控制系統(tǒng)計算機仿真大論文

1、<p>　　控制系統(tǒng)計算機仿真大論文</p><p>　　課程目標1：理解自動控制系統(tǒng)的概念及其在自動化工程中的體現(xiàn)，能對自動化復雜控制系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析，時域分析，根軌跡法及頻域分析，并能針對復雜的自動化系統(tǒng)進行建模和控制算法設計。（對應畢業(yè)要求指標點1.5）</p><p>　　課程目標2：理解自動控制原理及現(xiàn)代控制理論等理論基礎，能夠根據(jù)控制對象特征，選擇合適的控制系統(tǒng)校正

2、方法，并進行有效的系統(tǒng)設計。（對應畢業(yè)要求指標點4.2）</p><p>　　課程目標3：掌握MATLAB軟件中關于控制系統(tǒng)建模和控制算法設計的相關操作，能夠根據(jù)需要完成程序編譯及控制效果圖的展示，能夠進行正確的實驗數(shù)據(jù)處理和分析，并對實驗結果進行分析和解釋，獲得控制系統(tǒng)參數(shù)如何影響其控制性能等的有效結論。（對應畢業(yè)要求指標點4.4）</p><p>　　課程目標4：掌握控制科學的仿真軟件

3、MATLAB的基本操作，能針對復雜的自動化系統(tǒng)進行建模，實現(xiàn)各種模型之間的轉(zhuǎn)換及模型連接，掌握系統(tǒng)預測與模擬仿真方法。（對應畢業(yè)要求指標點5.1）</p><p>　　課程目標5： 理解復雜控制系統(tǒng)模擬仿真與預測方法的局限性。（對應畢業(yè)要求指標點5.2）</p><p>　　課程目標6：針對自動化復雜工程的控制問題，能提出串級控制、前饋控制、反饋速度控制等多種解決方案，并確定滿足性能指標要

4、求的控制器設計，能在MATLAB軟件中建立合理的控制算法，完成控制器的設計和仿真分析。（對應畢業(yè)要求指標點5.3）</p><p>　　姓名： 學號：</p><p>　　班級： 序號：</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1、M

5、ATLAB軟件在控制系統(tǒng)仿真中的應用現(xiàn)狀及其發(fā)展前景1</p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　ABSTRACT2</p><p>　　1.1、MATLAB簡介3</p><p>　　1.2、Simulink簡介4</p><p>　　2、復雜控制系統(tǒng)穩(wěn)定性

6、、時域分析、根軌跡題5</p><p>　　2.1題目：汽車速度控制系統(tǒng)的根軌跡分析5</p><p>　　2.1.2、汽車速度控制系統(tǒng)數(shù)學模型的建立5</p><p>　　2.1.2、設計要求6</p><p>　　2.1.3、請依次求解6</p><p>　　2.2、汽車速度控制系統(tǒng)題目解答7</

7、p><p>　　2.2.1、三階系統(tǒng)的根軌跡圖7</p><p>　　2.2.2、滿足上述條件的系統(tǒng)穩(wěn)定的Ka的值7</p><p>　　2.2.3、三階系統(tǒng)的時域性能指標8</p><p>　　3、復雜控制系統(tǒng)校正題10</p><p>　　3.1、題目：直流電機繞線系統(tǒng)控制10</p><

8、;p>　　3.1.1、對象介紹10</p><p>　　3.1.2、控制目標設定11</p><p>　　3.1.3、建立系統(tǒng)傳遞函數(shù)11</p><p>　　3.1.4、設計要求11</p><p>　　3.1.5、請依次求解12</p><p>　　3.2、直流電機繞線系統(tǒng)控制題目解答12<

9、/p><p>　　3.2.1、總體設計框圖12</p><p>　　3.2.2、原系統(tǒng)的相角裕度和幅值裕度16</p><p>　　3.2.4、判定穩(wěn)定性17</p><p>　　3.2.5、滯后-超前校正裝置20</p><p>　　4、心得體會28</p><p><b>

10、　　參考文獻29</b></p><p>　　小論文題目： MATLAB軟件在控制系統(tǒng)仿真中的應用現(xiàn)狀及其發(fā)展前景（不少于1500字）</p><p>　　小論文包括：中文摘要、關鍵詞、英文摘要、英文關鍵詞、正文。</p><p>　　MATLAB軟件在控制系統(tǒng)仿真中的應用現(xiàn)狀及其發(fā)展前景</p><p><b>　　

11、摘 要</b></p><p>　　MATLAB是MathWorks公司于1984年推出的一種以矩陣運算為基礎的交互式程序語言，可用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境。Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，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)的仿真結果。</p>

12、<p>　　關鍵詞：MATLAB Simulink 控制系統(tǒng) 仿真 系統(tǒng)模型</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　MATLAB is an interactive programming language for matrix computation based on the MathWorks company lau

13、nched in 1984, can be used for the senior technical calculation algorithm development, data visualization, data analysis and numerical computing language and interactive environment. Simulink provides a building block di

14、agram model of the graphical user interface, the process of creating just click and drag the mouse operation can be completed, it provides a convenient and straightforward way, </p><p>　　Keywords：MATLA Simul

15、ink Control system simulation system mode</p><p>　　隨著現(xiàn)在國家推行建設應用型本科大學服務地方的要求，現(xiàn)在各高校理論課程及課時嚴重削減，很多數(shù)學知識比如復變函數(shù)等都取消了，高等數(shù)學也只是上了基礎部分，最直接的后果就是導致工科的專業(yè)課很難以過去傳統(tǒng)的教學方法進行下去，其中控制工程基礎就是一門影響比較嚴重的課程，針對這種情況，在教學中引入MATLAB，配合其強大的數(shù)

16、值計算能力、繪圖及建模仿真，以彌補這一缺陷，同時使抽象的課程形象化，培養(yǎng)學生的計算機及自學能力，對學生后續(xù)課程的學習也有很大的幫助。</p><p>　　眾所周知，一個系統(tǒng)的好壞要根據(jù)這個系統(tǒng)是否穩(wěn)定來判斷，因而穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)能否正常工作的首要條件，所以在進行控制系統(tǒng)的設計時首先判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而在自動控制理論的學習過程中，對判別穩(wěn)定性一般采用勞斯穩(wěn)定判據(jù)的計算來判別。對于低階或是不復雜的系統(tǒng)判斷起來很簡單，

17、但是對于高階系統(tǒng)，按這樣的方法計算過程繁瑣且復雜，很容易出錯。運用MATLAB來判斷穩(wěn)定性不僅減少了計算量，而且準確。</p><p>　　由于MATLAB的使用極其容易，不要求使用者具備高深的數(shù)學與程序語言的知識，不需要使用者深刻了解算法與編程技巧，且提供了豐富的矩陣處理功能，所以受到了廣大學生和科研工作者的青睞。使用MATLAB對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法是：以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎，使用MATLAB

18、的Simulink工具箱對其進行計算機仿真研究。</p><p>　　1.1、MATLAB簡介</p><p>　　MATLAB是MathWorks公司于1984年推出的一種以矩陣運算為基礎的交互式程序語言，可用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境。MATLAB與MATHEMATICA、MAPLE并稱為數(shù)學領域的三大軟件，其中MATLAB在數(shù)值計算方面

19、以及工業(yè)和科研領域中的普及程度均首屈一指。目前國內(nèi)眾多高校均初步把MATLAB作為控制工程基礎教學的基本工具，通過MATLAB的框圖構造使學生能很快地從復雜的結構框圖中理清頭緒，并了解系統(tǒng)的有關結構參數(shù)與系統(tǒng)特征的相互關系。</p><p>　　MATLAB語言規(guī)則簡單，同時提供了數(shù)以千記的計算函數(shù)，對控制系統(tǒng)的數(shù)學模型的建立及分析在控制系統(tǒng)的研究中有著相當重要的作用。因為要對系統(tǒng)進行仿真處理，首先應當知道系統(tǒng)的

20、數(shù)學模型，然后才可以對系統(tǒng)進行模擬。同樣，如果知道了系統(tǒng)的模型，才可以在此基礎上設計一個合適的控制器，使得系統(tǒng)響應達到預期的效果，從而符合工程實際的需要。MATLAB軟件的應用，學生感覺在解決了煩人的數(shù)學問題后，其實控制工程基礎是一門很有意思也很有用的課程，尤其是學校組建了自動化大賽的隊伍，在準備比賽提案撰寫中，也充分發(fā)揮了MATLAB軟件功能，提高了學生的學習興趣及科研、動手的能力。</p><p>　　MAT

21、LAB不僅有著豐富的庫函數(shù)，在進行復雜的數(shù)學運算時可以直接調(diào)用。而且用戶還可以根據(jù)需要方便地編寫和擴充新的函數(shù)庫。通過混合編程用戶可以方便地在MATLAB環(huán)境中調(diào)用其他用Fortran或者C語言編寫的代碼，也可以在C語言或者Fortran語言程序中調(diào)用MATLAB計算引擎來執(zhí)行MATLAB代碼</p><p>　　1.2、Simulink簡介</p><p>　　Simulink是MATL

22、AB中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，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)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完

23、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)的仿真結果。其實，從很多實例分析就可以看出MATLAB的功能之強大，應用范圍之廣。相信，在不久的將來，MATLAB在自動控制系統(tǒng)的應用中會更加廣泛。</p><p>　　綜上所述，MATLAB是一種基于矩陣運算、具有強大的數(shù)值運算和數(shù)據(jù)處理功能的高級編程語言，廣泛應用于信號分析、語音分析、優(yōu)化設計等領域，在復雜算法方面表現(xiàn)出其他語言難以比擬的優(yōu)勢，目

24、前已成為國際上最為流行的軟件之一。</p><p>　　復雜控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、時域分析、根軌跡題</p><p>　　復雜控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、時域分析、根軌跡題</p><p>　　2.1題目：汽車速度控制系統(tǒng)的根軌跡分析</p><p>　　汽車測速是生活中經(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。整個系統(tǒng)可

25、以模擬成一個單輸入單輸出的控制過程，主要是要確定汽車的運行軌跡，運用根軌跡法可以很好的分析速度控制系統(tǒng)</p><p>　　2.1.2、汽車速度控制系統(tǒng)數(shù)學模型的建立</p><p>　　汽車速度控制系統(tǒng)主要是通過兩車的速度檢查和相對距離的檢查，通過數(shù)字通信送到計算機進行計算是否滿足兩車之間的安全距離，再通過車內(nèi)的控制設備對汽車的速度進行調(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

26、制系統(tǒng)的實物簡圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1汽車速度控制系統(tǒng)實物簡圖</p><p>　　Figure 2.1 vehicle speed control system physical diagram</p><p>　　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距離檢查裝置采集的信號都無衰減，我們可將

27、汽車測速控制系統(tǒng)模擬為但輸入但輸出的系統(tǒng)，其結構圖簡化為圖4，其中輸入 汽車的相對速度，輸出 為兩車之間的安全距離。</p><p>　　圖2.2 汽車速度控制系統(tǒng)結構框圖</p><p>　　Figure 2.2 vehicle speed control block diagram of the system</p><p>　　由圖2.2可計算得到汽車速度控制

28、系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p>　　2.1.2、設計要求</p><p>　　在已知的根軌跡上選取最佳阻尼系數(shù)，對系統(tǒng)性能進行分析,保證汽車速度控制系統(tǒng)的控制目標：</p><p>　　指標1：階躍響應的超調(diào)量</p><p>　　指標2：階躍響應調(diào)節(jié)時間</p><p>　　2.1.3、請依次求解</p&

29、gt;<p>　　1請繪制三階系統(tǒng)的根軌跡圖</p><p>　　2請確定滿足上述條件的系統(tǒng)穩(wěn)定的Ka的值</p><p>　　3請計算出在滿足3.2條件下的三階系統(tǒng)的時域性能指標</p><p>　　2.2、汽車速度控制系統(tǒng)題目解答</p><p>　　2.2.1、三階系統(tǒng)的根軌跡圖</p><p>　

30、　程序如下（2.1）：</p><p><b>　　num=[1];</b></p><p>　　den=[0.2 1.4 2 0];</p><p>　　rlocus(num,den)</p><p><b>　　grid on</b></p><p>　　圖2.3三階系統(tǒng)

31、的根軌跡圖</p><p>　　2.2.2、滿足上述條件的系統(tǒng)穩(wěn)定的Ka的值</p><p>　　根據(jù)根軌跡可以得到： 0<Ka<13.9</p><p>　　程序如下(2.2):</p><p><b>　　num=[1];</b></p><p>　　den=[0.2 1.4 2

32、 0];</p><p>　　sys=tf(num,den);</p><p><b>　　z=0.707;</b></p><p><b>　　w=[];</b></p><p>　　rlocus(sys)</p><p><b>　　grid on</b&

33、gt;</p><p>　　sgrid(z,w)</p><p>　　圖2.4三階系統(tǒng)的根軌跡圖</p><p>　　根據(jù)最佳阻尼比由圖可得：Ka=1.4</p><p>　　2.2.3、三階系統(tǒng)的時域性能指標</p><p>　　程序如下（2.3）：</p><p>　　num=[1.4];&

34、lt;/p><p>　　den=[0.2 1.4 2 0];</p><p>　　G=tf(num,den)</p><p>　　G1=feedback(G,1)</p><p><b>　　step(G1)</b></p><p><b>　　grid on</b></p

35、><p>　　圖2.5Ka=3時的三階系統(tǒng)的單位階躍響應曲線</p><p>　　階躍響應系能指標： 上升時間tr =3.13s</p><p>　　峰值時間tp =4.03s</p><p>　　調(diào)節(jié)時間ts =6.02s</p><p>　　峰值幅值h（tp）=1.04</p><p>　　

36、穩(wěn)態(tài)值： h(∞)= 1</p><p><b>　　超調(diào)量： </b></p><p>　　三、 復雜控制系統(tǒng)校正題</p><p><b>　　復雜控制系統(tǒng)校正題</b></p><p>　　3.1、題目：直流電機繞線系統(tǒng)控制</p><p>　　3.1.1、對象

37、介紹</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中，很多工廠都因為變壓器線圈繞的圈數(shù)對精確或者不夠緊密而影響生產(chǎn)質(zhì)量，因此發(fā)明了直流電機轉(zhuǎn)子繞線控制系統(tǒng)來為生產(chǎn)減輕負擔。但是電機轉(zhuǎn)子繞線系統(tǒng)他有一個特點，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。因此我們在此需要研究電機繞線系統(tǒng)的特性，其物理機制與控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性密切相關。它反應了控制系統(tǒng)中一種基本現(xiàn)象，即一個平常的不穩(wěn)定被控對象，經(jīng)過一定的控制手段，就可以讓系統(tǒng)達到

38、很好的穩(wěn)定性?？梢?，直流電機繞線系統(tǒng)控制問題的研究和實現(xiàn)不僅具有深刻的理論意義，還具有重要的工程背景。</p><p>　　直流電機繞線控制系統(tǒng)的輸入值為給定直流電機一個初始轉(zhuǎn)速，然后控制器驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動，帶到纏繞環(huán)勻速上下移動，然后轉(zhuǎn)速測量儀把輸出的直流電機的轉(zhuǎn)速測量值反饋給比較器和輸入值進行比較，經(jīng)過計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)動直流電機進行轉(zhuǎn)速調(diào)整，以正確控制纏繞環(huán)的正常運轉(zhuǎn)。系統(tǒng)

39、的繞線轉(zhuǎn)子因為是要在繞線的過程中逐漸增加系統(tǒng)負載的，一般的設備不能承擔變壓器線圈的重量，所以在這里采用氣壓夾緊設備來固定轉(zhuǎn)動的繞線轉(zhuǎn)子，繞線轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動這里利用步進電機進行控制，步進電機的特點就是在非超載情況下電機的轉(zhuǎn)速和停止，根脈沖的頻率和脈沖數(shù)有關，它不受負載影響，所以步進電機工作性能是很穩(wěn)定的，在這里只要直流電機的轉(zhuǎn)速和步進電機轉(zhuǎn)速合適，系統(tǒng)的控制就能夠達到穩(wěn)定的效果。直流電機轉(zhuǎn)子繞線控制系統(tǒng)結構框圖如圖3.1所示。</p&g

40、t;<p>　　圖3.1 直流電機繞線系統(tǒng)圖</p><p>　　設備組成：直流電機，步進電機，轉(zhuǎn)子，氣動夾設備，繞線環(huán)，控制器，測速儀等。</p><p>　　3.1.2、控制目標設定</p><p>　　直流電機繞線控制系統(tǒng)，當電機系統(tǒng)遇到電流的波動等因素，能夠使電機轉(zhuǎn)速能夠快速的達到一個新的平衡位置(這里的輸入值 為給定直流電機一個初始電壓，系統(tǒng)

41、測量值 也是直流電機電壓)，并且在有較大的隨機擾動情況下其電機的轉(zhuǎn)速一直能夠保持在期望的平衡位置。因為我們要保證直流電機在擾動作用下最終能穩(wěn)定在新的轉(zhuǎn)速平衡位置上，因此其穩(wěn)態(tài)誤差 必須非常小甚至為零，這樣才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定。我們要保證系統(tǒng)穩(wěn)定，首先需要用頻域分析方法分析系統(tǒng)是否穩(wěn)定（在這里選用Nyquist穩(wěn)定判據(jù)更為方便快捷），才能進一步對不穩(wěn)定系統(tǒng)設計校正器對系統(tǒng)進行校正。</p><p>　　3.1.3、建立

42、系統(tǒng)傳遞函數(shù)</p><p>　　根據(jù)直流電機轉(zhuǎn)子繞線系統(tǒng)組成框圖，這里先假設系統(tǒng)控制器 ，可以建立可以寫出直流電機繞線轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，即</p><p>　　其中 為直流電機的期望電壓值， 為直流電機的輸出電壓值。</p><p>　　3.1.4、設計要求</p><p><b>　　指標設定具體要求</b>&

43、lt;/p><p>　　指標要求1：階躍響應的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差小于10%，靜態(tài)速度誤差系統(tǒng)；</p><p>　　指標要求2：系統(tǒng)在階躍輸入信號下的超調(diào)量小于；</p><p>　　指標要求3：系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間()。</p><p>　　3.1.5、請依次求解</p><p>　　1請確定滿足指標要求1的K的取值</p&g

44、t;<p>　　2繪制在3.1條件下的Nyquist和Bode圖，及其形成單位負反饋系統(tǒng)下的原系統(tǒng)的階躍響應曲線</p><p>　　3請計算滿足3.1條件下的原系統(tǒng)的相角裕度和幅值裕度</p><p>　　4判斷原系統(tǒng)的穩(wěn)定性</p><p>　　5請設計滯后-超前校正裝置，使校正后的系統(tǒng)滿足指標2和指標3的要求。</p><p&

45、gt;　　3.2、直流電機繞線系統(tǒng)控制題目解答</p><p>　　直流電機繞線系統(tǒng)控制的開環(huán)傳遞函數(shù)</p><p><b>　　設計步驟</b></p><p>　　3.2.1、總體設計框圖</p><p>　　圖3.2 總體設計框圖</p><p><b>　　開環(huán)傳遞函數(shù)為：&l

46、t;/b></p><p>　　傳遞函數(shù)化簡成標準形式為：</p><p>　　由計算得：K/20=25；K=500</p><p>　　Nyquist和Bode圖以及原系統(tǒng)的階躍響應曲線</p><p><b>　　程序（3.1）</b></p><p>　　num = 500;</

47、p><p>　　den = conv(conv([1 0],[1,2]),[1 10]);</p><p>　　sys = tf(num,den)</p><p>　　sys1=feedback(sys,1)</p><p>　　figure(1);nyquist(sys)</p><p><b>　　grid

48、on </b></p><p>　　figure(2);bode(sys)</p><p><b>　　grid on </b></p><p>　　figure(3);step(sys1)</p><p><b>　　grid on </b></p><p>&

49、lt;b>　　sys =</b></p><p><b>　　500</b></p><p>　　-------------------</p><p>　　s^3 + 12 s^2 + 20 s</p><p>　　Continuous-time transfer function.</p>

50、;<p><b>　　sys1 =</b></p><p><b>　　500</b></p><p>　　-------------------------</p><p>　　s^3 + 12 s^2 + 20 s + 500</p><p>　　Continuous-time t

51、ransfer function.</p><p>　　圖3.3 原系統(tǒng)的Nyquist圖</p><p>　　圖3.4 原系統(tǒng)的Bode圖</p><p>　　圖3.5 原系統(tǒng)的階躍響應曲線圖</p><p>　　3.2.2、原系統(tǒng)的相角裕度和幅值裕度</p><p><b>　　程序（3.2）</b

52、></p><p>　　num = 500;</p><p>　　den = conv(conv([1 0],[1,2]),[1 10]);</p><p>　　sys = tf(num,den)</p><p>　　margin(sys)</p><p><b>　　sys =</b>&l

53、t;/p><p><b>　　500</b></p><p>　　-------------------</p><p>　　s^3 + 12 s^2 + 20 s</p><p>　　Continuous-time transfer function.</p><p>　　圖3.6 原系統(tǒng)Bode圖

54、</p><p>　　仿真結果為Gm=-6.38dB Pm=-14.9deg</p><p>　　3.2.4、判定穩(wěn)定性</p><p>　?。?）、根據(jù)系統(tǒng)Bode圖計算出相角穩(wěn)定裕度γ>0,閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定,否則系統(tǒng)不穩(wěn)定。利用Matlab函數(shù)margin()來繪制Bode圖和計算頻域指標。</p><p>　　系統(tǒng)程序如下（3.3）

55、：</p><p><b>　　num = 25;</b></p><p>　　den = conv([0.5,1,0],[0.1,1]);</p><p>　　sys = tf(num,den)</p><p>　　[Gm,Pm,Wcp,Wcg]=margin(sys)</p><p>　　ma

56、rgin(sys)</p><p><b>　　執(zhí)行結果如圖3.7</b></p><p>　　圖3.7 原系統(tǒng)Bode圖</p><p>　　圖中相角穩(wěn)定裕度：γ=-14.9°<0。由此可見系統(tǒng)閉環(huán)不穩(wěn)定。</p><p>　?。?）、根據(jù)特征根判定系統(tǒng)穩(wěn)定</p><p>　　

57、程序如下（3.4）：</p><p>　　num = 500;</p><p>　　den = conv(conv([1 0],[1,2]),[1 10]);</p><p>　　[num,den]=cloop(num,den) </p><p>　　[z,p]=tf2zp(num,den) </p><p&g

58、t;　　i=find(real(p)>0) </p><p>　　n=length(i) </p><p>　　if(n>0) </p><p>　　disp('system is unstable'); </p><p>　　else &

59、lt;/p><p>　　disp('system is stable'); </p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　執(zhí)行結果：</b></p><p><b>　　num =</b></p><p>　

60、　0 0 0 500</p><p><b>　　den =</b></p><p>　　1 12 20 500</p><p><b>　　z =</b></p><p>　　Empty matrix: 0-by-1</p><p>&l

61、t;b>　　p =</b></p><p>　　-13.3174 + 0.0000i</p><p>　　0.6587 + 6.0919i</p><p>　　0.6587 - 6.0919i</p><p><b>　　i =</b></p><p><b>　　2&

62、lt;/b></p><p><b>　　3</b></p><p><b>　　n =</b></p><p><b>　　2</b></p><p>　　system is unstable</p><p>　　由此可見系統(tǒng)閉環(huán)不穩(wěn)定。<

63、/p><p>　　3.2.5、滯后-超前校正裝置</p><p>　　（1）、串聯(lián)滯后校正的網(wǎng)絡函數(shù)</p><p>　　用MATLAB編寫的求滯后校正的程序代碼如下（3.5）：</p><p><b>　　num=500;</b></p><p>　　den=conv(conv([1 0],[1 2

64、]),[1 10]); </p><p>　　sys=tf(num,den);</p><p>　　[mag,phase,w]=bode(sys);</p><p>　　Mag=20*log10(mag);</p><p><b>　　Pm=-14.9;</b></p><p>　　Pm

65、1=Pm+80;</p><p>　　Qm=Pm1*pi/180;</p><p>　　b=(1-sin(Qm))/(1+sin(Qm));</p><p>　　Lcdb=-20*log10(b);</p><p>　　wc=spline(Mag,w,Lcdb);</p><p>　　T=10/(wc*b);</

66、p><p><b>　　Tz=b*T;</b></p><p>　　Gc=tf([Tz 1],[T 1])</p><p><b>　　Gc =</b></p><p>　　9.357 s + 1</p><p>　　-----------</p><p>

67、;<b>　　192 s + 1</b></p><p>　　Continuous-time transfer function.</p><p><b>　　所以到結果為</b></p><p>　　使用MATLAB檢驗是否符合要求，程序代碼為（3.6）：</p><p>　　num1 = 500

68、;</p><p>　　den1=conv(conv([1 0],[1 2]),[1 10]); </p><p>　　sys1=tf(num1,den1);</p><p>　　num2=[9.357 1];</p><p>　　den2=[192 1];</p><p>　　sys2=tf(num2,

69、den2);</p><p>　　sys=sys1*sys2;</p><p>　　[mag,phase,w]=bode(sys);</p><p>　　margin(sys)</p><p><b>　　grid on</b></p><p>　　圖3.8 校正后的系統(tǒng)Bode圖</p&g

70、t;<p>　　MATLAB仿真結果為： Gm=19.3dB Pm=50.3deg （符合設計要求）</p><p>　?。?）、用MATLAB畫校正前后的軌跡</p><p><b>　　①校正前的根軌跡</b></p><p>　　由于系統(tǒng)未校正前的開環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p>

71、　　使用MATLAB畫根軌跡代碼如下（3.7）：</p><p><b>　　num=500</b></p><p>　　den=conv(conv([1 0],[1 2]),[1 10])</p><p>　　rlocus(num,den)</p><p><b>　　grid on</b><

72、;/p><p>　　圖3.9 校正前系統(tǒng)根軌跡圖</p><p><b>　?、谛Ｕ蟮母壽E</b></p><p>　　系統(tǒng)校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p>　　使用MATLAB畫根軌跡代碼如下（3.8）：</p><p>　　num=500*[9.357 1];</p>&

73、lt;p>　　den=conv(conv([1 10],[192 1]),[1 2 0]);</p><p>　　rlocus(num,den)</p><p><b>　　grid on</b></p><p>　　圖3.10 校正前系統(tǒng)根軌跡圖</p><p>　?。?）用MATLAB對校正前后的系統(tǒng)進行仿真分

74、析</p><p>　　系統(tǒng)未校正前的開環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p>　　單位負反饋閉環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p>　　使用MATLAB求校正前系統(tǒng)單位階躍響應的性能指標代碼如下（3.9）：</p><p><b>　　num=500;</b></p><p>　　den=[1,12,20,5

75、00];</p><p>　　t=0:0.01:20</p><p>　　step(num,den,t)</p><p>　　[y,x,t]=step(num,den,t)</p><p>　　maxy=max(y)</p><p>　　yss=y(length(t))</p><p>　　po

76、s=100*(maxy-yss)/yss</p><p>　　for i=1:2001</p><p>　　if y(i)==maxy</p><p><b>　　n=i;end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　tp=(n-1)*0.0

77、1</p><p>　　y1=1.05*yss</p><p>　　y2=0.95*yss</p><p><b>　　i=2001</b></p><p><b>　　while i>0</b></p><p><b>　　i=i-1</b>&l

78、t;/p><p>　　if y(i)>=y1|y(i)<=y2;m=i;break</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　圖3.11 校正前單位階躍響應曲線圖</p><p><b>　　

79、系統(tǒng)能穩(wěn)定</b></p><p>　　使用MATLAB求校正前系統(tǒng)單位階躍響應的性能指標代碼如下（3.10）：</p><p><b>　　num=500;</b></p><p>　　den=[1,12,20,500];</p><p>　　s1=tf(num,den);</p><p

80、>　　Lsys=tf(num,den);</p><p>　　[y,t,x]=step(Lsys);</p><p><b>　　plot(t,y)</b></p><p><b>　　grid on;</b></p><p>　　圖3.12 校正前的單位階躍響應曲線</p>&

81、lt;p>　　階躍響應系能指標： 上升時間tr = 0.229s</p><p>　　峰值時間tp =0.558s</p><p>　　調(diào)節(jié)時間ts =12.8s</p><p>　　峰值幅值h（tp）=1.79</p><p>　　穩(wěn)態(tài)值 h(∞)= 1</p><p><b>　　超調(diào)量

82、 </b></p><p><b>　　=79</b></p><p><b>　?、谛Ｕ笙到y(tǒng)</b></p><p>　　系統(tǒng)校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p>　　單位負反饋閉環(huán)傳遞函數(shù)為:</p><p>　　使用MATLAB求校正后系統(tǒng)單位階躍響應

83、的性能指標代，代碼如下（3.11）：</p><p>　　num=500*[9.357,1]</p><p>　　den=[192,2204,6610,4890,500]</p><p>　　s1=tf(num,den);</p><p>　　Lsys=tf(num,den);</p><p>　　[y,t,x]=st

84、ep(Lsys);</p><p><b>　　plot(t,y)</b></p><p><b>　　grid on</b></p><p>　　圖3.13 校正后的單位階躍響應曲線</p><p>　　階躍響應系能指標： 上升時間tr = 2.49s</p><p>

85、　　峰值時間tp =5.13s</p><p>　　調(diào)節(jié)時間ts =14s</p><p>　　峰值幅值h（tp）=1.072</p><p>　　穩(wěn)態(tài)值 h(∞)= 1</p><p><b>　　超調(diào)量： </b></p><p><b>　　心得體會</b>&l

86、t;/p><p>　　首先通過這次大作業(yè)，我明白了滯后網(wǎng)絡進行串聯(lián)校正控制的基本原理。主要是利用滯后網(wǎng)絡的高頻幅值衰減特性，使已校正的系統(tǒng)截止頻率下降，從而使系統(tǒng)獲得足夠的相角裕度，即利用系統(tǒng)本身的能力，這是與超前校正截然不同的。而且，滯后網(wǎng)絡的最大滯后角應力求避免發(fā)生在系統(tǒng)截止頻率附近。不僅如此，我還了解了各種校正方式的特點與優(yōu)缺點</p><p>　　同時我也意識到自動控制原理的學習，不是

87、僅僅局限于學習課本上的一些理論知識，更重要的是將理論靈活并且變換的運用到實際中，這樣才能學有所用，作為新一代的大學生，我們決不能走入死讀書的歧途，而學校組織學生進行大作業(yè)，旨在加強學生的實際運用能力，將課本知識與實際聯(lián)系起來，更好的加深對理論的掌握和運用。大作業(yè)是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發(fā)展的日新日異，自動化控制已經(jīng)成為當今計

88、算機應用中空前活躍的領域，在生活中可以說得是無處不在。</p><p>　　其次通過起此次大作業(yè)，不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</p><p>　　總之，在這次大

89、作業(yè)過程中，我既學習到了自動控制原理的知識，又學到了許多書本之外寶貴的分析動手能力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]控制系統(tǒng)MATLAB計算及仿真 北京：國防工業(yè)出版社,2001 </p><p>　　[2]MATLAB 應用 主編：王濤 出版社：大連理工大學 1998</p><