【正文】 畢業(yè)設計（論文） 題 目 基于 MATLAB 控制系統(tǒng)仿真應用研究 畢業(yè)設計（論文）任務書 I、畢業(yè)設計 (論文 )題目： 基于 MATLAB 的控制系統(tǒng)仿真應用研究 II、畢 業(yè)設計 (論文 )使用的原始資料 (數(shù)據(jù) )及設計技術要求： 原始資料： （ 1） MATLAB 語言。 （ 2）控制系統(tǒng)基本理論 。 設計技術要求： （ 1）采用 MATLAB 仿真軟件建立控制系統(tǒng)的仿真模型，進行計算機模擬，分析整個系統(tǒng)的構建，比較各種控 制算法的性能 統(tǒng)的構建，比較各種控制算法的性能。 （ 2） 利用 MATLAB 完善的控制系統(tǒng)工具箱和強大的 Simulink 動態(tài)仿真環(huán)境，提供用 方框圖進行建模的圖形接 口， 分別介紹離散和連續(xù)系統(tǒng)的 MATLAB 和 Simulink 仿真 。 III、畢 業(yè)設計 (論文 )工作內(nèi)容及完成時間： 第 01～ 03 周： 查找課題相關資料，完成開題報告， 英文資料翻譯 。 第 04～ 11 周 ： 掌握 MATLAB 語言，熟悉控制系統(tǒng)基本理論。 第 12～ 15 周： 完成對控制系統(tǒng)基本模塊 MATLAB 仿真。 第 16～ 18 周：撰寫畢業(yè)論文，答辯。 Ⅳ 、主 要參考資料： [1] 《 MATLAB 在控制系統(tǒng)中的應用》，張靜編著，電子工業(yè)出版社。 [2]《 MATLAB 在控制系統(tǒng)應用與實例》，樊京，劉叔軍編著，清華大學出版社。 [3]《智能控制》，劉金琨編著，電子工業(yè)出版社。 [4]《 MATLAB 控制系統(tǒng)仿真與設計》，趙景波編著，機械工業(yè)出版社。 [5]The Mathworks,().2020. 信息工程 系 電子信息工程 專業(yè)類 0882052 班 學生（簽名）： 填寫日期： 年 月 日 指導教師（簽名）： 助理指導教師 (并指出所負責的部分 )： 信息工程 系（室）主任（簽名）： 學士學位論文原創(chuàng)性聲明 本人聲明，所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立完成的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(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位申請的論文或成果。對本文的研究成果作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權南昌航空大學科技學院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容 編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 作者簽名： 日期： 導師簽名： 日期： 基于 MATLAB 控制系統(tǒng)仿真應用研究 學生姓名： 蔚道祥 班級： 0882052 指導老師： 羅艷芬 摘要 :現(xiàn)代控制系統(tǒng)原理理論性強，現(xiàn)實模型在實驗室較難建立，因此利用SIMULINK 進行仿真實驗，可以加深我們學生對課程的理解，調(diào)動我們學習的積極性，同時大大提高了我們深入思考問題的能 力和創(chuàng)新能力。本文針對現(xiàn)代控制系統(tǒng)的設計很大程度上還依賴于實際系統(tǒng)的反復實驗、調(diào)整的普遍現(xiàn)象，結合具體的設計實例，介紹了利用較先進的 MATLAB 軟件中的 SIMULINK 仿真工具來實現(xiàn)對現(xiàn)代控制系統(tǒng)建模、分析與設計、仿真的方法。它能夠直觀、快速地分析系統(tǒng)的動態(tài)性能、和穩(wěn)態(tài)性能。并且能夠靈活的改變系統(tǒng)的結構和參數(shù)，通過快速、直觀的仿真達到系統(tǒng)的優(yōu)化設計。 關鍵詞 ： MATLAB，控制系統(tǒng)，系統(tǒng)仿真 指導老師簽字 ： Control System Based on MATLAB Simulation Applied Research Student Name: Wei Daoxiang Class: 0882052 Supervisor:Luo Yanfen Abstract: Modern control system theory theoretical model of reality in the laboratory is more difficult to establish, therefore the simulation using SIMULINK, can deepen our students understanding of the course, to mobilize the enthusiasm of our study, at the same time greatly improve our indepth ability to think and innovative capacity. In this paper, the design of modern control systems largely rely on repeated experiments on the actual system, the adjustment of a mon phenomenon, bined with a specific design example, use of more advanced MATLAB software SIMULINK simulation tools to achieve the modern control system modeling, analysis and design, simulation methods. It can intuitively and quickly analyze the dynamic performance of the system, and steady state performance. And the flexibility to change the structure and parameters of the system, fast, intuitive simulation of the optimization design of the system. Keywords: MATLAB, Control system, System simulation Signature of Supervisor: 目 錄 1 引言 2 緒論 課題背景 ????????????? ?? ????????? 2 現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀 ????????????? ? ? 2 2. 3 MAT L A B 簡介及其仿真現(xiàn)狀 ???????????? 3 MATLAB 仿真集成環(huán)境 — Simulink????????????? ? 7 3 控制系統(tǒng)的基本理論 控制系統(tǒng)的模型 ?? ?? ????????????????? 10 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 ?? ?? ????????????? 12 4 連續(xù)系統(tǒng) 連續(xù)控制系統(tǒng)數(shù)學模型 ?? ?? ???? ????????? 14 脈沖傳遞函數(shù) ? ?? ????? ??? ????? ??? ?? 14 狀態(tài)空間 ??? ??? ???? ??? ??? ??????? 15 MATLAB 仿真 ?? ?? ????????????????? 16 連續(xù)系統(tǒng)的時域分析 ????????????????? 16 連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析 ????????????????? 17 SIMULINK 仿真 ?? ?? ????????????????? 22 連續(xù)系統(tǒng)離散化 ? ???? ????????????????? 23 5 離散系統(tǒng) 離散控制系統(tǒng)數(shù)學模型 ?? ?? ???? ????????? 28 MATLAB 仿真 ?? ?? ??? ? ?????????????? 28 SIMULINK 仿真 ?? ?? ???? ??????????? 35 離散系統(tǒng)連續(xù)化 ?? ???? ??????????????? 41 6 總結 ?? ???????????????? ?????? 42 參考文獻 ???????? ???? ????????????? 43 致謝 ???????????????? ?????????? 44 南昌航空大學科技學院學士學位論文 1 基于 MATLAB 控制系統(tǒng)仿真應用研 究 1 引言 MATLAN 是 1984 年有美國的 MathWorks 公司推出的產(chǎn)品，它的名字由 Matrix和 Laboratory 兩詞的前三個字母組成的，是一套高性能的數(shù)值分析和計算軟件，其功能不斷的擴充，版本不斷升級，發(fā)展至今，它已經(jīng)發(fā)展成為一個集數(shù)值分析，矩陣計算，程序設計，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)設計過程的每個環(huán)節(jié)：系統(tǒng)建模，分析，仿真到控制器設計和實現(xiàn)，并科研用于不同領域的系統(tǒng)設計，如制造 、 機械 、 航空航天 、 通信和計算機等領域。 它使用方便，用戶界面友好的可視化軟件，被譽為第四代編 程語言，是世界上最流行的計算語言之一。目前，它被廣泛的應用于信號與圖像處理 、 控制系統(tǒng)設計 、 計算機應用 、 通信仿真等諸多領域。 MATLAB 在中國流行起來是在 20 世界 90 年代，目前已經(jīng)成為廣大科研工作者進行科學研究，工程計算的必備工具。其中的仿真集成環(huán)境 SIMULINK 工具箱，是進行系統(tǒng)分析與設計的有力工具。在系統(tǒng)開發(fā)直接，通過仿真科研優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)的時間，并提高了系統(tǒng)的性能 。 在控制系統(tǒng)領域有大量復雜繁瑣的計算與仿真曲線繪制任務。隨著計算機的廣泛應用， MATLAB 及其工具箱和 Simulink仿真工具的出現(xiàn)為控制系統(tǒng)的設計與仿真提供了一個強有力的工具，使控制系統(tǒng)發(fā)生了革命性的變化。 南昌航空大學科技學院學士學位論文 2 2 緒論 MATLAB 語言是當今國際控制界最為流行的控制系統(tǒng)計算機輔助設計語言，它的出現(xiàn)為控制系統(tǒng)的計算機輔助分析和設計帶來了全新的手段。其中圖形交互式的模型輸入計算機仿真環(huán)境 SIMULINK，為 MATLAB 應用的進一步推廣起到了積極的推動作用?，F(xiàn)在， MATLAB 語言已經(jīng)風靡全世界，成為控制系統(tǒng) CAD 領域最普及、也是最受歡迎的軟件環(huán)境。 隨著計算機技術的發(fā)展 和應用，控制理論和技術在宇航、機器人控制、導彈制導及核動力等高新技術領域中的應用也愈來愈深入廣泛。不僅如此，自動控制技術的應用范圍現(xiàn)在已擴展到生物、醫(yī)學、環(huán)境、經(jīng)濟管理和其它許多社會生活領域中，成為現(xiàn)代社會生活中不可缺少的一部分。隨著時代進步和人們生活水平的提高，在人類探知未來，認識和改造自然，建設高度文明和發(fā)達社會的活動中，自動控制理論和技術必將進一步發(fā)揮更加重要的作用。作為一個工程技術人員，了解和掌握自動控制的有關知識是十分必要的。 現(xiàn)代 控制技術的應用不僅使生產(chǎn)過程實現(xiàn)了自動化，極大地提高了勞動生產(chǎn)率， 而且減輕了人的勞動強度。自動控制使工作具有高度的準確性，大大地提高了武器的命中率和戰(zhàn)斗力，例如火炮自動跟蹤系統(tǒng)必須采用計算機控制才能打下高速高空飛行的飛機。某些人們不能直接參與工作的場合就更離不開自動控制技術了，例如原子能的生產(chǎn)、火炮或導彈的制導等等。利用 MATLAB 軟件中 SIMULINK仿真工具來實現(xiàn)對自動控制系統(tǒng)建模、分析與設計、仿真。能夠直觀、快速地分析系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。并且能夠靈活的改變系統(tǒng)的結構和參數(shù)，通過快速、直觀的仿真達到系統(tǒng)的優(yōu)化設計。 現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀 仿真 是對真實事物的模擬，它形成于 40 年代二戰(zhàn)末期對火炮及飛行控制動 力學系統(tǒng)的研究， 1948 年電子微分分析器在美國的 BELL 實驗室的研制成功開創(chuàng)了計算機仿真的新紀元。 50 年代至 60 年代初對洲際導彈和宇宙飛船姿態(tài)及軌道控制動力學的研究，促進了混合仿真技術的發(fā)展。 70 年代，系統(tǒng)工程被廣泛用于社會、經(jīng)濟、生態(tài)