控制工程基礎(chǔ)課程設(shè)計-電路系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 說 明 書</p><p>　　指導(dǎo)教師： 職稱: 教 授 </p><p>　　2015 年 6 月 14 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、MATLEB簡介…………………………………………2</p

2、><p>　　二、GUI簡介……………………………………………….2</p><p>　　三、機(jī)械工程控制論的研究對象與任務(wù)…………………..2</p><p>　　四、控制系統(tǒng)的工作原理與組成…………………………..3</p><p>　　五、系統(tǒng)分析及過程………………………………………..4</p><p>　　六、計

3、算過程………………………………………………..6</p><p>　　七、操作過程……………………………………………….8</p><p>　　八、心得體會……………………………………………….10</p><p>　　九、參考文獻(xiàn)……………………………………………….11</p><p>　　一、MATLEB簡介</p>&l

4、t;p>　　MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進(jìn)水平

5、。  </p><p><b>　　二、GUI簡介 </b></p><p>　　GUI（Graphical User Interfaces）是由窗口、圖標(biāo)、菜單、文本、按鈕等圖形圖案對構(gòu)成的用戶界面。用戶通過一定的方法（如鼠標(biāo)或 鍵盤）選擇、激活這些圖形對象，使用計算機(jī)產(chǎn)生某種動作或變化， 實(shí)現(xiàn)計

6、算、繪圖等功能，其目的是讓使用者了解軟件產(chǎn)品，學(xué)會如何 使用軟件產(chǎn)品，GUI相當(dāng)于軟件開發(fā)者和使用者之間交流的橋梁。</p><p>　　三、機(jī)械工程控制論的研究對象與任務(wù) </p><p>　　機(jī)械工程控制論的研究對象是機(jī)械工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動力學(xué)問題。具體地講，機(jī)械控制路是研究系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動態(tài)關(guān)系，也就是研究機(jī)械工程廣義系統(tǒng)在一定的外界條件下，從系

7、統(tǒng)的一定初始條件出發(fā)，所經(jīng)歷有內(nèi)部的固有屬性所決定的整個動態(tài)歷程。就系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間動態(tài)關(guān)系而言，機(jī)械工程控制論的任務(wù)主要研究一下幾方面的為題： </p><p>　　（1）當(dāng)系統(tǒng)已定，輸入已知時，求出系統(tǒng)的輸出（響應(yīng)），并通過輸出來研究系統(tǒng)本身的有關(guān)為題，稱系統(tǒng)分析。 </p><p>　　（2）當(dāng)系統(tǒng)已定，系統(tǒng)的輸出也已給定是，要確定系統(tǒng)的輸出盡可能符合給

8、定的最佳要求，稱系統(tǒng)的最優(yōu)控制。 </p><p>　?。?）當(dāng)輸入已知輸出也一給定時，要確定系統(tǒng)，使其可能符合給定的最佳要求，稱最優(yōu)設(shè)計。 </p><p>　?。?）當(dāng)輸入和輸出均已知時，求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，即建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，稱系統(tǒng)的便是或系統(tǒng)識別。 </p><p>　　（5）當(dāng)系統(tǒng)已定輸出已知時，要識別輸出輸出輸入的有關(guān)信息，

9、成濾波與預(yù)測。</p><p>　　四、控制系統(tǒng)的工作原理與組成 </p><p>　　所謂控制系統(tǒng)，是指系統(tǒng)的輸出能按照要求的參考輸入或控制輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的工作原理可以歸納如下： </p><p>　?。?） 檢測被控量或輸出量的實(shí)際值。 </p><p>　　（2） 將實(shí)際值

10、與給定值進(jìn)行比較得出的偏差值。 </p><p>　?。?） 用片擦偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差。 </p><p>　　控制系統(tǒng)分為閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)一般由給定元件、反饋元件、比較元件、放大元件、執(zhí)行元件及矯正元件等單元組成。當(dāng)一個系統(tǒng)沒有反饋回路時，稱之為開環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)較閉環(huán)系統(tǒng)簡單，其系統(tǒng)組成沒有反饋元件和比較元件。<

11、/p><p><b>　　五、系統(tǒng)分析及過程</b></p><p>　　（1）系統(tǒng)分析?？刂葡到y(tǒng)工具箱不僅支持對單輸入單輸出系統(tǒng)的分析，也支持對多輸入所輸出系統(tǒng)的分析。系統(tǒng)的頻率特性，可支持系統(tǒng)的Bode圖、Nyquist圖和Nichols圖的計算和繪制。對系統(tǒng)的時域響應(yīng)，可支持對系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)、單位脈沖響應(yīng)、零輸入響應(yīng)，以及更廣泛的對任意輸入信號的響應(yīng)進(jìn)行分析和仿

12、真。 </p><p>　?。?）系統(tǒng)設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)工具箱可計算系統(tǒng)的各種特性，如可控和可觀Gramian矩陣、系統(tǒng)的可控和可觀矩陣、傳遞函數(shù)零極點(diǎn)；頻域特性如穩(wěn)態(tài)裕度、阻尼系數(shù)，以及根軌跡的增益選擇等。可支持系統(tǒng)的可控、可觀標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)、均衡實(shí)現(xiàn)、降價實(shí)現(xiàn)以及輸入延時的Pade估計?？蛇M(jìn)行系統(tǒng)的極點(diǎn)配置，觀測器設(shè)計以及LQ和LQG最優(yōu)控制等。 </p><p>　　（3

13、）用MATLAB分析時間響應(yīng) </p><p>　　在MATLAB中可以用impulse函數(shù)、step函數(shù)和lsim函數(shù)對線性連續(xù)系統(tǒng)的時間相應(yīng)進(jìn)行仿真計算。在求出系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)后，根據(jù)系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)的定義，可以得到系統(tǒng)的上升時間、峰值時間、最大超調(diào)量和調(diào)整時間等性能指標(biāo)。 </p><p>　?。?）利用MATLAB分析頻率特性 </p>

14、<p>　　Nyquist圖和Bode圖是系統(tǒng)頻率特性的兩種重要的圖形表達(dá)形式，也是對系統(tǒng)進(jìn)行頻率進(jìn)行特性分析的的重要方法。無論是Nyquist圖還是Bode圖，都非常適用于用計算機(jī)進(jìn)行繪制。MATLAB提供了繪制系統(tǒng)那個的頻率特性極坐標(biāo)的圖的nyquist函數(shù)和繪制對數(shù)坐標(biāo)的bode函數(shù)，通過這些函數(shù)，不僅可以得到系統(tǒng)的頻率特性圖，而且還可以通過計算得到系統(tǒng)的頻域特征量。 </p><p>

15、;　　（5）利用MATLAB分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性 </p><p>　　在MATLAB中，如果已知系統(tǒng)的特征方程，極易求出系統(tǒng)的特征根。根據(jù)特征根的分布情況，判定系統(tǒng)是否穩(wěn)定。另外，在MATLAB中還提供了直接求解系統(tǒng)幅值裕度和相位裕度的函數(shù)，通過這些函數(shù)可以直接分析函數(shù)是否穩(wěn)定以及系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。 </p><p>　?。?）利用MATLAB設(shè)計系統(tǒng)校正 &l

16、t;/p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計校正的方法是基于Bode圖的頻率分析法。 3.6利用MATLAB繪制相軌跡 </p><p>　　繪制系統(tǒng)的相軌跡圖的關(guān)鍵在于如何求系統(tǒng)微分方程在一定條件下的數(shù)值解。而用MATLAB求微分方程數(shù)值解非常簡單。 </p><p>　?。?）利用MATLAB分析線性離散系統(tǒng) </p><

17、;p>　　與可用于線性連續(xù)系統(tǒng)函數(shù)分析相對應(yīng)，MATLAB提供了用于線性離散系統(tǒng)分析的和設(shè)計的函數(shù)。 </p><p><b>　　六、計算過程</b></p><p>　　（1）電路系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的電路圖</p><p>　?。?）根據(jù)電學(xué)定律得</p><p><b>　?。?）拉氏變換得&

18、lt;/b></p><p>　?。?）從上邊各拉氏變換函數(shù)中消除中間變量，最后得出</p><p><b>　　（5）方塊圖</b></p><p><b>　　七、操作過程</b></p><p><b>　?。?）系統(tǒng)公式顯示</b></p><

19、p>　　1、改名、截圖，形成圖片。</p><p>　　2、放置軸控件，并調(diào)節(jié)其大小和設(shè)定參數(shù)。</p><p>　　3、編輯程序，使圖片在所設(shè)置的軸中顯示。</p><p>　　function ***OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)</p><p>　　axes(ha

20、ndles.axes1)</p><p>　　photo1=imread('line.bmp');</p><p>　　imshow(photo2);</p><p>　　（2）描述系統(tǒng)（彈出窗口）</p><p>　　1、放置按鈕，并調(diào)節(jié)其大小和設(shè)定參數(shù)。</p><p>　　2、布置彈出窗口在彈出的

21、窗口設(shè)定“關(guān)閉”按鈕。</p><p>　　3、編輯程序，彈出窗口，并在窗口中顯示需要內(nèi)容。</p><p><b>　　1、%關(guān)閉所有窗口</b></p><p><b>　　close all</b></p><p>　　2、%打開并運(yùn)行新窗口</p><p>　　run

22、 彈出窗口的文件名</p><p><b>　?。?）輸入k值</b></p><p>　　1、放置靜態(tài)文本，并調(diào)節(jié)其大小和設(shè)定參數(shù)。</p><p>　　2、放置可編輯文本，并調(diào)節(jié)其大小和設(shè)定參數(shù)。</p><p><b>　　（4）運(yùn)行按鈕</b></p><p>　　1

23、、放置“運(yùn)行”按鈕，并調(diào)節(jié)其大小和設(shè)定參數(shù)。</p><p>　　2、編輯程序，調(diào)用“可編輯文本”中的k值</p><p>　　a=get(handles.edit1,’string’); %將輸入的k賦值給a</p><p>　　a=str2num(a);%將a轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)</p><p>　　3、運(yùn)算程序，將圖形顯示在安排的坐標(biāo)框內(nèi)。<

24、;/p><p>　　num=[*,*,*];</p><p>　　den=[*,*,*];</p><p>　　axes(handles.axes1);</p><p>　　bode(num,den);</p><p><b>　　hold on</b></p><p><

25、;b>　　grid off</b></p><p><b>　　八、心得體會</b></p><p><b>　　九、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.祝守新.邢英杰.韓連英.機(jī)械工程控制基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社 ；2013.12</p><p>　　2.楊咸啟.工程控制