计算机仿真技术论文

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1、华东交通大学理工学院华东交通大学理工学院InstituteofTechnology.EastChinaJiaotongUniversity计算机仿真技术论文题目MATLAB在控制系统中的应用分院：电信分院专业：电气工程及其自动化班级：学号：学生姓名：指导教师：第7页共7页华东交通大学理工学院MATLAB在控制系统中的应用摘要：本文主要介绍了MATLAB在控制系统仿真中的重要作用。利用MATLAB提供的模块及简单命令可以方便、快速的对自动控制系统的设计对象进行各种参数计算，及仿真控制系统的响应曲线。关键词：自动控制系统MATLA

2、B1,引言自动控制技术已广泛应用于工业、农业、交通运输、航空航天等多个领域，极大的提高了社会劳动生产率，改善了人们的劳动条件，丰富与提高了人们的生活水平。在当今的社会生活中，自动化装置无处不在，为人类文明的进步做出了重要的贡献。现在比较流行的控制系统仿真软件是MATLAB。由于MATLAB的使用极其容易，不要求使用者具备高深的数学与程序语言的知识，不需要使用者深刻了解算法与编程技巧，且提供了丰富的矩阵处理功能，所以受到了广大学生和科研工作者的青睐。使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法是：以控制系统的传递函数为基础

3、，使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真研究。2，控制系统时域分析性能指标为了保证生产设备的安全经济运行，在设计自动控制系统时，必须给出明确的系统性能指标，即控制系统的稳定性、准确性和快速性指标。通常用这三项技术指标来综合评价一个系统的控制水平。对于一个稳定的控制系统，定量衡量性能的好坏有以下几个性能指标：（1）峰值时间tp；（2）调节时间ts；（3）上升时间tr；（4）超调量Mp%。第7页共7页华东交通大学理工学院怎样确定控制系统的性能指标是控制系统的分析问题；怎样使自动控制系统的性能指标满足设计要求是控

4、制系统的设计与改造问题。在以往进行设计时，都需要通过性能指标的定义徒手进行大量、复杂的计算，如今运用MATLAB可以快速、准确的直接根据响应曲线得出性能指标。下面就用一个例子来介绍怎样利用MATLAB快速得到结果。例如：求如下二阶系统的性能指标：G(s)=首先用MATLAB在命令窗口编写如下几条简单命令：num=[3];％传递函数的分子多项式系数矩阵den=[11.53];％传递函数的分母多项式系数矩阵G=tf(num,den);％建立传递函数gridon;％图形上出现表格step(G)％绘制单位阶跃响应曲线图1二阶系统阶跃响

5、应及性能指标通过以上命令得到单位阶跃响应曲线，同时在曲线上根据性能指标的定义单击右键，则分别可以得到此系统的性能指标：峰值时间tp=1.22s；调节时间ts=4.84s；上升时间tr=0.878s；超调量Mp%=22.1%。如图1所示。通过这个例子可以看到MATLAB软件给我们的计算带来了极大的方便，避免了因手工计算而带来的误差，提高了准确度和精度。第7页共7页华东交通大学理工学院3，控制系统稳定性能的分析众所周知，一个系统的好坏要根据这个系统是否稳定来判断，因而稳定性是控制系统能否正常工作的首要条件，所以在进行控制系统的设计

6、时首先判别系统的稳定性。而在自动控制理论的学习过程中，对判别稳定性一般采用劳斯稳定判据的计算来判别。对于低阶或是不复杂的系统判断起来很简单，但是对于高阶系统，按这样的方法计算过程繁琐且复杂，很容易出错。运用MATLAB来判断稳定性不仅减少了计算量，而且准确。下面将介绍4种方法来判断稳定性。①用root(G.den{1})命令根据稳定充分必要条件判断例如：已知单位负反馈系统的开环传函数为:G1=试判断该系统的稳定性。方法如下：在MATLAB命令窗口编写以下命令：num=[172424];den=[110355024];G1=tf

7、(num,den);G=feedback(G1,1);roots(G.den{1})得到结果：ans=-5.5616-2.0000+1.4142i-2.0000-1.4142i-1.4384由结果根据稳定充要条件：系统闭环特征根实部均在左半S平面，所以可判断该系统是稳定的。第7页共7页华东交通大学理工学院②通过绘制系统根轨迹图判别方法如下：在MATLAB命令窗口编写以下命令：num=[172424];den=[110355024];G1=tf(num,den);rlocus(G1)由此得到根轨迹图为图2系统根轨迹图由根轨迹曲线

8、可看出：4条根轨迹均在左半平面，所以系统是稳定的。③通过绘制伯德图判别方法如下：在MATLAB命令窗口编写以下命令：num=[172424];den=[110355024];第7页共7页华东交通大学理工学院G1=tf(num,den);margin(G1)由此得到伯德图形为：