【正文】 m 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 MATLAB簡介及其仿真現(xiàn)狀………………………………3 MATLAB仿真集成環(huán)境—Simulink……………………………………73 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……………………………………………124 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)的時域分析……………………………………………16 連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析……………………………………………17 SIMULINK仿真………………………………………………………22…………………………………………………………235 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………………………………………………………416 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(kuò)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(shè)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(shè)計過程的每個環(huán)節(jié)：系統(tǒng)建模，分析，仿真到控制器設(shè)計和實現(xiàn)，并科研用于不同領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計，如制造、機(jī)械、航空航天、通信和計算機(jī)等領(lǐng)域。 2緒論 MATLAB語言是當(dāng)今國際控制界最為流行的控制系統(tǒng)計算機(jī)輔助設(shè)計語言，它的出現(xiàn)為控制系統(tǒng)的計算機(jī)輔助分析和設(shè)計帶來了全新的手段。自動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，例如火炮自動跟蹤系統(tǒng)必須采用計算機(jī)控制才能打下高速高空飛行的飛機(jī)。 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)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對真實的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)試驗研究的一門學(xué)科綜合性技術(shù)。而數(shù)學(xué)仿真不僅經(jīng)濟(jì)、方便、而且通用性強(qiáng)，在一定程度上滿足了小系統(tǒng)或簡單系統(tǒng)的仿真。3．MATLAB的數(shù)據(jù)可視化功能 MATLAB可以給計算數(shù)據(jù)以二維、三維的圖形表現(xiàn)，通過對圖形線型、立面、色彩、 渲染、立視角等品質(zhì)的處理，可把計算數(shù)據(jù)的特征表現(xiàn)的淋漓盡致，MATLAB還開發(fā)了一些面向圖形對象的圖形函數(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，從而實現(xiàn)人機(jī)交互控制。使用MATLAB語言進(jìn)行編程，可以不作任何修改直接移植到這些機(jī)器上運行，它與機(jī)器類型無關(guān)，這大大拓寬了MATLAB語言的應(yīng)用范圍。今天，MATLAB的用戶團(tuán)體幾乎遍及西方各主要大學(xué)，公司和政府研究部門，其應(yīng)用也已遍及現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)的方方面面。為了簡化計算過程，F(xiàn)orsmark用MATLAB開發(fā)出他們自己的圖形用戶界面，這個圖形用戶界面容許沒有任何使用經(jīng)驗的使用者執(zhí)行計算和評價分析結(jié)果。 MATLAB仿真集成環(huán)境—Simulink Simulink是對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模，仿真和綜合分析的圖形化軟件。之后需要做的工作是按照系統(tǒng)的信號流程將各系統(tǒng)模塊真確連接起來。在MATLAB中，用函數(shù)命令tf（）來建立控制系統(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, Ts） sys= 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。 （3）狀態(tài)空間模型 在MATLAB中，用函數(shù)ss（）來建立控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，或者將傳遞函數(shù)模型與零極點增益模型轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)狀態(tài)空間模型。（4）系統(tǒng)的模型相互轉(zhuǎn)換在實際工程中，由于要解決自動控制問題所需要的數(shù)學(xué)模型，而該數(shù)學(xué)模型與該問題所給定的已知模型往往是不一致的，此時，就需要對控制系統(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。MATLAB提供了一個對不同控制系統(tǒng)的模型描述進(jìn)行轉(zhuǎn)換的函數(shù)集，：函數(shù)說明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)換為零極點形式zp2ss由零極點形式轉(zhuǎn)換狀態(tài)空間形式zp2tf由零極點形式轉(zhuǎn)換傳遞函數(shù)形式（1）穩(wěn)定性的概念經(jīng)典控制分析中。系統(tǒng)相對穩(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。MATLAB提供了與之相關(guān)的函數(shù)，： 求特征方程根的函數(shù)函數(shù)用法說明p=eig(G)求取矩陣特征根。 4)如有非線性特性，需進(jìn)行合理的線性化處理(如:將非線性函數(shù)在平衡點的某一鄰域內(nèi)展開泰勒級數(shù)，忽略展開式中的二次項及高次項后可得到該非線性函數(shù)在平衡點的鄰域內(nèi)的線性近似表達(dá)式)。寫出輸入輸出之間的關(guān)系如下:多輸入多輸出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣可以寫為：欲保證系統(tǒng)是物理可實現(xiàn)的，通常要求在G(s)中的每個元都是真或嚴(yán)格真有理分式，就稱傳遞函數(shù)陣是真或嚴(yán)格真的。 狀態(tài)向量是狀態(tài)空間控制理論的基本概念，在狀態(tài)空間控制理論中使用狀態(tài)方程來描述動態(tài)系統(tǒng)的運動。粗略地說，系統(tǒng)的全部響應(yīng)過程中，系統(tǒng)的動態(tài)性能表現(xiàn)在過渡過程結(jié)束之前的響應(yīng)中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能表現(xiàn)在過渡結(jié)束之后的響應(yīng)中。3. 上升時間輸出響應(yīng)從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需的時間。另外，如果從圖形中分析得出系統(tǒng)的性能能不能滿足實際要求，可以通過修改頻率特性來達(dá)到和設(shè)計控制系統(tǒng)的目的。3. 對數(shù)幅相圖對數(shù)幅相圖即Nicols曲線。由用戶指定選取頻率范圍MATLAB頻率分析的實例系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為, 繪制出其bode圖，nyquist圖，nichols圖。在Simulink模塊庫中，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。延遲時間，上升時間和峰值時間均表征系統(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。通常情況下，差分方程可表示為: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:其中，0ip，0jq，即此多輸入多輸出系統(tǒng)有q路輸入p路輸出。)得出結(jié)果如圖51和52所示。2. 在子模塊庫中選取必須的模塊。分別取T=1s和T=，可知當(dāng)T=1s時，0K，當(dāng)T=，0K。tustin39。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師羅老師，她對我進(jìn)行了耐性的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的指導(dǎo)。然后還要感謝所有在大學(xué)期間傳授我知識的老師，每一位老師的悉心教導(dǎo)都是我完成這篇論文的基礎(chǔ)。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最衷心的感謝！天下沒有不散的宴席，雖然大四的生活多半時間還是呆在學(xué)校里，但是論文致謝語寫就的那一刻也真正標(biāo)志著我與這所學(xué)校就此別離了，沒有傷感，更多的是遺憾，但是總歸不如意事十有八九，過去的不能挽回，人應(yīng)該大膽向前看，所以這段文字應(yīng)該像它的標(biāo)題一樣充滿感恩和致謝，感謝四年來在我的成長道路上扶持過我，指點過我的人。作為控制理論基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型，無論控制理論如何發(fā)展，這一數(shù)學(xué)基礎(chǔ)都是不可缺少的。在T==3時建立仿真模型可知也是不穩(wěn)定的，因為取值都超過了對應(yīng)穩(wěn)定系統(tǒng)K的取值范圍。例如 如圖56所示鎖相環(huán)的方框圖，試用Simulink建立其數(shù)學(xué)模型并對其進(jìn)行仿真。有離散時間系統(tǒng),采樣周期為Ts=，繪制其根軌跡圖。利用這些函數(shù)可方便地對系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，脈沖響應(yīng)等進(jìn)行仿真很分析。 5 離散系統(tǒng)