控制工程基础与应用讲义.docVIP

“控制工程基础”计算机仿真实验讲义 实验目的 熟悉典型系统的时域、频域特性； 了解应用计算机工具分析线性系统的基本方法。 Matlab基本特点 Matlab（Matrix Laboratory） 1980年前后，美国Moler博士后成立Mathworks软件开发公司，专门扩展改进Matalb最初用FORTRAN编写，现在的版本用C语言改写4.0版；windows平台下，现在比较新的版本是5.2版 Matlab语言特点 一切都是矩阵：数据的存储/输入/输出都是以矩阵为基础的，矩阵和其它变量不需要预先定义，如输入 ? A=[1,0,1;1,0,0;2,1,0]; ? B=[1,0,2;2,1,1;1,0,1]; ? C=A*B C = 2 0 3 1 0 2 4 1 5 ?inv(C) ans = 2 -3 0 -3 2 1 -1 2 0 用户使用方便：交互方式，修改调试方便；称为演算纸型语言工具。 M文件：Matlab可执行文件，采用文本方式，编程效率高，可读性极强； function plot_sin(xmin,xmax) x=xmin:min(0.01,(xmax-xmin)/100):xmax; plot(x,sin(x)); % This is a demo 命令简单，丰富，易于扩展 函数名定义几乎与数学描述一样，接近书写计算公式的思维方式，min(),max(),…基本命令包括：数学函数，矩阵，数值方法，绘图，字符串，文件I/O等数百条； 扩充工具箱：控制系统，信号处理，神经网络，系统辨识，数据统计，高等数学方法，甚至数理逻辑，通讯等等。 计算的高效、高可靠性 图形、打印、联机帮助等功能齐全 Matlab控制系统仿真基础 系统仿真基本概念 仿真： 某些控制系统仿真/设计软件的不足：使用不方便（EISPACK），调用过程烦琐，维数指定困难，开放性差，辅助功能弱，等等。Mathematica（符号）和Matlab（工程应用）比较受欢迎。 线性控制系统的传递函数描述 ?num=[12,24,12,20]; den=[2 4 6 2 2]; 传递函数复杂时，应用多项式乘法函数conv等实现。 控制系统的频域响应 Bode图绘制函数： bode(SYS), 如：bode(num,den)；bode([1,0],[1 2 1])；绘制出曲线[m,p]=bode(SYS, w)，返回数据但不绘制曲线；如[m,p]=bode(num,den,0:0.01:10)。 控制系统的时域响应 阶跃响应函数step step(SYS)； [y,x]=step(SYS,t)；y为系统在各个仿真时刻的输出所组成的向量；x为系统为可控标准型时选定的变量的时域响应数据，控制工程基础课程中不予考虑。 系统稳定性分析，离散系统分析，等等 动态仿真工具Simulink （1）实际工作中控制系统的复杂性，需要一种更简单直接的系统输入方法和分析手段。 图形输入概念：模块、拖放与联结 模块和子模块：定义的一些系统元件，子系统，和输入输出设备；如，噪声输入模块，传递函数系统模块，信号发生器，示波器模块等等。 拖放：将需要的模块拖放到你定义的工作区内。 联结：用鼠标拖动，建立联结。 仿真参数选择 开始时间，结束时间，步长选择（变步长，定步长），算法选择（求解微分方程的一些典型算法，如：龙格库塔法等），精度，等等 实验内容 一阶惯性环节阶跃响应及频率特性 分别取以下几组参数，求系统阶单位阶跃输入时的响应时间常数、调整时间和系统转角频率。 .K=1,T=10; 2).K=1,T=1; 3).K=1,T=0.1 二阶系统阶跃响应及频率特性 分别就T=1和T=0.1，(分别取0, 0.2, 0.5, 0.7, 1, 10时系统阶跃响应的最大超调量、 峰值时间、调整时间、振荡次数，无阻尼自然频率。 自构造高阶系统，分析其时频域特性。 了解MATLAB的控制系统图形输入与仿真工具SIMULINK。观察典型系统时域响应。 预习要求：熟悉Matlab基本函数命令，控制系统工具箱命令，控制系统基本概念 实验报告 附录1 Matalb常用控制系统仿真命令 编程控制命令 if - Conditionally execute statements. else - IF statement condition. elseif - IF statement condition. end -