【正文】 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 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。它能夠直觀、快速地分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、和穩(wěn)態(tài)性能。 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題的能力和創(chuàng)新能力。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。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。 [5]The Mathworks,().2020. 信息工程 系 電子信息工程 專業(yè)類 0882052 班 學(xué)生（簽名）： 填寫日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師（簽名）： 助理指導(dǎo)教師 (并指出所負(fù)責(zé)的部分 )： 信息工程 系（室）主任（簽名）： 學(xué)士學(xué)位論文 原創(chuàng)性聲明 本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。 [3]《智能控制》，劉金琨編著，電子工業(yè)出版社。 Ⅳ 、主 要參考資料： [1] 《 MATLAB 在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用》，張靜編著，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。 III、畢 業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )工作內(nèi)容及完成時(shí)間： 第 01～ 03 周： 查找課題相關(guān)資料，完成開題報(bào)告， 英文資料翻譯 。 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。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 基于 MATLAB 控制系統(tǒng)仿真應(yīng)用研究 系 別 信息工程系 專業(yè)名稱 電子信息工程 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 I、畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )題目： 基于 MATLAB 的控制系統(tǒng)仿真應(yīng)用研究 II、畢 業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )使用的原始資料 (數(shù)據(jù) )及設(shè)計(jì)技術(shù)要求： 原始資料： （ 1） MATLAB 語(yǔ)言。 （ 2）控制系統(tǒng)基本理論。 （ 2） 利用 MATLAB 完善的控制系統(tǒng)工具箱和強(qiáng)大的 Simulink 動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境，提供用 方框圖進(jìn)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 。 第 04～ 11 周： 掌握 MATLAB 語(yǔ)言，熟悉控制系統(tǒng)基本理論。 第 16～ 18 周：撰寫畢業(yè)論文，答辯。 [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。 [4]《 MATLAB 控制系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì)》，趙景波編著，機(jī)械 工業(yè)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。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。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。本文針對(duì)現(xiàn)代控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很大程度上還依賴于實(shí)際系統(tǒng)的反復(fù)實(shí)驗(yàn)、調(diào)整的普遍現(xiàn)象，結(jié)合具體的設(shè)計(jì)實(shí)例，介紹了利用較先進(jìn)的 MATLAB 軟件中的 SIMULINK 仿真工具來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)代控制系統(tǒng)建模、分析與設(shè)計(jì)、仿真的方法。并且能夠靈活的改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，通過快速、直觀的仿真達(dá)到系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 它使用方便，用戶界面友好的可視化軟件，被譽(yù)為第四代編程語(yǔ)言，是世界上最流行的計(jì)算語(yǔ)言之一。 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。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(shí)間，并提高了系統(tǒng)的性能 。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。其中圖形交互式的模型輸入計(jì)算機(jī)仿真環(huán)境 SIMULINK，為 MATLAB 應(yīng)用的進(jìn)一步推廣起到了積極的推動(dòng)作用。 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。隨著時(shí)代進(jìn)步和人們生活水平的提高，在人類探知未來(lái)，認(rèn)識(shí)和改造自然，建設(shè)高度文明和發(fā)達(dá)社會(huì)的活動(dòng)中，自 動(dòng)控制理論和技術(shù)必將進(jìn)一步發(fā)揮更加重要的作用。 現(xiàn)代 控制技術(shù)的應(yīng)用不僅使生產(chǎn)過程實(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。某些人們不能直接參與工作的場(chǎng)合就更離不開自動(dòng)控制技術(shù)了，例如原子能的生產(chǎn)、火炮或?qū)椀闹茖?dǎo)等等。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。 現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀 仿真是對(duì)真實(shí)事物的模擬，它形成于 40 年代二戰(zhàn)末期對(duì)火炮及飛行控制動(dòng) 力學(xué)系統(tǒng)的研究， 1948 年電子微分分析器在美國(guó)的 BELL 實(shí)驗(yàn)室的研制成功開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)仿真的新紀(jì)元。 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?？刂葡到y(tǒng)仿真是系 統(tǒng)仿真技術(shù)在控制領(lǐng)域的應(yīng)用。 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)過程。數(shù)學(xué)仿真是以綜合參數(shù)比例相似及信息規(guī)律傳遞相似為基礎(chǔ)的仿真。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。但是對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，數(shù)字仿真的局限性就明顯表現(xiàn)出來(lái)，首先它建立的數(shù)學(xué)模型描述能力有局限性，它不能或難以描述復(fù)雜系統(tǒng)的某些問題或現(xiàn)象：它所使用的仿真方法主要是近似的數(shù)值解法，缺少知識(shí)推理、邏輯判斷和學(xué)習(xí)訓(xùn)練等智能特性。 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)畫仿真，建模環(huán)境與仿真支持系統(tǒng)等。其幾大功能可概括如下： 1．作為科學(xué)和工程計(jì)算的 MATLAB MATLAB 以矩陣（或稱數(shù)組）為計(jì)算單元，定義域?yàn)閺?fù)數(shù)域，求解數(shù)值問題采用了有關(guān)領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和最新成果，其算法效率高、數(shù)值穩(wěn)定性好、使用方便，對(duì)計(jì)算數(shù)學(xué)領(lǐng)域的特定問題類型用 MATLAB 系統(tǒng)求解，可以得到各種高效算法。 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 工作過程中不必考慮數(shù)據(jù)類型，對(duì)數(shù)組無(wú)須事先定義其類型、名稱及規(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。（ GUI）增加了交互式 GUI 編碼程序向?qū)? （ GUIDE）；句柄圖