【正文】 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。 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。 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。 MATLAB 簡(jiǎn)介及其仿真現(xiàn)狀 MATLAB（ Matrix laboratory)語(yǔ)言，早期只是數(shù)值線性代數(shù)軟件包 Linpack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ＭＡＴＬＡＢ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，它的版本也南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 從基于 windowsｗ 的 16 位的 到今天基于 windows 95， windows NT， Unix 及 Macintosh 操作系統(tǒng)的 32 位的應(yīng)用程序 MATLAB52，它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線形動(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。而數(shù)學(xué)仿真不僅經(jīng)濟(jì)、方便、而且通用性強(qiáng)，在一定程度上滿(mǎn)足了小系統(tǒng)或簡(jiǎn)單 系統(tǒng)的仿真。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。 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 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 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)。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、直觀的仿真達(dá)到系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。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)。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。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 緒論 MATLAB 語(yǔ)言是當(dāng)今國(guó)際控制界最為流行的控制系統(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。 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 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(jiǎn)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(xué)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(shí)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(xué)模型 ?? ?? ???? ????????? 28 MATLAB 仿真 ?? ?? ??? ? ?????????????? 28 SIMULINK 仿真 ?? ?? ???? ??????????? 35 離散系統(tǒng)連續(xù)化 ?? ???? ??????????????? 41 6 總結(jié) ?? ???????????????? ?????? 42 參考文獻(xiàn) ???????? ???? ????????????? 43 致謝 ???????????????? ?????????? 44 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 基于 MATLAB 控制系統(tǒng)仿真應(yīng)用研 究 1 引言 MATLAN 是 1984 年有美國(guó)的 MathWorks 公司推出的產(chǎn)品，它的名字由 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。 作者簽名： 日期： 導(dǎo)師簽名： 日期： 基于 MATLAB 控制系統(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。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。 [3]《智能控制》，劉金琨編著，電子工業(yè)出版社。 第 12～ 15 周： 完成對(duì)控制系統(tǒng)基本模塊 MATLAB 仿真。 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)系統(tǒng)的構(gòu)建，比較各種控 制算法的性能 統(tǒng)的構(gòu)建，比較各種控制算法的性能。 （ 2）控制系統(tǒng)基本理論 。 第 04～ 11 周 ： 掌握 MATLAB 語(yǔ)言，熟悉控制系統(tǒng)基本理論。 [2]《 MATLAB 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。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。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。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、直觀的仿真達(dá)到系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 MATLAB 在中國(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。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)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(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。 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。 現(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。能夠直觀、快速地分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。 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。 控制系統(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。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。 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．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，還可以訪問(wèn)數(shù)組變量的整體，同時(shí) MATLA 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。 4. MATLAB 的文字處理功能 MATLAB 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 note 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。 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。 MATLAB 的 Simulink 和 Statef