matlab经典控制仿真,matlab仿真技术在经典控制理论中的应用

matlab仿真技术在经典控制理论中的应用

matlab仿真技术在经典控制理论中的应用 摘 要 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。程序包含了稳定性分析、时域响应分析和根轨迹分析三个主要模块，这些模块改变了传统的工程繁杂运算，充分利用计算机集成软件的表现能力，将抽象问题具体化，而且程序易懂，操作简便，对自动控制理论的应用研究具有一定的实用性。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；matlab simulink仿真 Abstract In this paper we will discuss how to design a cascade compensator according to the users’requirements for automatic Control System，which is of a very important practical significance．For a given linear regular system，we usually contacted a cascade lead，a cascade lag or a cascade lead—lag compensator in the purpose of greater precision and stability of the system．What will be also given in this paper is the specific design ology，which is based on the frequency characteristics ．At the same time， we will visualize the model of the Control System in this paper．This process aims to change the traditional engineering complex operations, and to take advantage of Computer Integrated Software to materialize some abstract problems, easing the operation so as to make it much easier for understanding and become more practical for analyzing the theory of automatic controThe design can achieve the following functions：Our demands for a linear regular system will be realized by ting them through the interface．Then we can obviously see the two response curves in comparison．The simulation results of the examples demonstrated the effectiveness and the relevance of the design ology． Key Words：Cascade compensation Root-locus Frequency characteristics MATLAB 第1章绪论 1 概论 1.1 设计目的及意义 自动控制原理是自动化学科重要的专业基础，分为经典控制理论和现代控制理论。经典控制理论是以传递函数为基础，利用时域分析法、频率分析法和根轨迹法对线性定常系统进行分析和设计。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。这是主要研究自动控制系统的一般规律，涉及控制系统的模型建立、系统分析，以及系统设计的基本理论和相关技术。其特点是具有一定的概括性和抽象性，数学知识和运算的应用多，计算复杂。因此，通过计算机的计算表现能力将抽象问题具体化。 而在自动控制工程实际中，可控制系统的结构往往很复杂，如果不借助专用的系统建模软件，则很难准确地把一个控制系统的复杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真。所以需要一种高级科学分析与计算软件，具有强大的数值计算能力，而且速度快，使用方法简便，matlab是为数不多的完全满足这些要求和条件的软件工具，并且凭借它在科学计算方面的天然优势，建立了从设计构思实现到最终设计要求的可视化桥梁，大大弥补了传统设计与开发工具的不足， 是工程控制设计中不可多得的工具，并且在科研、生产和数学等领域具有广泛的应用前景和推广价值。因此，matlab在自动控制方面的应用具有相当广泛的研究意义以及达到更优化设计的目的。 1.2 设计基本要求 根据所学的Matlab的知识来进行编程实现基于MATLAB的自动控制原理理论进行分析与设计(时域)，本次设计预期完成以下功能： (1)运用MATLAB命令分析控制系统的性能及其稳定性； (2)利用时域分析法对控制系统(一阶系统和典型二阶系统)进行分析，并给出控制系统的瞬态性能指标； (3)利用根轨迹法对控制系统进行分析； (4)提供直观、形象的波形演示； 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，其流程如图1．1所示： (1)建立数学模型 问题描述 目标建立 模型建立 程序编写 数据分析 结果输出 仿真实验 检查程序是否正确 确认 图1．1计算机仿真流程图 Matlab在自动控制原理中的应用研究 稳定性分析 时域响应分析 根轨迹分析 系统的根 稳定性判断 一阶系统 二阶系统 任意阶系统 参数计算 根轨迹分析 图1．2程序设计框图 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