matlab在自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧資料
2025-06-30 18:59本頁(yè)面
【正文】 1根據(jù)以上分析可知：當(dāng)0﹤K﹤1時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定，發(fā)散；而當(dāng)K﹥1時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定，收斂；當(dāng)K值在K﹥1的基礎(chǔ)上繼續(xù)增大時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變好，收斂加快；當(dāng)K→∞時(shí)，響應(yīng)的振蕩性減弱，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間減小，快速性得到改善。試作閉環(huán)系統(tǒng)根軌跡圖，并分析K值變化對(duì)系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下響應(yīng)的影響。 仿真曲線如圖2圖210所示。 hold on。[p2,z2]=pzmap(num2,den2)。den2=[1 4 4 1 2 0]。 rlocus(num1,den1,k1)。figure, rlocus(num1,den1)。 k1=。MATLAB程序如下：num1=[1]。例210 利用根軌跡法確定下列多項(xiàng)式的根：（1）（2）解：（1）多項(xiàng)式的等效開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為其中K=。自動(dòng)控制系統(tǒng)的根軌跡分析法就是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)從零變到無(wú)窮時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的根在S平面上變化的軌跡，然后根據(jù)特征根在S平面上的分布，定性分析系統(tǒng)性能，定量計(jì)算當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的開(kāi)環(huán)增益。圖27 無(wú)校正裝置結(jié)構(gòu)圖及響應(yīng)曲線圖28 有校正裝置結(jié)構(gòu)圖及響應(yīng)曲線在自動(dòng)控制原理的教學(xué)過(guò)程中，對(duì)于這樣一些比較復(fù)雜的系統(tǒng)，組成系統(tǒng)的大部分環(huán)節(jié)通常是不變的，經(jīng)常需要修改的只是控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)；而每一次修改，如果靠手工重新求取系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，顯然既費(fèi)時(shí)又易出錯(cuò)。當(dāng)我們?cè)谙到y(tǒng)中加入比例微分控制之后，部分變?yōu)?( * S + 1)；當(dāng)。我們用SIMULINK仿真工具分別畫出其在無(wú)校正裝置和加入比例微分校正之后的結(jié)構(gòu)圖及響應(yīng)曲線，并對(duì)之進(jìn)行比較。先介紹一個(gè)比較復(fù)雜的水位自動(dòng)保持恒定的供水控制系統(tǒng)的例子。grid。den= [ 1 1 4 4* k 2* k k]。t= 0: : 70。grid。den= [ 1 1 4 4* k 2* k k]。t= 0::120。例28 某垂直起飛飛機(jī)高度控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： 試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的的取值范圍。在MATLAB中實(shí)現(xiàn)這一功能有3種方法：直接編程法；在Simulink模塊中利用方框圖的繪制和參數(shù)的設(shè)置來(lái)代替編程，直接建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真；使用LTIViewer 工具箱(只適用于線性時(shí)不變系統(tǒng))來(lái)觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。系統(tǒng)三種描述方法的關(guān)系如圖22所示： 微 分 方 程傳遞函數(shù) 系 統(tǒng) 頻 率 特 性圖22 三種系統(tǒng)描述之間的關(guān)系自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)域分析法就是首先求出系統(tǒng)的響應(yīng)表達(dá)式，然后利用響應(yīng)表達(dá)式來(lái)求取系統(tǒng)的性能指標(biāo)。[num,den]=feedback(nums,dens,num4,den4,1)。[nump,denp]=parallel(num2,den2,num3,den3)。num4=[2]。num3=[1 2]。num2=[1]。(s+1)1/(s+1)(s+2)/(+5)2/(s+3)圖21 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖運(yùn)用MATLAB語(yǔ)言編程如下：numl=[]。 GZ=zpK(Z,P,K)運(yùn)行結(jié)果：MATLAB還提供了方框圖串聯(lián)、并聯(lián)和反饋連接的計(jì)算函數(shù)，有助于方框圖的化簡(jiǎn)[7]。 P=[0 ,5 ，10]。 K=10。例25：Z=1。例23：G(s)=4(s+2)(s+3)(s+4)可由下面語(yǔ)句來(lái)表示： G=4*conv（[1,2],conv([1,3],[1,4])）3 建立連續(xù)系統(tǒng)的多項(xiàng)式傳遞函數(shù) Sys=tf(num,den)例24：num=[3 ,2 ,8] Den=[1 ,3 ,8 ,4 ,2 ]。 A=[1,3] B=[10,20,3]。1 多項(xiàng)式的向量表示MATLAB中多項(xiàng)式用行向量表示，行向量元素依次為降冪排列的多項(xiàng)式各項(xiàng)的系數(shù)。傳遞函數(shù)是線性控制系統(tǒng)中最常用的數(shù)學(xué)模型，MATLAB提供了傳遞函數(shù)的多項(xiàng)式表示方式和零極點(diǎn)表示方式，他們之間的表示方法，他們之間的轉(zhuǎn)換方法以及串聯(lián)并聯(lián)及反饋連接的系統(tǒng)傳遞函數(shù)計(jì)算方法[6]。傳遞函數(shù)是控制系統(tǒng)的一種數(shù)學(xué)模型，它是在用拉普拉斯變換法求解微分方程的過(guò)程中引出來(lái)的，不但能反映系統(tǒng)的輸入／輸出動(dòng)態(tài)特性，還能間接地反映結(jié)構(gòu)、參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)的影響。因此，如果能夠在MATLAB中的Simulink環(huán)境下對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真并對(duì)結(jié)果進(jìn)行圖形化分析，將會(huì)極大地方便有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完成[3] [4] [5]。這種實(shí)驗(yàn)方式不僅未能發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在教學(xué)環(huán)節(jié)中的作用，而且成了制約“自動(dòng)控制理論”教學(xué)的瓶頸。( 2 ) 繪圖、計(jì)算復(fù)雜，自動(dòng)控制原理是自動(dòng)控制專業(yè)的一門比較抽象的理論課程。這樣的實(shí)驗(yàn)方式，雖然在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、加深對(duì)課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容的印象等方面有一定的作用但存在兩個(gè)局限：( 1 ) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備高度集成，擴(kuò)展性能差由于實(shí)驗(yàn)裝置的各典型環(huán)節(jié)已經(jīng)集成，可改參數(shù)有限，使得實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性為主，而且操作復(fù)雜。其內(nèi)部用運(yùn)算放大器、電阻、電容等模擬器件構(gòu)成了比例、積分、一階慣性等典型環(huán)節(jié)。 本課題的研究意義自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)主要特點(diǎn)是理論性強(qiáng)，計(jì)算量大和圖形多而復(fù)雜。國(guó)際控制界的許多專家已經(jīng)開(kāi)發(fā)了大量基于MATLAB的控制軟件，我國(guó)很多高校和研究部門也正在研制此軟件，但是國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)有關(guān)產(chǎn)品的報(bào)道。 本課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，MATLAB已經(jīng)成為國(guó)際上最流行的科學(xué)與工程計(jì)算的軟件工具，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。電氣工程自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生雖然學(xué)習(xí)過(guò)MATLAB語(yǔ)言，但不等于就掌握了MATLAB工具對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法，而且這門課未曾涉及Simulink的內(nèi)容講述。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被認(rèn)作進(jìn)行高效研究和開(kāi)發(fā)的首選軟件工具[1]。在歐美大學(xué)里，諸如自動(dòng)控制、數(shù)字信號(hào)處理、模擬與數(shù)字通信、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等實(shí)驗(yàn)都應(yīng)用到MATLAB。electric engineering。關(guān)鍵詞：MATLAB；自動(dòng)控制理論；電氣；實(shí)驗(yàn) Application of MATLAB in Automati
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