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MATLAB在自动控制系统中应用

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MATLAB在自动控制系统中应用研究

MATLAB在自动控制系统中应用研究
ＮＯ． １６， Ｚ０１ ０
现 代 商 贸 工 业 Ｍ ｏ ｅｎＢ ｓ ｅ ｒｄ ｄ ｓ ｙ ｄ ｒ ｕｉ ｓ Ｔ ａｅＩ ｕｔ ｎｓ ｎ ｒ
２１ ０ ０年第 ｌ ６期
ＭＡ Ｌ Ｂ在 自动 控制 系统 中应 用研究 ＴＡ
官 俊 刘 泉 民
（ ． １５ １９ ４ ８部队装备部 ， 南 三亚 ５ ２ ２ ；． ２ ７ 部 队， 南 三亚 ５ ２ ２ ） 海 ７０ １２ ０ ５ １ 海 ７０ １
（） 有 延 迟 环 节 的 时 域 分 析 。 ２具
工具箱 函数 ， 控制 系统工具 箱 的 内容几 乎包 含 了经 典控 制
理 论 和 现 代 控 制 理 论 的主 要 内 容 ， 中包 括 的 函数 有 ： 型 其 模 建 立 ， 型 交换 ， 型 简 化 ， 型 实 现 ， 型 特 性 ， 程 求 解 ， 模 模 模 模 方
１ ＭＡ Ｌ Ｂ在 自动控 制中的一 般应 用 Ｔ Ａ
ＭＡ Ａ ＴＬ Ｂ包 含 了 进 行 控 制 系 统 分 析 与 设 计 所 必 须 的
ｔ ， 统 初 始 阶段 快 慢 ； 调 节 时 间 ｔ， 统 总 体 快 慢 ； 上 系 ② ５系 ③ 升 时 间 ｔ， 统 局 部 快 慢 ； 系 ④超 调 量 Ｍ 系统 总 体 平 稳 性 。 ，
ＭＡＴ Ａ Ｌ Ｂ在 走 动 控 制 系统 中 的 应 用 。 关键词 ： 自动 控 制 ； ＭＡＴ Ａ 仿 真 Ｌ Ｂ；
中图 分 类 号 ： Ｐ Ｔ
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ ２３ ９ （０ ０ １－３ ８０ １ ７—１ ８ ２ １ ）６０ ３—２
０ 引 言
ＭＡＴ Ａ Ｌ Ｂ环 境 （ 中文 名 是 矩 阵 实 验 室 ） ＭＡＴ Ａ 是 Ｌ Ｂ是

matlab中pid控制器的应用实例

matlab中pid控制器的应用实例

matlab中pid控制器的应用实例Matlab中PID控制器的应用实例引言PID控制器是一种常用的控制器，可以广泛应用于自动控制系统中。

其中，P代表比例，I代表积分，D代表微分。

PID控制器通过对误差、误差的积分和误差的微分进行加权求和，以便更好地控制系统的输出。

在本文中，我们将使用Matlab来演示PID控制器的应用实例。

我们将从控制物理实验中的水位控制系统开始，然后详细介绍PID控制器的原理和参数调整，最后使用Matlab进行仿真实验和结果分析。

一、实验背景我们考虑一个简单的水位控制系统。

系统由一个水箱和一个控制阀组成。

当水箱的水位低于设定水位时，控制阀将打开，往水箱中注水，当水位达到设定水位时，控制阀将关闭。

我们的目标是设计一个PID控制器，以便精确控制水箱中的水位。

二、PID控制器介绍在介绍PID控制器之前，我们需要了解一些基本的概念。

1. 比例控制（P）比例控制是根据误差的大小来调整控制量的大小。

比例增益参数Kp用于调整误差和控制量之间的比例关系。

控制量可通过以下公式计算：Control = Kp * Error其中，Error是设定值与测量值之间的差异。

2. 积分控制（I）积分控制用于减小系统的稳态误差。

积分增益参数Ki用于计算控制量的积分部分。

控制量可通过以下公式计算：Control = Kp * Error + Ki * \int Error dt其中，\int Error dt表示误差的积分。

3. 微分控制（D）微分控制用于减小系统的瞬态误差。

微分增益参数Kd用于计算控制量的微分部分。

控制量可通过以下公式计算：Control = Kp * Error + Ki * \int Error dt + Kd * \frac{{dError}}{{dt}}其中，\frac{{dError}}{{dt}}表示误差的微分。

三、PID控制器参数调整PID控制器中的三个参数（Kp，Ki，Kd）对控制器的性能有着重要的影响。

matlab在自动控制中的应用

matlab在自动控制中的应用

matlab在自动控制中的应用
Matlab在自动控制中有广泛的应用。

以下是几个常见的应用
领域：
1. 系统建模和仿真：Matlab可以用于系统建模和仿真，可以
根据实际物理系统的特性来建立数学模型，并通过仿真来验证系统的性能。

2. 控制系统设计：Matlab提供了丰富的控制系统设计工具箱，可以用于设计各种类型的控制器，如比例-积分-微分（PID）
控制器、线性二次调节器（LQR）等。

3. 系统分析和优化：Matlab可以用于分析控制系统的性能，
如稳定性、鲁棒性和灵敏度等。

还可以用于系统参数优化，通过调整控制器的参数来达到期望的控制效果。

4. 多变量控制系统：Matlab可以处理多变量控制系统，可以
对多输入多输出（MIMO）系统进行建模、仿真和控制设计。

5. 自适应控制：Matlab提供了自适应控制工具箱，可以用于
设计具有自适应性能的控制器，可以根据系统动态特性自动调整控制参数。

6. 状态估计和观测器设计：Matlab可以用于设计状态估计器
和观测器，用于估计系统的状态变量，从而实现对系统的观测和控制。

7. 非线性控制系统：Matlab可以处理非线性控制系统，可以
用于建立非线性控制系统的数学模型，并进行仿真和控制设计。

总的来说，Matlab在自动控制中提供了丰富的工具和功能，
可以帮助工程师和研究人员进行控制系统的分析、建模、仿真和控制设计等工作。

Matlab在自动控制系统建模与仿真中的应用

Matlab在自动控制系统建模与仿真中的应用

山西 大学工程学院
Ｗ ａ ｎ ｇ Ｃｏ ｎｇ
王
聪
（ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｔａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ １ ３ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）
【 摘要 】运用Ｍａ ｉ ｔ ａ ｂ 语言对 自 动控 制系统进 行数学建模、并介绍其在 系统时域和频域方面的应用。仿真和教 学实践表 明，应用Ｍａ ｉ ｔ ａ ｂ 大大降低 了计算工作量 ，不仅 可 以 快速 获 得 系 统 性 能 ， 改 善 了教 学 手 段 ，而 且 提 高 了学 生 的 学 习积 极 性 ，锻 炼 了他 们 分 析 、 解 决 问题 的 能 力 ，有 利 于 学 生更 好 地 掌 握 本 课 程 知 识 。
ｄ ｅ ｎ ＝ｌ ｌ ， ａ ｎ ＿ ｌ ， ……， ａ ０ Ｊ
ｓ２ — Ｇ（ ） ＝— ￣ ＋２ （ ｏ Ｊ ． ｓ ＋ｃ 一 ｏ
．
，
为 自然频率 ， 为 阻
应。
学模型 、控制系统 的分析和校 正 。 目前在 电 类 及 非 电 类 的 各 个 工 程 技 术 学 科 领 域 都 得 到 了广 泛 应 用 。 该 课 程 内 容 丰 富 、 信 息 量 大 、 概 念 比 较 抽 象 ， 理 论 推 导 和 公 式 应 用 多 ， 计 算 性 强 ，使 学 生 不 好 接 受 ， 理 解 起 来 有 困难 。 另 外 ， 由 于 系 统 分 析 多 采 用 图解 法 ，课 堂 讲 授 中 ，教 师 需 要 在 黑 板 上 画 大 量 曲线 ， 而 手 工 作 图难 以 保 证 曲线 的 准 确 性 ， 也 无 法 体 现 系 统响应 的动态性 ，不利于 学生理解和 掌握。 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ 是一 种面 向科 学与工程 的计算 软 件 ， 它 将 不 同领 域 的 计 算 集 成 为 函 数 的 形 式 ，用 户 在 使 用 时 ， 只 需 调 用 这 些 函 并 赋 予 实 际 参 数 就 能 解 决 实 际 问题 。 它 使 用 方 便 ， 输入简 捷，运 算高效 ，己成为应用代 数、 自 动 控 制 、 数 字 信 号 处 理 、模 拟 与 数 字 通 信 等

MATLAB在“自动控制原理”课程中的应用研究

MATLAB在“自动控制原理”课程中的应用研究

HEBEINONGJI摘要:“自动控制原理”是电气与自动化专业重要的专业基础课，内容抽象、复杂，学生理解困难。

近年来，随着MATLAB引入自动控制原理教学实践中，利用其强大的数值计算及绘图功能，对教学形式和内容进行了有力改革,从而有效地提高了课堂教学效率及教学效果。

关键词：自动控制原理;MATLAB;教学改革MATLAB在“自动控制原理力课程中的应用研究河北农业大学李珊珊孔德刚弋景刚袁永伟刘江涛引言自动控制原理是电气与自动化专业一门重要的专业技术基础课，该课程在内容体系中起着承上启下的作用。

主要介绍讨论了单输入一单输出定常系统的控制问题，讲授经典控制理论的三大分析方法一时域分析法、根轨迹分析法和频域分析法，自动控制系统综合与校正的一般方法和非线性系统等内容，课程具有一定的抽象性，包含大量的数学内容和复杂计算。

通过学习,要求学生系统掌握自动控制的基本原理和基本方法，并能对控制系统进行定性分析、定量计算和综合设计。

学生普遍反映难以理解，内容枯燥。

基于此，需要对教学内容及教学方法进行更新，在教学中引入了MATLAB编程语言。

1现代教育理念1.1以学生为中心美国人本主义心理学家卡尔•罗杰斯于1952年提出“以学生为本”的教育理念，主张促进学生个性发展、人格完善和潜能发挥,使他们能够愉快地、创造性地学习和工作。

目前,这种教育理念仍然作为一种基本的现代教育理念。

1.2创新发展的理念党的十八届五中全会提出“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念，其中创新被置于首位。

随着互联网技术的迅速发展，知识更新换代速度加快，对复合创新型人才的需求愈发强烈，人才培养要摒弃传统的知识灌溉模式,应将教学重点转移到重视研究方法学习、培养创新精神上。

1.3OBE教育理念OBE为"Outcomes-based Education"的缩写，OBE教育理念即基于成果导向的教育理念。

美国的Spady在《基于产出的教育模式:争议与答案》一书中把OBE定义为“关注和组织教育体系,以确保学生在未来的生活中获得实质性的成功经验”。

MATLAB在《自动控制原理》教学与实验中的应用

MATLAB在《自动控制原理》教学与实验中的应用
与掌握课程 中的基本 概念 、 基本原理 、 基本 分析方 法 以及 培 养学生综合运 用所学 知识解决 实际问题的能力 ， 是本课程教 学所要解决 的关键问题 ． 目前 ， 多媒体教学方法的应用给这些 问题 的解决带来 了
生在学 习 自动控 制理论的 同时学会使用 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ语言 ， 不仅
对掌握 和应用 自动控 制理 论有帮 助 ， 还可 以学会 使用 计算 机辅 助分析 和设 计控 制 系统 等 ， 日 的工 作和学 习打下 为 后
基础 ．
福音 ． 在该课程多媒体 电子 教案制作时 ， 由于既要考 虑理论
收稿 日期 ：Ｏ ５ ０ ０ ２Ｏ — ７— ４
作者简介 ： 锦． （９ 一 ， 。 龚 ￣ １ ６ ）女 江西九江人 ， ． ７ 讲师
高教学质量 ， 不断改进教学方法 、 改善实验条件 已成 为该 类 课程发展 的必然 趋势 ． ＭＡ Ｉ ＴＡＢ语言是 目前国际控制 界最 流行 的语 言 ， 它集数 值计算 、 符号运算和图形处理等 强大 功能于一体 ， 适用 于工 程应用各领域 的分析 、 设计 和复杂计算 ｊ强大 的功能使 它 ．
关 键 词： 自动控 制原理 ； Ａ Ｌ Ｂ 课 堂教 学； Ｍ ＴＡ ； 实验教 学 文献标识码 ： Ａ 中圈分 类号 ：４ ４ １ Ｇ２．
０ 引 言
＜自动控制原理》 是高校 自动化专业 的重要专业基础课 ， 也是其它 电类 专业 一 门重要 的专业 基础 课程 ， 教学 上 占 在 有重要 的地位 ， 其理论性 强， 既难 教 ， 也难学 ． 课程涉 及到控
析 的因素较多时 ， 经常难 以用有 限的几种颜 色将它 们 区分 ， 而且 曲线的准确度也难 以保证 ， 系统分析结果 缺乏可视化的 直观表现 ， 得学生难 以理解和接受 ； 使 此外 ， 实践 性教学环节

MATLAB在自动控制原理教学中的辅助应用

MATLAB在自动控制原理教学中的辅助应用
ＱＩ ＡＯ ｎ －ｅ ｇ， ＡＮＧ ｉ Ｙｏ ｇ ｆｎ Ｗ Ｋａ
’
（ ａｙ ａ ｎｖ ｒｉ ｆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎｔ ｕｅｏ ａ ｇ ｕ ｎ Ｙ ｎ ｑ ａ ４ ０ ０ Ｃ ｉａ Ｔ ｉ ｕ ｎＵ ｉ ｓ ｙ ｏ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｉ ｓ ｔｔ Ｙ ｎ ｑ ａ ， ａ ｇ ｕ ｎ０ ５ ０ ， ｈｎ ） ｅ ｔ ｉ ｆ
ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓｓ ｍｅｐ ｏ ｅｔ ｆＭ ＡＴＩＡＢ ｓ ｆｗａｅ，ｆ ａｌ ｎｆｅ ｈ ｘ ｍｐ ｅｔ ｘ ｌｉ ｏ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ，ｉｔｏ ｕ ｅ ｏ ｒ ｐ ｒｙ ｏ ｏ ｔ ｒ ｉ ｌ ｕ ｉ ｓｔ ｅｅ ａ ｌ ｏｅ ｐａｎ ｈ ｗ ‘ ｎ ｙ ｉ ）
Ｋｅ ｒ ｓ ａ ｔｍａ ｉ ｃ ｎ ｒ １ｐ ｉ ｃｐｅ Ｍ ａ ｉｂ ａ ｘｌ ｒ ｅ ｃ ｉｇ ｙ ｗｏ ｄ ：ｕ ｏ ｔｃ ｏ ｔｏ ｒｎ ｉｌ ， ｔａ ｕ ｉ ａ ｙ ｔａ ｈ ｎ ｉ
ＭＡＴ ＡＢ是 由美 国 ｍａｈ ｏ ｋ 公 司开 发 的 一套 Ｌ ｔ ｗ ｒｓ
关键词 。 自动 控 制原 理 ， ＴＬ ＭＡ ＡＢ， 助 教学 辅 中 圈分 类号 ： １ ＴＰ ３ 文 献 标 识码 ： Ａ
Ａｐｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ＡＴＬＡＢ ｏ Ａｕ ｉｉ ｒ ａ ｈ ｎｇ ｏ ｌｃ ｔｏ ｆ Ｍ ｔ ｘ ｌａ ｙ Ｔｅ ｃ ｉ ｆ
Ａｕ ｏ ａ ｉ ｎｔ ｏ ｉ ｃ ｐ ｔ ｍ ｔｃ Ｃｏ ｒ ｌＰｒ ｎ ｉ ｌ ｅ
・３ ・ （ ３ ） ０ 总 ０ 文 章 编 号 ：０ ３５５ （０２ ０—０ ００ １０ —８ ０２ １ ）１０ ３—２
ＭＡＴ ＡＢ在 自动 叠 制 原 理 教 学 中 的辅 助 应 用 Ｌ
ＭＡ Ｌ Ｂ在 自动 控 制原 理教 学 中的辅助 应 用 Ｔ Ａ

matlab课件第八章 Matlab在自动控制中的应用

matlab课件第八章 Matlab在自动控制中的应用

C[CA,CB], DDA DB
• 反馈：反馈系统有Y = YA = UB；U = YB+UA
在DA=DB=0的物理系统中，合成系统的系数阵为：
A B A B C A AB A A C B B ， B B 0 A ， C C A0 ， D 0
MIMO-LTI模型的组合
• 商品化的软件产品，程序的编写要考虑到多种复 杂情况。如在MIMO系统中，调用上述函数还必 须增加输入和输出变量的编号。
期Ts和method方法，转换为采样系统。 • method有五种：zoh(零阶保持器 )，foh(一阶保持
器) ，tusti根匹配法）
8.1.7 典型系统的生成函数
• 用表8.5列出的函数可以快速地生成所需阶数的线 性时不变系统。例如
• sys=rss(4，3，2)得出随机产生的四阶的双输入 三输出的稳定的状态空间系统sys，
欢迎
文末有福利
8.1 控制工具箱中的LTI对象
• 由6.4节可以看到，一个线性系统可以采取四种不 同的方法进行描述，每种方法又需要几个参数矩 阵，因此对系统进行调用和计算都很不方便。根 据软件工程中面向对象的思想，MATLAB通过建 立专用的数据结构类型，把线性时不变系统的各 种模型封装成为统一的LTI（Linear Time Invariant）对象，它在一个名称之下包含了该系 统的全部属性，大大方便了系统的描述和运算。
• 这三种对象的共同属性见表8.1。除了具有 LTI的共同的属性（即子对象可以继承父对 象的属性）外，还具有一些各自特有的属 性。
LTI对象的共同属性
采样周期Ts：当系统为离散系统时，它给出了系 统的采样周期，Ts = 0或默认时表示系统为连续 时间系统，Ts = -1表示系统是离散系统，但它的 采样周期未定。

《自动控制原理》Matlab求解控制系统频域分析实验

《自动控制原理》Matlab求解控制系统频域分析实验
频率分析法在自动控制系统的分析中具有许多优点，频域分析不仅可以分析线性定常系统，还可以推广到非线性系统，借助于MATLAB软件来分析系统的频率特性，可以简化分析中的大量计算，直接可以得到需要的性能参数，结合参数和相应的曲线来对系统进行分析。使用MATLAB软件可以精确地绘制出系统的bode图、nyquist曲线和Nichols曲线，使得对系统的分析带来很大的方便
《自动控制原理》Matlab求解控制系统频域分析实验
一、实验目的
1、加深了解系统频率特性的概念。
2、学习使用Matlab软件绘制Nyquist图、Bode图的基本方法。
3、掌握典型环节的频率特性。
二、实验仪器
Matlab2014b版
三、实验原理
1.奈奎斯特图（幅相频率特性图）
MATLAB为用户提供了专门用于绘制奈奎斯特图的函数nyquist
axis([-2,0.4,-1.5,1.5]);
k=500;
num=[1,10];
den=conv([1,0],conv([1,1],conv([1,20],[h,50])))；
w=logspace(-1,3,200)
bode(k*num,den,w);
grid;
五、实验原始数据记录与数据处理
六、实验结果与分析讨论
范围是自动确定的。当需要指定幅值范围和相角范围时，则需用下面的功能指令：
[mag,phase,w]=bode(num,den,w)
四、实验内容及步骤
z=[]:
p=[0,-1,-2]:
k=5;
g=zpk(z,p,k):
nyquist(g);
w=0.5：0.1:10:
figure(2):
nyquist(g:w);

Matlab在智能控制与自动化系统中的应用案例

Matlab在智能控制与自动化系统中的应用案例

Matlab在智能控制与自动化系统中的应用案例智能控制与自动化系统是当今科技领域的热门话题，它涉及到诸多领域，如机器学习、人工智能、机器视觉等。

而Matlab作为一种功能强大的编程语言和软件工具，被广泛应用于智能控制与自动化系统中。

本文将探讨Matlab在该领域中的应用案例，并分析其在实际系统中的作用。

一、机器学习机器学习是智能控制与自动化系统中不可或缺的一部分。

通过机器学习算法，系统可以根据大量的数据进行学习和预测，从而实现自动化控制。

Matlab提供了丰富的机器学习工具和函数，极大地简化了机器学习的实现过程。

以图像识别为例，在智能控制与自动化领域，图像识别广泛应用于人脸识别、物体检测等场景。

Matlab中的图像处理工具箱提供了多种图像特征提取、分类和识别的算法，方便了图像识别的实现。

通过Matlab，可以使用深度学习库来实现卷积神经网络（CNN），从而提高图像识别的精确度和效率。

二、控制系统设计控制系统设计是智能控制与自动化系统中的核心任务。

Matlab提供了丰富的工具箱和函数，支持不同领域的控制系统设计，如PID控制、模糊控制、自适应控制等。

以PID控制为例，PID是一种经典的控制算法，在许多自动化系统中得到广泛应用。

Matlab中的控制系统工具箱可以帮助工程师快速设计和调整PID控制器参数，并通过仿真验证控制效果。

此外，Matlab还提供了优化工具箱，可以根据系统的性能指标，自动优化控制器参数，从而进一步提高控制系统的性能。

三、机器视觉机器视觉是智能控制与自动化系统中的另一个重要领域。

它通过图像和视频数据，实现对现实世界的理解和感知。

Matlab提供了强大的图像处理和计算机视觉工具箱，可以帮助开发人员快速实现各种机器视觉应用。

在工业自动化领域，机器视觉可以用于检测和识别产品缺陷，提高生产线的质量和效率。

通过Matlab，可以利用图像处理和模式识别算法，实现对产品的自动检测和分类。

此外，Matlab的计算机视觉工具箱还提供了特征提取和目标跟踪等功能，可用于实现自动导航和无人车等应用。

MATLAB在自动控制原理实验教学中的应用

MATLAB在自动控制原理实验教学中的应用
１ 引 言 、
《 自动控 制 原 理 》 是一 些 工科 专 业 中 重 要 的专 业 基 础 课 ， 在 整 个专 业 知 识 体 系 中 占据 非 常重 要 的 地 位 课 程 理 论 性 强 、 该 内 容 抽 象 、 有 大 量 的 数 学公 式 推 导 以 及 图 表 曲 线 ． 时 又 和 工 程 含 同 实 践 密切 相关 ． 致 学生 难 以理 解 和 掌握 。 在 学 习 过 程 中 辅 以 以 若
ＭＡ Ｌ Ｂ 中 的控 制 系统 工 具 箱 提 供 了可 视 工 具 ＳＳ Ｏ ． Ｓ平 面上 ， 而得 出系 统 是 否 稳 定 。学 生 也 可 以 利用 伯德 判 据 、 ＴＡ Ｉ０ Ｌ 从 为 控 制 系统 的校 正 器 的设 计 提供 了一 个 交 互 式 环 境 ．它 采 用 图 Ｎ ｑ ｉ 判 据 、 ｙｕ ｔ ｓ 根轨 迹 、 极 点 图等来 判定 。 命 令 函数 为 ： ｒ ｎ 零 其 Ｍａｇ ｉ 形 用 户 界 面 。摒 弃 了 以往 在命 令 行 方 式 下 需 记 忆 大 量 的操 作 命 （）Ｎ ｑ ｉ（）ｒ ｃ ￣ ）ｐｍａ（） 。若 系 统 不稳 定 ， ｕ、 ｙｕｓｕ、ｏｕ（ 、ｚ ｐｕ等 ｔ ｌ ｕ 通过 改 变 增 令 ， 户 无 需从 键 盘 输 入 许 多 操作 命令 ． 鼠标 可 以 直 接 对 屏 幕 益 Ｋ来 修 改 系 统 参数 ， 系统 稳 定 。 后 利用 分析 工 具 Ｌ Ｉｉｗ 用 用 使 最 Ｔｖｅ － 上 的 对 象 进行 操 作 ．并且 利用 与 ＳＳ Ｔ Ｏ ＩＯ Ｏ Ｌ动 态 连 接 的 可 视 分 ｅ 显 示 设 计 结果 ｒ 析 工具 删 ｖ ｗ ｒ 以 马 上显 示 出设 计结 果 ｉ ｅ可 ｅ 例 如 ： 阶 系 统 的传 递 函数 方 框 图如 图 ３ 示 ： 三 所

MATLAB数字仿真在《自动控制原理》教学中的应用

MATLAB数字仿真在《自动控制原理》教学中的应用
验体系 中对 控制 系统 Ｍ ＴＡ Ａ Ｌ Ｂ数字 仿 真也 有 了一定 的应
用 。但是 ， 各高校并 没有将二者更好地结合 起来 ， 即将 自动
、
《 自动控制原理》 学方法的现状及改进方法 教
控制系统 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ数字仿真应用于《 自动控制原理》 的多
媒体课堂教学 当中， 这样 就造 成 了多媒 体课 件只 起到 了 电
传统 的《 自动控制原理》 教学 和其他课 程一样 ， 是教 都
师在黑板上对理论进行板书讲解 ， 学生边听边做笔记， 正是 由于这种死板的教学方法， 使几乎所有的学生都感到该课
程 内容抽象 ， 难以理解 ， 更不清楚所 学的理论知识在 工程实 践 中如何应用 。随着 计算机 多媒 体技术 在教 学 中的应 用 ，
教学 中采用 ＭＡ Ｌ Ｂ数字仿 真对教学效果 的促进 。 ＴＡ
般多媒体教学软件 中加入 控制 工程 实例是 不太 可能 的 ， 能从根本上解决该课程 的理论 教学 与控 制工程实践严设
控制系统 的开环传递 函数 Ｇ（ ） ｓ ， 试分别求 Ｋ
维普资讯
第 ２ 卷第 ２ ５ 期
２０ ０ ６年 ４月
郑州航空工业管理学院学报 （ 社会科学版 ）
Ｊｕｎ ｆ ｈｎｚｏ ｓｔｔ ｏ ｅ ｎｕｉａ Ｉｄ ｓ ｙＭａａｅ ｅｔＳ ｃ ｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｏ ｒａ ｏ ｅｇｈｕＩ ｔｕｅ ｆ ｒ ａｔ ｌ ｎ ｕｔ ｎｇｍ ｎ（ｏ ｉ ｉ ｃ ｄｔ ｎ ｌ Ｚ ｎｉ Ａ ｏ ｃ ｒ ａＳ ｅ ｉ
所以现有的《 自动控制原理》 计算机多媒体教学软件并不
节 的问题 。
＝１ ０和 Ｋ＝２ ０时系统单 位阶 跃响应 的最 大超调量 ｔ ％ 和 ｒ ｐ

自动控制原理Matlab仿真应用

自动控制原理Matlab仿真应用

控制系统的MATLAB 仿真1 MATLAB 简介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。

从而能够很好的帮助工程师及科学家解决实际的技术问题。

MATLAB 的含义是矩阵实验室（Matrix Laboratory ），最初主要用于方便矩阵的存取，其基本元素是无需定义维数的矩阵。

经过十几年的扩充和完善，现已发展成为包含大量实用工具箱（Toolbox ）的综合应用软件，不仅成为线性代数课程的标准工具，而且适合具有不同专业研究方向及工程应用需求的用户使用。

MATLAB 最重要的特点是易于扩展。

它允许用户自行建立完成指定功能的扩展MATLAB 函数（称为M 文件），从而构成适合于其它领域的工具箱，大大扩展了MATLAB 的应用范围。

目前，MATLAB 已成为国际控制界最流行的软件，控制界很多学者将自己擅长的CAD 方法用MATLAB 加以实现，出现了大量的MATLAB 配套工具箱，如控制系统工具箱（control systems toolbox ），系统识别工具箱（system identification toolbox ），鲁棒控制工具箱（robust control toolbox ），信号处理工具箱（signal processing toolbox ）以及仿真环境SIMULINK 等。

（1） MATLAB 的安装本节将讨论操作系统为Microsoft Windows 环境下安装MATLAB6的过程。

将MATLAB6的安装盘放入光驱，系统将自动运行auto-run.bat 文件，进行安装；也可以执行安装盘内的setup.exe 文件启动MATLAB 的安装程序。

启动安装程序后，屏幕将显示安装MATLAB 的初始界面，根据Windows 安装程序的常识，不断单击[Next],输入正确的安装信息，具体操作过程如下：输入正确的用户注册信息码；选择接收软件公司的协议；输入用户名和公司名；选择MATLAB 组件（Toolbox ）；选择软件安装路径和目录；单击[Next]按钮进入正式的安装界面。

MATLAB在《自动控制原理》教学中的应用

MATLAB在《自动控制原理》教学中的应用
的 问题 之 一 。
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。
图 １ 单 位 负 反 馈 控 制 系统 特 性 曲线
１ 教 学 现 状 及 改进 方 法 的 图解 方法 ， 绘 制根 轨 迹 步 骤 较 多 ， 但 需要 求 出 系 统 的零 、 点 和 分 极 《 自动控制原理》 课程 内容理论性强、 公式应用灵活、 前后联 系紧 离 点 。 系统 传 递 函数 的分 子 或 分 母 为 高 次 方程 时 ， 用代 数法 求得 当 使 密 ， 要应 用 大 量 的 物 理及 高等 数 学 相 关 知 识 。 与成 人 教 育 中 学 员 且 这 系统 的零 、 点和 分离 点 比较 困难 。 系 统 零 、 点 和 分 离 点 若 不 能确 极 极 学 习基 础 参 差 不 齐形 成 鲜 明 的矛 盾 。 仅通 过～ 张 黑 板 一 支 粉 笔 ， 部 按 定 ， 轨 迹 也 就 无 法 绘 制 。 ＭＡ Ｌ Ｂ 工具 可 以 很 方 便 绘 制 控 制 系 统 根 ＴＡ 就 班 传 统 教 学 方式 ， 绝 大 多数 学 员 感 到 课 程 内容 抽 象 ， 以理 解 。 使 难 的根 轨 迹 ， 数 命 令 ｒ ｃ ｓｇ。 同 时 ， 过 ｇｉ 选 项 可 得 到 等 函 ｌ ｕ （） ｏ 通 ｒ ｄ的 随着 计 算 机 多媒 体 技 术 在 教 学 中 的 应 用 ，教 学 软 件 在 一 定 程 度 上 丰 线族和等 ｃ ＾ 族 的根 轨迹 。 ） 线 富了教学手段 ， 由于 自动控制原理 实例的复杂性 ， 但 现有 的《 自动控 制原理》 计算机多媒体软件 ， 并不能从根 本上解决本课程 的理论教学 与 工 程 实践 脱 节 的 问题 。 制 闭环 系统 的根 轨迹 。 ＭＡ Ｌ 丁 ＡＢ是 由 Ｍａｈ ｏｋ ｔＷ ｒｓ公 司开 发 并 推 出 的 程 序 计 算 语 言 ， 在 ＭＡ Ｌ Ｂ 中编 程 序 为 ＴＡ 它不仅集数值分析 、 阵运算 、 号处理和 图形显示于一体 ， 矩 信 并且一 ｎ ｍ＝［ １ ： ｕ １， 】 直 面 向控 制 理 论 和 控 制 工 程 为其 核 心应 用 领 域 。 目前 ＭＡ Ｌ 的应 Ｔ ＡＢ ｄ ＝ｃ ｎ （ ４， ０】【 ３） ｅｎ ｏ ｖ【 １， ８， ，１， 】； 用 已从 经典 控 制 理 论 的应 用 发展 到 最 优 控 制 、 系统 辨 识 、 型 预 测 控 模 ｇ＝ ｆ ｕ ， ｅ ） ｔ（ ｍ ｄ ｎ ； ｎ 制 、 棒 控 制 、 经 网 络控 制 、 鲁 神 模糊 控 制 等领 域 ” 】 。 ｒ ｃ ｓｇ ｌ ｕ （） ｏ ２Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ在《 自动控制原理》 教学 中的应用 ＭＡ Ｌ Ｂ包含 了进行控 制系统 分析 与设计所 必须 的工具 箱函 ＴＡ 数 ， 以分 析 连 续 系统 ， 可 以 分析 离 散 系 统 ， 可 以进 行 极 点 配 置 可 也 并 控 制器 设 计 和最 优 控 制 系统 设 计 等 多 项 操作 。现 以连 续 系统 中 的 时 域 分析 法 、 域 分 析 法 及 根 轨 迹 分析 法 为例 介 绍 。 频 ２１ 时 域 分析 应 用 ［ ． ３ １时域 分 析 法 是 根 据 自动 控 制 系统 微 分 方 程 求解 系统 动 态 响应 的过 程 曲线 以及 响 应指 标 ， 运用 解 析 法进 行 分 析 时 ， 数 学 推 导 过 程 比较 复 杂 ， 其 需要 进 行 大 量 的人 工 计 算 ， 为课 作 堂 教 学 ， 在 计 算 和 推 导 过程 中花 费过 多的 时 间 ， 师 的教 学 容 易显 若 教 得 主 次 不 清 ， 生 往 往 把 注 意 力集 中在 数 学 推 导 过 程 上 ， 对 真 正 需 学 而 要 理 解 和 掌 握 的概 念 规 律 ， 却被 忽 略 了。 图 ２ 某 单 位 负 反 馈 系 统 根 轨迹 图 如 ： 单 位 负 反 馈 控 制 系统 该 系统 的 闭环 传 递 函 数 为 某 ３ ＭＡ Ｌ Ｂ在 自动 控 制 原 理 中的 合 理 应 用 ＴＡ

matlab在自动控制原理中的应用毕业论文

matlab在自动控制原理中的应用毕业论文

建筑与技术学院MATLAB在自动控制原理中的应用毕业设计(论文)原件及使用授权说明原始语句我保证我提交的毕业设计(论文)是我在导师指导下所做的研究工作和成果。

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签名:日期:目录摘要3第1章绪论41．1研究目的41．2相关研究现状41．3研究方法41．4本次设计的主要容以与目前学术届近一步研究的趋势61. 4. 1本次设计的主要容61. 4. 2目前学术界近一步研究的趋势6第2章开发工具82．1 MATLAB编程语言发展历程与特点82．2 MATLAB系统构成92．3 MATLAB的GUI设计102．4本章小结11第3章控制系统性能指标与校正装置分类123．1控制系统的性能指标123. 2控制系统校正的分类143．3本章小结16第4章基于频率法的控制系统的校正设计174．1基于频率法的串联超前校正174．1．1 串联超前校正网络设计的算法步骤174．1．2超前校正装置的评价184．2基于频率法的串联滞后校正184．2．1串联滞后校正网络设计的算法步骤194. 2. 2滞后校正装置的评价194．3基于频率法的串联超前滞后校正194．3．1串联超前滞后校正网络设计的算法步骤204．3．2滞后超前校正装置的评价204. 4三种校正方法的效果对比214．5本章小结21第5章控制系统的仿真与校正对比分析225．1程序方式225. 1. 1控制系统校正前的性能指标225. 1. 2校正装置的设计过程与其性能指标的仿真285. 1. 3控制系统校正后的性能指标305．2Multisim电路设计仿真方式38第6章设计总结416. 1总结416. 2心得41附英文文献：43摘要本文将讨论如何根据用户对自动控制系统的要求来设计串级补偿器，这具有非常重要的现实意义。

Matlab数字仿真在自动控制原理教学中的应用

Matlab数字仿真在自动控制原理教学中的应用

Matlab数字仿真在自动控制原理教学中的应用摘要：自动控制原理这门控制理论课程强调方法论，理论性强，如何帮助学生理解和掌握课程中的基本概念、原理和分析方法，并培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，是当前课堂教学所要解决的重要问题。

通过讨论Matlab数字仿真在系统时域分析、根轨迹分析中的应用，提出一种在课堂中引入虚拟实验的新型教学方法，增强教学内容的直观性，激发学生的学习兴趣，从而提高课堂教学质量和效率。

关键词：Matlab数字仿真；时域分析；根轨迹法；课堂教学自动控制原理是自动化与电气信息类专业的一门重要的专业基础课程，在整个专业知识体系中有承上启下的作用，占据非常重要的地位。

该课程内容涉及控制系统的模型建立、系统性能分析、系统设计等基本理论与方法，所讨论的基本问题是在工程实践的基础上提升和抽象出来的内容，具有理论性强、信息量大、概念抽象、数学推导多等特点，学生往往因为缺乏工程实践知识和对实际控制系统的感性认识，感到学习内容抽象，难以理解。

通过将自动控制系统Matlab 数字仿真应用于自动控制原理的多媒体课堂教学当中，在课堂教学中引入控制工程实例，可以增强课堂教学的直观性和生动性，帮助学生理解和掌握抽象的理论知识，从而提高教学效率。

本文通过实例探讨Matlab仿真技术在时域分析、根轨迹分析和系统设计与校正等教学中的应用。

1基于Matlab/Simulink的时域分析法自动控制原理讲述了常规的3大系统分析方法，包括时域分析、根轨迹分析和频域分析，其中时域分析中的数学模型是微分方程，复数域分析中的数学模型是传递函数，频域分析中的数学模型是频率特性。

在时域分析法中，闭环系统稳定性的判定是学习重点，线性系统稳定的充要条件是：特征方程的所有特征根均具有负实部［1］。

判定系统稳定性一般采用劳斯判据，对于高阶系统，计算过程繁琐而且复杂，但是运用Matlab来判断稳定性不仅减少计算量，而且能够准确获得所有特征根［2］。

MATLAB技术PID控制方法

MATLAB技术PID控制方法

MATLAB技术PID控制方法引言：现代工业中，自动化控制技术的应用已经广泛而深入。

PID控制是常用的自动控制方法之一，它通过对系统的反馈信号进行连续调整，使得系统能够迅速响应和稳定运行。

在PID控制中，MATLAB作为一种强大的数学计算工具和编程语言，可以极大地简化控制系统的设计和开发过程。

本文将介绍MATLAB技术在PID控制方法中的应用，探讨其原理和实现方法。

一、PID控制概述PID控制是一种经典的自动控制方法，它由比例控制、积分控制和微分控制三个部分组成，可以通过对系统误差进行连续调整，实现对被控对象的精确控制。

比例控制根据误差的大小进行反馈调整，积分控制根据误差的积分值进行反馈调整，微分控制根据误差的变化率进行反馈调整。

PID控制器根据系统的特性和需求，通过调节比例系数、积分时间和微分时间，确定适合的控制参数，实现对系统的稳定运行。

二、MATLAB在PID控制中的应用1. 定义被控对象的传递函数在MATLAB中，可以使用tf函数来定义被控对象的传递函数。

传递函数描述了系统的输入和输出之间的关系，可以使用线性时不变系统模型进行描述。

例如，对于一个一阶惯性系统，可以使用以下代码定义其传递函数：```matlabnum = [1]; % 传递函数的分子多项式系数den = [1, 2, 1]; % 传递函数的分母多项式系数sys = tf(num, den); % 定义传递函数```2. 设计PID控制器在MATLAB中，可以使用pid函数来设计PID控制器。

pid函数接受控制参数和被控对象的传递函数作为输入，返回一个PID控制器对象。

例如，使用如下代码可以设计一个PID控制器：```matlabKp = 1; % 比例系数Ti = 1; % 积分时间Td = 1; % 微分时间controller = pid(Kp, Ti, Td); % 设计PID控制器```3. 绘制PID控制器的阶跃响应曲线在MATLAB中，可以使用step函数来绘制PID控制器的阶跃响应曲线。

MATLAB 在自动控制系统的应用

MATLAB 在自动控制系统的应用

征多项式的根，存储在数组r中。 系统稳定性代数判据的MATLAB实现命令： 1）P=pole(sys):返回系统sys的极点，以向量形 式存储于数组p中。 2）z=zero(sys):返回系统sys的零点，以向量形 式存储于数组p中。 3)[z,k]= zero(sys):返回系统sys的零点的同时， 返回系统增益k。 4)[p,z]=pzmap(sys):绘制系统的零极点图，并将 零极点向量分别存储于数组p,z中。
i=i+1; end t2=t(i); tr=t2-t1 程序运行结果：
sigma = 16.2838 tp = 1.2000 td = 0.4800 tr = 0.5400
tp=t(i) y50=0.5*yfinal; y10=0.1*yfinal; y90=0.9*yfinal; i=1; while y(i)<y50 i=i+1; end td=t(i) i=1; while y(i)<y10; i=i+1; end t1=t(i); i=1; while y(i)<y90;

二.尼科尔斯图的绘制：nichols()函数 格式： ① nichols(sys) ② nichols(sys,ω ) ③ nichols (sys，[ωmin, ωmax] )、 ngrid:为尼科尔斯图加上网线 例：单位负反馈系统的开环传递函数为


ห้องสมุดไป่ตู้

绘制尼科尔斯图。 解:num=[5 1]； den=conv([1 2],[4 0.8 1]); g=tf(num, den); nichols(g)

例：已知系统特征方程为：
s 3s 2s 2s 3 0
4 3 2
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MATLAB在自动控制系统中的应用
摘要：随着计算机技术的发展和应用，自动控制理论和技术在宇航、机器人控制等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。

不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、经济管理和其它许多社会生活领域中，成为现代社会生活中不可缺少的一部分。

随着时代进步和人们生活水平的提高，建设高度文明和发达社会的活动中，自动控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。

关键词：matlab；自动控制；应用
中图分类号：tp273
matlab环境（中文名是矩阵实验室）是matlab是math works公司推出的种面向工程和科学运算的交互式计算软件，经过近二十年的发展与竞争、完善，现已成为国际公认的最优秀的科技应用软件。

matlab有三大特点：一是功能强大，它包括了数值计算和符号计算、计算结果和编程可视化、数学和文字统一处理、离线和在线计算等功能；二是界面友好、语言自然，matlab以复数矩阵为计算单元，指令表达与标准教科书的数学表达式相近；三是开放性强，matlab 有很好的可扩充性，可以把它当作一种高级的语言去使用，用它容易地编写各种通用或专用应用程序。

1 matlab基本框架和功能
2 利用matlab进行系统稳定性判定
稳定性是指控制系统在受到扰动信号作用，原有平衡状态被破坏
后，经过自动调节能够重新达到平衡状态的性能。

当系统在扰动信号作用（如电网电压波动，电动机负载转矩变化等）下偏离了原来的平衡状态时，若系统能通过自身的调节作用使得偏差逐渐见笑，重新回到平衡状态，则系统是稳定的；若偏差不断增加，即使扰动消失，系统也不能回到平衡状态，则这种系统是不稳定的，这表明稳定性是表征系统在扰动消失后的一种恢复能力，它是系统的一种固有特性。

系统的稳定性又分为两种：一种是大范围的稳定，即初始偏差可以很大，但系统仍然稳定；另一种是小范围稳定，即初始偏差必须在一定限度内系统才稳定，超出了这个限定值则不稳定。

对于线性系统，如果小范围内是稳定的，则它的大范围也是稳定的。

而非线性系统不存在类似结论。

任何一个自动控制系统正常运行的首要条件是，它必须是稳定的。

因此，判别系统的稳定性和使系统处于稳定的工作状态，是自动控制的基本问题之一。

稳定性是系统去掉扰动以后，系统自身的一种恢复能力，是系统本身所固有的特性。

它仅仅取决系统的结构参数，而与初始条件及输入信号无关。

根据分析我们知道，如果系统所有的闭环特征根（闭环极点）都分布在s平面左半部，则系统的暂态分量随时间增加逐渐消失为零，这种系统是稳定的。

如果有一个或一个以上的闭环特征根是位于s平面右半部或虚轴上，则系统是不稳定的。

3 matlab进行系统时域分析
对控制系统而言，其数学模型由微分方程和差分方程给出，因此
可以从给定的初始值开始，通过某种算法逐步求出系统某一时刻的响应，从而丝线对控制系统的分析。

此外，通过对系统的时域分析，可以求得系统响应的性能指标。

在经典控制理论中，时域分析法是一种十分重要的分析和设计控制系统的方法，它包括系统稳定性分析、动态性能和稳态性能指标的计算等内容。

时域分析法是通过传递函数、拉氏变换及其反拉氏变换求出系统在典型输入下的输出表达式，从而分析系统的时间响应的全部信息。

与其他分析法相比较，时域分析法是一种直接分析法，具有直观和准确的优点，尤其适用于一、二阶系统的分析计算。

与控制系统的其他matlab仿真一样，时域响应matlab的仿真方法也可以在matlab函数的指令方式下进行时域仿真，对于线性系统，matlab控制系统工具箱提供了若干函数完成线性系统的仿真。

4 利用matlab进行根轨迹绘制
在控制系统分析中，为了避开直接求解高阶多项式的根时遇到的困难，在实践中提出了一种图解求根法，即根轨迹法。

所谓根轨迹法是指当系统的某一个（或几个）参数从- 到+ 时，闭环特征方程的根在复平面上描绘的一些曲线。

应用这些曲线，可以根据某个参数确定相应的特征根。

在根轨迹法中，一般取系统的开环放大倍数k作为可变参数。

由于根轨迹是以k为可变参数，根据开环系统的零极点画出来的，因而它能反应出开环系统零极点与闭环系统极点（特征根）之间的关系。

利用根轨迹可以分析系统参数和结构已定的系统的时域响应
特性，以及参数变化对时域响应特性的影响，而且还可以根据对时域响应特性的要求确定可变参数及调整开环系统零极点的位置，并改变它们的个数，也就是说根轨迹法可用于解决线性系统的分析与综合问题。

显然，满足上式的s即是系统的闭环特征根。

当k从0变化到∞时，n个特征根将随之变化出n条轨迹。

这n 条轨迹是系统的闭环根轨迹（简称根轨迹）。

由上式确定的根轨迹方程可以分解成相角方程和幅值方程。

5 结束束
本文主要介绍了自动控制原理理论及matlab语言的特点，基于matlab在自动控制原理中的应用研究，介绍了如何利用matlab及其函数库和图像绘制处理进行自动控制的稳定性判断和时域分析，并且在最后利用图像描绘传递函数系统的根轨迹图。

参考文献：
[1]张静等.matlab在控制系统中的应用[m].北京：电子工业出版社，2007.5：100-103，203-206
[2]吴晓燕，张双选.matlab在自动控制中的应用[m].西安：西安电子科技大学出版社，2006.9：120-122.
[3]李维波.matlab在电气工程中的应用[m].北京：中国电力出版社，2009.6：110-114.
作者简介：陈婧（1983-），女，汉族，大学本科，现就职于山东省轻工工程学校，助理讲师，主要从事自动控制的教育教学工作，
现就读于青岛科技大学机电工程学院，攻读在职硕士研究生。