【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 碼，也可以在 C語言或者 Fortran語言程序中調(diào)用 MATLAB計(jì)算引擎來執(zhí)行 MATLAB代碼 、 Simulink 簡(jiǎn)介 Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具，是一種基于 MATLAB 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。 Simulink 可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink提 供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 其實(shí)，從很多實(shí)例分析就可以看出 MATLAB 的功能之強(qiáng)大，應(yīng)用范圍之廣。相信，在不久的將來， MATLAB 在自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用中會(huì)更加廣泛。 綜上所述， MATLAB 是一種基于矩陣運(yùn)算、具有強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理功能的高級(jí)編程語言，廣泛應(yīng)用于信號(hào)分析、語音分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，在復(fù)雜算法方面表現(xiàn)出其他語言難以比擬的優(yōu)勢(shì)，目前已成為國(guó)際上最為流行的軟件之一。 5 二、 復(fù)雜控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、時(shí)域分析、根軌跡題 題號(hào) 分值 5 5 10 指標(biāo)點(diǎn) 得分 復(fù)雜控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、時(shí)域分析、根軌跡題 ： 汽車速度控制系統(tǒng)的根軌跡分析 汽車測(cè)速是生活中經(jīng)常遇到的問題，汽車速度控制系統(tǒng)是為了讓兩車之間的距離保持在安全距離，防止事故。整個(gè)系統(tǒng)可以模擬成一個(gè)單輸入單輸出的控制過程，主要是要確定汽車的運(yùn)行軌跡，運(yùn)用根軌跡法可以很好的分析速度控制系統(tǒng) 、 汽車速度控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立 汽車速度控制系統(tǒng)主要是通 過兩車的速度檢查和相對(duì)距離的檢查，通過數(shù)字通信送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算是否滿足兩車之間的安全距離，再通過車內(nèi)的控制設(shè)備對(duì)汽車的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得兩輛汽車距離保持在安全距離之上，汽車速度控制系統(tǒng)的實(shí)物簡(jiǎn)圖如圖 。 6 圖 汽車速度控制系統(tǒng)實(shí)物簡(jiǎn)圖 Figure vehicle speed control system physical diagram 忽略汽車速度控制系統(tǒng)其它影響因素，假定控制過程汽車速度均勻變化，速度檢查裝置和兩車相對(duì) 距離檢查裝置采集的信號(hào)都無衰減，我們可將汽車測(cè)速控制系統(tǒng)模擬為但輸入但輸出的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)化為圖 4，其中輸入 汽車的相對(duì)速度，輸出 為兩車之間的安全距離。 圖 汽車速度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 Figure vehicle speed control block diagram of the system 由圖 ： ))(2()( ??? sss KsG a 、 設(shè)計(jì)要求 在已知的根軌跡上選取最佳阻 尼系數(shù) ?? ，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析 ,保證 汽車速度控制系統(tǒng)的控制目標(biāo) ： 指標(biāo) 1：階躍響應(yīng)的超調(diào)量 %5% ?? 指標(biāo) 2：階躍響應(yīng)調(diào)節(jié)時(shí)間 %)2( ?? sts 、 請(qǐng)依次求解 1 請(qǐng)繪制三階系統(tǒng)的根軌跡圖 2 請(qǐng)確定滿足上述條件的系統(tǒng)穩(wěn)定的 Ka的值 3 請(qǐng)計(jì)算出在滿足 7 、汽車速度控制系統(tǒng)題 目解答 、三階系統(tǒng)的根軌跡圖 程序如下 （ ） ： num=[1]。 den=[ 2 0]。 rlocus(num,den) grid on 圖 三階系統(tǒng)的根軌跡 圖 、滿足上述條件的系統(tǒng)穩(wěn)定的 Ka的值 根據(jù)根軌跡可以得到： 0Ka 程序如下 (): num=[1]。 den=[ 2 0]。 sys=tf(num,den)。 8 z=。 w=[]。 rlocus(sys) grid on sgrid(z,w) 圖 三階系統(tǒng) 的根軌跡 圖 根據(jù)最佳阻尼比 ?? 由 圖可得 ： Ka= 、三階系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo) 程序如下 （ ）： num=[]。 den=[ 2 0]。 G=tf(num,den) G1=feedback(G,1) 9 step(G1) grid on 圖 =3 時(shí)的 三階系統(tǒng)的 單位階躍響應(yīng)曲線 階躍響應(yīng)系能指標(biāo)： 上升時(shí)間 tr = 峰值時(shí)間 tp = 調(diào)節(jié)時(shí)間 ts = 峰值幅值 h（ tp） = 穩(wěn)態(tài)值： h(∞ )= 1 超調(diào)量： 4%100%)h( )h()h(tσ % p ??? ??? 10 三、 復(fù)雜控制系統(tǒng)校正題 題號(hào) 分值 5 5 10 10 10 10 指標(biāo)點(diǎn) 得分 復(fù)雜控制系統(tǒng)校正題 、題目：直流電機(jī)繞線系統(tǒng)控制 、對(duì)象介紹 在工業(yè)生產(chǎn)中，很多工廠都因?yàn)樽儔浩骶€圈繞的圈數(shù)對(duì)精確或者不夠緊密而影響生產(chǎn)質(zhì)量，因此發(fā)明了直流電機(jī)轉(zhuǎn)子繞線控制系統(tǒng)來為生產(chǎn)減輕負(fù)擔(dān)。但是電機(jī)轉(zhuǎn)子繞線系統(tǒng)他有一個(gè)特點(diǎn)，就是靠電流控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，電流是電氣中最難控制的。因此我們?cè)诖诵枰芯侩姍C(jī)繞線系統(tǒng)的特性，其物理機(jī)制與控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性密切相關(guān)。它反應(yīng)了控制系統(tǒng)中一種基本現(xiàn)象，即一個(gè)平常的不穩(wěn)定被 控對(duì)象，經(jīng)過一定的控制手段，就可以讓系統(tǒng)達(dá)到很好的穩(wěn)定性?？梢?，直流電機(jī)繞線系統(tǒng)控制問題的研究和實(shí)現(xiàn)不僅具有深刻的理論意義，還具有重要的工程背景。 直流電機(jī)繞線控制系統(tǒng)的輸入值為給定直流電機(jī)一個(gè)初始轉(zhuǎn)速，然后控制器驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶到纏繞環(huán)勻速上下移動(dòng)，然后轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x把輸出的直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量值反饋給比較器和輸入值進(jìn)行比較，經(jīng)過計(jì)算把偏差值傳送給控制器，控制器根據(jù)偏差的大小，去驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整，以正確控制纏繞環(huán)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)的繞線轉(zhuǎn)子因?yàn)槭且诶@線的過程中逐漸增加系統(tǒng)負(fù)載的，一般的設(shè)備不能承擔(dān)變 壓器線圈的重量，所以在這里采用氣壓夾緊設(shè)備來固定轉(zhuǎn)動(dòng)的繞線轉(zhuǎn)子，繞線轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)這里利用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)就是在非超載情況下電機(jī)的轉(zhuǎn)速和停止，根脈沖的頻率和脈沖數(shù)有關(guān)，它不受負(fù)載影響，所以步進(jìn)電機(jī)工作性能是很穩(wěn)定的，在這里只要直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速合適，系統(tǒng)的控制就能夠達(dá)到穩(wěn)定的效果。直流電機(jī)轉(zhuǎn)子繞線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 。 11 圖 直流電機(jī)繞線系統(tǒng)圖 設(shè)備組成：直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子，氣動(dòng)夾設(shè)備，繞線環(huán)，控制器，測(cè)速 儀等。 、控制目標(biāo)設(shè)定 直流電機(jī)繞線控制系統(tǒng)，當(dāng)電機(jī)系統(tǒng)遇到電流的波動(dòng)等因素，能夠使電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠快速的達(dá)到一個(gè)新的平衡位置 (這里的輸入值 為給定直流電機(jī)一個(gè)初始電壓，系統(tǒng)測(cè)量值 也是直流電機(jī)電壓 )，并且在有較