最新【精品】范文参考文献专业论文Matlab在自动控制原理中的应用Matlab在自动控制原理中的应用摘要：把MATLAB控制系统工具箱（controlsystemstoolbox）和仿真环境SIMULINK运用到《自动控制原理》的教学中，很好的解决了这门课中实际的数据计算、图形绘制、性能指标求取以及系统校正与设计等技术问题，把学生从繁琐的数学计算过程中解放出来，用图形表示系统动态响应过程和稳态响应过程，结果直观易于分析，提高学生对该门课的兴趣，加深学生对自动控制系统工作原理的理解和领会，为以后专业课程的学习打下坚实的基础。关键词：MATLAB；自动控制系统；系统响应；系统设计0引言高职院校的学生重在强化职业技能的培养，而《自动控制原理》这门课程中除了讲解控制系统的工作原理外，控制系统的模型是一个非常重要的环节，对控制系统性能进行定量的计算和分析，离不开控制系统的数学模型，涉及到对微分方程数学模型的求解，用到Laplace变换及反变换，对系统响应超调量、上升时间、调节时间、峰值的求取，都要用到繁琐的数学计算，对系统时域或者频域稳定性的分析，绘制Naquist曲线和Bode图以及系统的校正与设计，如果全靠手工计算数据，手工绘图的话，费时费力，有时还得不到准确的数据和图像。MATLAB是Mathworks公司开发的一种集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的功能强大、操作简单的优秀工程计算应用软件。MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题，而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能。1MATLAB在控制系统建模中的应用MATLAB是国际控制界目前使用最广的工具软件，几乎所有的控制理论与应用分支中都有MATLAB工具箱。这里结合自动控制理论的基本内容，采用控制系统工具箱（ControlSystemsToolbox）和仿真环境（Simulink），体会MATLAB的应用。1.1用MATLAB建立传递函数模型1.1.1反馈系统结构图模型图1反馈系统结构图设反馈系统结构图如图1所示。控制系统工具箱中提供了feedback（）函数，用来求取反馈连接下总的系统模型，该函数调用格式为：G=feedback（G1，G2，sign）。1.1.2Simulink建模方法在一些实际应用中，如果系统的结构过于复杂，不适合用前面介绍的方法建模。在这种情况下，功能完善的Simulink程序可以用来建立新的数学模型。典型二阶系统的结构图如图2所示。用SIMULINK对系统进行仿真分析。图2典型的二阶系统结构图将画出的所有模块按图2用鼠标连接起来，构成一个原系统的框图描述如图3所示。图3二阶系统的simulink实现利用MATLAB命令plot（tout，yout），可将结果绘制出来，如图4所示。比较图4和图5，可以发现这两种输出结果是完全一致的。图4仿真结果示波器图5MATLAB命令得出显示图的系统响应曲线2利用MATLAB进行时域分析2.1线性系统稳定性分析系统的零极点模型可以直接被用来判断系统的稳定性。另外，MATLAB语言中提供了有关多项式的操作函数，也可以用于系统的分析和计算。2.1.1直接求特征多项式的根设p为特征多项式的系数向量，则MATLAB函数roots（）可以直接求出方程p=0在复数范围内的解v，该函数的调用格式为：v=roots（p）利用多项式求根函数roots（），可以很方便的求出系统的零点和极点，然后根据零极点分析系统稳定性和其它性能。2.1.2系统动态特性分析已知传递函数为：利用以下MATLAB命令可得阶跃响应曲线如图6所示。图6MATLAB绘制的响应曲线>>num=[0，0，25]；den=[1，4，25]；step（num，den）gridtitle（1Unit-StepResponseofG（s）=25/（s^2+4s+25）1）2.1.3求阶跃响应的性能指标已知二阶系统传递函数为：利用下面的stepanalysis.m程序可得到阶跃响应如图7及性能指标数据。>>G=zpk（[]，[-1+3*i，-1-3*i]，3）；%计算最大峰值时间和它对应的超调量。C=dcgain（G）[y，t]=step（G）；plot（t，y）grid；[Y，k]=max（y）；timetopeak=t（k）percentovershoot=100*（Y-C）/C%计算上升时间。n=1；whiley（n）<Cn=n+1；endrisetime=t（n）%计算稳态响应时间。i=length（t）；while（y（i）>0.98*C）&（y（i）<1.02*C）i=i-1；endsetllingtime=t（i）运行后的响应图如图6，