)用格式為：sys= tf(num；den)sys= tf(num；den；TSsys= tf(M)tfsys= tf(sys)sys= tf(num；den)函數(shù)返回的變量sys為連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型。函數(shù)輸入?yún)⒘縩um與den分別為系統(tǒng)的分子與分母多項(xiàng)式系數(shù)向量。熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫(kù)。sys= tf(num；den；函數(shù)返回的變量sys為離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型。Ts為采樣周期，當(dāng)Ts=-1或者Ts=時(shí)，則系統(tǒng)的采樣周期未定義；num與den的 定義同前。sys= tf(M)函數(shù)定義一個(gè)

37、增益為M的靜態(tài)系統(tǒng)。鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。tfsys= tf( sys)函數(shù)將任意的LTI對(duì)象轉(zhuǎn)換成傳遞函數(shù)模型，缺少時(shí)使用tzero()函數(shù)將狀態(tài)空間模型轉(zhuǎn)換成傳遞函數(shù)模型，使用poly()函數(shù)將零極點(diǎn)增益模型轉(zhuǎn)換成傳遞函數(shù)模型。紂憂(yōu)蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。(2) 零極點(diǎn)增益模型在MATLAB中，用函數(shù)命令zpk()來(lái)建立控制系統(tǒng)的零極點(diǎn)增益模型，zpk()函數(shù)的調(diào)用格式為:sys= zpk(num；den)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文11sys= zpk(num,den, TSsys= zpk(M)tfsys= zpk(sys)其中：sys= zpk(num, den)函數(shù)返回的變量sys為

38、連續(xù)系統(tǒng)的零極點(diǎn)增益模型。 函數(shù)輸入?yún)⒘康暮x同tf()函數(shù)命令的解釋。穎芻莖峽餑億頓裊賠瀧。(3)狀態(tài)空間模型在MATLAB中，用函數(shù)ss()來(lái)建立控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，或者將傳 遞函數(shù)模型與零極點(diǎn)增益模型轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)狀態(tài)空間模型。ss()函數(shù)的調(diào)用格式為：濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。sys= ss(a, b, c, d)sys= ss(a, b, c, d, Tssys= ss(d)sys_ss= ss(sys)sys= ss (a, b, c, d)函數(shù)返回的變量sys為連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型。函數(shù)輸 入?yún)⒘縜, b, c, d分別對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)的A, B, C, D參數(shù)矩陣。銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼

39、。sys= ss(a, b, c, d, Ts)函數(shù)返回的變量sys為離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型。Ts為采樣周期，當(dāng)Ts= -1或者Ts=時(shí)，則系統(tǒng)的采樣周期未定義，a, b, c, d的定 義同前。 。擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類(lèi)。sys= ss(d)函數(shù)等價(jià)于sys= ss(, ,d)。sys_ss= ss(sys)函數(shù)是將任意的LTI對(duì)象sys轉(zhuǎn)換成狀態(tài)空間模型。(4)系統(tǒng)的模型相互轉(zhuǎn)換在實(shí)際工程中，由于要解決自動(dòng)控制問(wèn)題所需要的數(shù)學(xué)模型，而該數(shù)學(xué)模型與該問(wèn)題所給定的已知模型往往是不一致的，此時(shí)，就需要對(duì)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即將給定模型轉(zhuǎn)換為仿真程序能夠處理的模型形式。通常，系統(tǒng)的微分方程作

40、為描述動(dòng)態(tài)性能的基本形式，當(dāng)作為共性的內(nèi)容進(jìn)行分析時(shí)，又常常將其轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)形式，而在計(jì)算機(jī)中，利用系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述最方便。所以，討論系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型之間的相互轉(zhuǎn)換具有實(shí)際的知道意義。賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。各種數(shù)學(xué)模型適用于各類(lèi)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，因而當(dāng)研究的范圍發(fā)生變化時(shí)， 就需要對(duì)原有的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)工程實(shí)際的需要。實(shí)際應(yīng)用的往往都 是一些很復(fù)雜的對(duì)象，分析這類(lèi)對(duì)象時(shí)就要把實(shí)際工南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文12程分解為一些便于研究的數(shù)學(xué)模型的組合，然后再將他們連接起來(lái)研究其各種性能。塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊(cè)庫(kù)。描述控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型主要有傳遞函數(shù)，零極點(diǎn)模型，部分分式模型和狀態(tài)空間模

41、型等，而這些模型之間又有著某種內(nèi)在的等效關(guān)系。在一些場(chǎng)合下需要 用到其中的一種模型，而在另一種場(chǎng)合下可能需要另外的模型。 所以討論由一種 模型的轉(zhuǎn)換方法是很有必要的。MATLAB提供了一個(gè)對(duì)不同控制系統(tǒng)的模型描 述進(jìn)行轉(zhuǎn)換的函數(shù)集，如表3.1所示：裊樣祕(mì)廬廂顫諺鍘羋藺。表3.1模型轉(zhuǎn)換函數(shù)及說(shuō)明函數(shù)說(shuō)明ss2tf由狀態(tài)空間形式轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)形式ss2zp由狀態(tài)空間形式轉(zhuǎn)換為零極點(diǎn)形式tf2ss由傳遞函數(shù)形式轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間形式ts2zp由傳遞函數(shù)形式轉(zhuǎn)換為零極點(diǎn)形式zp2ss由零極點(diǎn)形式轉(zhuǎn)換狀態(tài)空間形式zp2tf由零極點(diǎn)形式轉(zhuǎn)換傳遞函數(shù)形式3.2控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析(1)穩(wěn)定性的概念經(jīng)典控制分析

42、中。關(guān)于線(xiàn)性定常系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念是： 若控制系統(tǒng)在初始條 件和擾動(dòng)作用下，其瞬態(tài)響應(yīng)隨時(shí)間的推移而逐漸衰減并趨于遠(yuǎn)點(diǎn)(原平衡工作 點(diǎn))，則稱(chēng)該系統(tǒng)是穩(wěn)定的；反之，如果控制系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，其瞬態(tài)響應(yīng) 應(yīng)隨時(shí)間的推移而發(fā)散，輸出成持續(xù)震蕩過(guò)程，或者輸出物限制地偏離平衡狀態(tài)，則稱(chēng)該系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。倉(cāng)嫗盤(pán)紲囑瓏詁鍬齊驚。(2)系統(tǒng)穩(wěn)定的意義系統(tǒng)穩(wěn)定性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行的首要條件。只有穩(wěn)定的系統(tǒng)，才有價(jià)值分析 與研究系統(tǒng)自動(dòng)控制的其他問(wèn)題。 例如，只有穩(wěn)定的系統(tǒng)，才會(huì)進(jìn)一步計(jì)算穩(wěn)態(tài) 誤差。所以控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析是系統(tǒng)時(shí)域分析，穩(wěn)態(tài)誤差分析。根軌跡分析 與頻率分析的前提。綻萬(wàn)璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。對(duì)一個(gè)穩(wěn)

43、態(tài)的系統(tǒng)，還可以用想對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)一步衡量系統(tǒng)的穩(wěn)定度。系統(tǒng)相 對(duì)穩(wěn)定性越低，系統(tǒng)的靈敏性和快速性越強(qiáng)，系統(tǒng)的震蕩也越激烈。驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。(3)系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文13對(duì)于線(xiàn)性連續(xù)系統(tǒng)。其穩(wěn)定的充分必要條件：描述該系統(tǒng)的微分方程的特征 方程的根全部具有有負(fù)實(shí)部，即全部根在左半復(fù)平面內(nèi)，或者說(shuō)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞 很熟的極點(diǎn)均位于左半s平面內(nèi)。瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。對(duì)于線(xiàn)性離散系統(tǒng)。其穩(wěn)定的充分必要充分條件是：如果閉系統(tǒng)的特征方程 根或者閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的極點(diǎn)為kl，k2,川，kn,則當(dāng)所有特征根的模都小于1時(shí)，即|ki|1(i=1,2,.n),該線(xiàn)性離散系統(tǒng)是穩(wěn)定的；

44、如果模的值大于1時(shí)，則該系統(tǒng)離散是不穩(wěn)定的。鎦詩(shī)涇艷損樓紲鯗餳類(lèi)。(4)其他穩(wěn)定性判據(jù)除上述穩(wěn)定性判據(jù)之外，還有很多其他穩(wěn)定性判據(jù)可從各個(gè)不同的角度對(duì)系 統(tǒng)的穩(wěn)定性加以判據(jù)，說(shuō)明系統(tǒng)穩(wěn)定性是系統(tǒng)能夠成立與運(yùn)行的首要條件。櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。(5)MATLAB直接判定的相關(guān)函數(shù)由系統(tǒng)的穩(wěn)定判據(jù)可知，判據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)定與否實(shí)際上是判定系統(tǒng)閉環(huán)特征方 程的根的位置。其前提需要求出特征方程的根。MATLAB提供了與之相關(guān)的函數(shù)，其用法如表3.2所示：轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應(yīng)。表3.2求特征方程根的函數(shù)函數(shù)用法說(shuō)明P=eig(G)求取矩陣特征根。系統(tǒng)的模型G可以是傳遞函數(shù)，狀態(tài)方程和零極點(diǎn)模型，可以是連續(xù)的或

45、離散的P=pole(G)Z=zero(G)分別用；來(lái)求系統(tǒng)的極點(diǎn)和零點(diǎn)。G是已經(jīng)定義的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型p,z=pamap(sys)求系統(tǒng)的極點(diǎn)和零點(diǎn)。sys是定義好的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型R=roots(P)求特征方程根。P是系統(tǒng)閉環(huán)特征多項(xiàng)式降幕排列的系數(shù)向量南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文144連續(xù)系統(tǒng)4.1連續(xù)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型用微分方程來(lái)描述系統(tǒng)的輸入輸出的動(dòng)態(tài)特性是建立數(shù)學(xué)型的一種常用方 法。在建立數(shù)學(xué)系統(tǒng)模型時(shí)，通?？梢酝ㄟ^(guò)以下方法來(lái)建立系統(tǒng)的微分方程模 型：1)根據(jù)系統(tǒng)控制的目的和對(duì)象的設(shè)計(jì)目的來(lái)確定對(duì)象的輸入變量和輸出變控 制變量和被控變量、干擾變量；2)根據(jù)對(duì)象的工藝原理，進(jìn)行合理的假設(shè)和簡(jiǎn)

46、化，突出主要因素、忽略次要因素；3)從基本的物理、化學(xué)定律出發(fā)，根據(jù)對(duì)象的工 藝機(jī)理，進(jìn)行推導(dǎo)；4)如有非線(xiàn)性特性，需進(jìn)行合理的線(xiàn)性化處理(如:將非線(xiàn)性函 數(shù)在平衡點(diǎn)的某一鄰域內(nèi)展開(kāi)泰勒級(jí)數(shù)，忽略展開(kāi)式中的二次項(xiàng)及高次項(xiàng)后可得 到該非線(xiàn)性函數(shù)在平衡點(diǎn)的鄰域內(nèi)的線(xiàn)性近似表達(dá)式)。峴揚(yáng)爛滾澗輻灄興渙藺。對(duì)不同的對(duì)象所建立的微分方程不同，但是其基本形式都是相同的，即微分方程的典型形式為： an_i11（ $aoydt（n）川 dty同理，對(duì)于多變量控制系統(tǒng)， 可以對(duì)每一路輸入所對(duì)應(yīng)的每一路輸出建立微 分方程，從而得到該多輸入多輸出系統(tǒng)的由pxq個(gè)微分方程組成的微分方程組模 型:詩(shī)叁撻訥燼憂(yōu)毀厲鋨驁。

47、d(n)yididyi討衛(wèi)2)討aij1朮aj0yi匚 d(m)uj*d(m)ujduj=bijmd?mrbij(m-1)m4)bj1dH) bij0Uj其中0ivp,0 nu m=0.3 1num =0.30001.0000 den=1 0.5 0南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文19den =1.00000.50000 G=tf(nu m,de n)Tran sfer function:0.3 s + 1sA2 + 0.5 s bode(G)gridBode圖運(yùn)行結(jié)果圖4-1所示:南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文20圖4-1 Bode圖 nyq uist(G)運(yùn)行結(jié)果圖4-2所示:南昌航空大

48、學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文21JVi spur a 1File Edi t Yiew Lnsert Tools Hsktop Window Help Q 3 BQ紳 運(yùn) IS 圖4-2 Nyquist圖繪制nichols圖w=logspace(-1,2,100) n ichols( nu m,de田總ee-uraEE-rrJy-qutEt Diagram2 5-2/5Real Axis-0.5南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文22n,w)運(yùn)行結(jié)果圖4-3所示：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文23Fi gvrc 1IEile Edit Yiew Insert loals Hesktop Stind&a

49、mp;w Help遅S QOpen-Loop Phsase (dgg)圖4-3 nichols圖南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文244.3連續(xù)系統(tǒng)的離散化在對(duì)連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制時(shí)，往往需要把連續(xù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成離散系統(tǒng)。此時(shí)數(shù)字即將參與自動(dòng)控制處理離散的數(shù)據(jù)，一方面數(shù)值量化的，同時(shí)時(shí)間也是量化。風(fēng)攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。MATLAB給出了連續(xù)系統(tǒng)的離散化函數(shù)c2d()，它的功能是將連續(xù)時(shí)間模型轉(zhuǎn) 換為離散時(shí)間模型，其調(diào)用格式為滅曖駭諗鋅獵輛覯餿藹。sysd=c2d(sysc,Ts,method)其中method為用來(lái)指定離散化采用的方法，常用有如下的方法：imp脈沖響應(yīng)不變法，即z變換，zoh采

50、用零階保持器，foh采用一階保持器，tustin采用雙線(xiàn)性逼近法。變換方法進(jìn)行離散，設(shè)采樣周期為T(mén)s=1.根據(jù)題意，程序如下 clear all nu m=8 24 16 den=1 12 47 60 0 G=tf(nu m,de n)Tran sfer function:8 sA2 + 24 s + 16sA4 + 12 sA3 + 47 sA2 + 60 s G仁c2d(G,Ts,tust in)Tran sfer function:0.2286 zA4 + 0.381乙八3 + 0.07619乙八2 - 0.07619 zzA4 - 0.0381 zA3 - 0.6667乙八2 - 0.

51、2667 z - 0.02857例已知連續(xù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為8S2+24S+ 16G(s)s412s347S260s，試對(duì)其采用雙線(xiàn)性南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文25Sampli ng time: 1南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文264.4 Simuli nk建模在MATLAB令窗口寫(xiě)給出“simulink”命令，將打開(kāi)Simulink模塊庫(kù)界面, 如圖所示。從圖4-1所示的界面左側(cè)可以看到，整個(gè)Simulink模塊庫(kù)有各個(gè)不同用途 的模塊組成。在Simulink模塊庫(kù)中，常有模塊組，連續(xù)模塊組，非連續(xù)模塊組， 離散模塊組，邏輯與位操作模塊組等等。鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。圖4-1 Simuli

52、nk模塊庫(kù)Simulink基本的建模方法如下：1在Simulink環(huán)境中，編輯模型2.在Simulink環(huán)境中，進(jìn)行模塊操作JlJjlslslsJilJilJilsslJilslsglslJil-J-J- “.廠(chǎng)2-“廣；- -卜-!,-；. .；-一.-.1-.1 ,i,is-Commonly UEd BlocksCmt limousDi scoutinuiDi screteLogic and Bit OperationsLookup TablesMath Operationsffli&del VerificationMod&l-Wide UtilitiPorts &

53、 SubsystemsSi評(píng)al At tri butesSignal RoutingSink雪SourcesUserDefined Fund i1Additional Math & Discrete田*&!恥片0寸砒B(niǎo)lockset田CDMAReference BlocksetLogic wd BitOper ati onsLookup TablesMath OperaticsnsModel Verifi cati onlModel_Wi de Utili tiesForts & SubsystemsSignal AttributesRoutingSirJkszlT

54、ft Simulink南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文273 Simulink環(huán)境中運(yùn)行模塊4 Simulink環(huán)境中進(jìn)行模塊保存南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文28例已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為Simulink仿真模型并進(jìn)行仿真。建立上述模型的基本步驟如下：建立一個(gè)空白的Simulink仿真模型窗口，如下圖4-3所示選擇所需要的Simulink模塊，傳遞函數(shù)模型需要Continuous（連續(xù)系統(tǒng)）模塊庫(kù)的Transfer Fen模塊，單位階躍信號(hào)所需要Sources模塊庫(kù)中的Step模塊，此外還需要Math Opwrations模塊庫(kù)的Add模塊及Sinks模塊庫(kù)的Scope模塊，并將他

55、們復(fù)制到圖所示的空白模 型中，如圖4-4所示。攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。 建立傳遞函數(shù)的模型如圖4-2所示，有已知條件可知開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)由3部分組成，因此首先建立傳遞函數(shù)模型部分趕輾雛紈顆鋝討躍滿(mǎn)賺。圖4-2傳遞函數(shù)模型（4）連接模塊如圖4-5所示，其模型由4個(gè)部分組成，即傳遞函數(shù)Step,Seope和Add組成。其中傳遞函數(shù)有三個(gè)部分組成，G1和G2串聯(lián)然后和G3并聯(lián)。Scope模塊是示波器，可以講仿真運(yùn)行數(shù)據(jù)生成二維曲 線(xiàn)，且只能以仿真時(shí)間t作為橫坐標(biāo)，其中Step是階躍波信號(hào)，設(shè)置其 仿真參數(shù)，然后運(yùn)行。結(jié)果如圖4-6所示夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。1 10 2s22s5 s 4 2.5s 1試建立

56、其G3南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文29圖4-3 Simulink仿真模型窗口Illstld EditSimulati on Format Teels為電鬼|aeI10 0阪爲(wèi)i三I爭(zhēng)型U欝已| mReadyStDAddaSocpode45圖4-4系統(tǒng)模塊南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文30圖4-5連接模塊圖4-6系統(tǒng)仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析：通過(guò)Simulink得出了系統(tǒng)傳遞函數(shù)的特性曲線(xiàn)，其輸入是階躍 信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)，從仿真結(jié)果中可以得出：達(dá)到峰值時(shí)間需要2.6s，最大超調(diào)量為4.6%,上升時(shí)間1.4s,延遲時(shí)間為1.6s，調(diào)節(jié)時(shí)間為3.8s。超調(diào)量是對(duì) 動(dòng)態(tài)偏差的度量，同時(shí)又反映系統(tǒng)響應(yīng)

57、過(guò)程的平穩(wěn)性，其超調(diào)量在25%-2.5%之間系統(tǒng)是在比較理想的狀態(tài)，所以可知系統(tǒng)是比較理想的。 延遲時(shí)間，上升時(shí)間南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文31和峰值時(shí)間均表征系統(tǒng)響應(yīng)初始段的快慢，是一種敏感性指標(biāo)，可知系統(tǒng)的系統(tǒng)響應(yīng)初始段的速度比較快。調(diào)節(jié)時(shí)間表示過(guò)渡過(guò)程持續(xù)的時(shí)間，調(diào)節(jié)時(shí)間為3.8s，時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，所以過(guò)渡時(shí)間比較長(zhǎng)，綜上所述系統(tǒng)可認(rèn)定為穩(wěn)定系統(tǒng)。視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖栃。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文325離散系統(tǒng)5.1離散控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型由于數(shù)字計(jì)算機(jī)，特別是微處理器的發(fā)展，數(shù)字控制器在許多場(chǎng)合取代了模 擬控制器，基于工程實(shí)踐的需要，作為分析和設(shè)計(jì)數(shù)字控制器系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論， 離散

58、系統(tǒng)理論發(fā)展非常迅速。偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)相比，既有本質(zhì)的不同，又有分析研究方面的相似性，利用Z變換研究離散系統(tǒng)，可把線(xiàn)性連續(xù)系統(tǒng)中的許多概念和方法推廣到線(xiàn)性離 散系統(tǒng)中。緦徑銚膾齲轎級(jí)鏜撟廟。差分方程有些對(duì)象的運(yùn)動(dòng)，其自變量本身不是連續(xù)的時(shí)間，而是等間距的離散的時(shí)刻。 對(duì)于這類(lèi)控制對(duì)象，其控制作用的值有計(jì)算機(jī)每隔一定時(shí)間給出一個(gè)。這時(shí)把這些自變量記作x(kT)，即自變量不再是連續(xù)時(shí)間而是整數(shù)序列，而描述這類(lèi)對(duì)象 運(yùn)動(dòng)的方程被稱(chēng)為差分方程。這時(shí)把這些自變量記作x(kT)，即自變量不再是連續(xù)時(shí)間而是整數(shù)序列，而描述這類(lèi)對(duì)象運(yùn)動(dòng)的方程被稱(chēng)為差分方程。騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。通常情

59、況下，差分方程可表示為：y(k) an _iy(k -1)川aiy(k -(n -1) aoy(k - n)二bmu(k) | biu(k -(m -1) bou(k - m)推廣到多變量系統(tǒng)中，可根據(jù)每一路輸入與每一路輸出之間的差分關(guān)系， 立描述該系統(tǒng)的差分方程組：y (k) +aj(n)yi(k -1)+川+ayi(k -(n 1) +ajoyi(k _n)=bjmUj(k) III bijiuj(k-(m-1) bjouj(k-m)其中，0i num=4 -6.8 3.0num =4.0000 -6.80003.0000 den=1-1.8 0.9den =1.0000 -1.80000

60、.9000 dstep( nu m,de n) title(單位階躍響應(yīng)曲線(xiàn))dimpulse( nu m,de n)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文34 title（單位脈沖響應(yīng)曲線(xiàn)）得出結(jié)果如圖5-1和5-2所示。Fi gjtreEdit Yi fr*Icl Uektp泄indx Help Q S fe龜嵯 S 單位階舐響應(yīng)曲域- 1-圖5-1單位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)5353.2南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文352.離散系統(tǒng)的根軌跡函數(shù)和頻域響應(yīng)函數(shù)根軌跡相關(guān)的函數(shù)只要為函數(shù)rlocus。有離散時(shí)間系統(tǒng)H “2.5Z 0.04,采樣周期為T(mén)s=0.1s，繪制其根軌跡z2-0.6z+0.53圖。 dsys=tf(0.5 0.04,1 -0.6 0.53,0.1)Tran sf