matlab控制系统仿真课程设计

计算机仿真技术与CAD基于MATLAB的控制系统第四版课程设计一、课程设计的背景随着计算技术的发展，越来越多的机电设备采用了控制系统，从而提高了生产力和工作效率。

因此，控制系统的设计和仿真技术也得到了越来越广泛的应用。

为了提高控制系统的性能，提高系统的可靠性和稳定性，需要采用控制系统设计和仿真技术。

在此背景下，本次课程设计旨在通过MATLAB软件对控制系统进行仿真设计，从而提高学生的控制系统设计和仿真技能。

二、课程设计的目的本次课程设计的目的主要包括以下几个方面：1.提高学生的控制系统设计和仿真能力；2.增强学生的MATLAB编程技术；3.帮助学生理解控制系统的基本原理及其应用；4.增强学生团队合作和沟通能力。

三、课程设计的内容和要求本次课程设计主要有以下内容和要求：3.1 选题背景和意义选题需要有明确的背景和意义，可以结合实际应用场景进行选择。

3.2 系统分析与模型建立学生需要对待设计的控制系统进行系统分析，并建立相应的模型。

包括控制系统的框图、信号流图、传递函数、状态空间等。

3.3 控制器的设计与仿真学生需要对设计的控制系统设计相应的控制器，并进行仿真评估。

包括根轨迹法、频域设计法、状态反馈控制、PID控制等。

3.4 性能分析与评价学生需要对仿真结果进行性能分析与评价。

包括阶跃响应，超调量，稳态误差等。

3.5 实验设计与编程实现学生需要将设计的控制系统进行实验设计，并用MATLAB编写程序进行实现与测试。

3.6 结果分析与总结学生需要对实验结果进行分析与总结，从控制效果、系统应用等方面加以评价。

四、课程设计的实施方法本次课程设计的实施方法主要包括以下几个方面：1.采取团队合作的方式进行任务分配和工作安排；2.利用网上资源和实验平台，进行实践学习与实验操作；3.在课程设计的过程中，主要采用课堂授课和实验操作相结合的方式进行；4.通过实验操作和讨论，进行知识交流和实践探索。

五、课程设计的评价方法本次课程设计的评价主要从以下几个方面进行：1.对学生在选题、模型分析、控制器设计、仿真评价等方面的表现和成果进行评价；2.对学生实验操作能力和MATLAB编程水平进行评价；3.对团队合作和沟通能力进行评价；4.对报告和总结的撰写质量进行评价。

这篇文章是关于基于Matlab的PID控制仿真课程设计的，主要内容包括PID控制的基本原理、Matlab的应用、课程设计的目的和意义、课程设计的具体步骤和具体操作步骤。

文章采用客观正式的语气，结构合理，旨在解释基于Matlab的PID控制仿真课程设计的重要性和实施方法。

1. 简介PID控制是一种常见的控制算法，由比例项（P）、积分项（I）和微分项（D）组成，可以根据被控对象的实际输出与期望输出的偏差来调整控制器的输出，从而实现对被控对象的精确控制。

Matlab是一种强大的数学建模与仿真软件，广泛应用于工程领域，尤其在控制系统设计和仿真方面具有独特优势。

2. PID控制的基本原理PID控制算法根据被控对象的实际输出与期望输出的偏差来调整控制器的输出。

具体来说，比例项根据偏差的大小直接调整输出，积分项根据偏差的积累情况调整输出，微分项根据偏差的变化速度调整输出。

三者综合起来，可以实现对被控对象的精确控制。

3. Matlab在PID控制中的应用Matlab提供了丰富的工具箱，其中包括控制系统工具箱，可以方便地进行PID控制算法的设计、仿真和调试。

利用Matlab，可以快速建立被控对象的数学模型，设计PID控制器，并进行系统的仿真和性能分析，为工程实践提供重要支持。

4. 课程设计的目的和意义基于Matlab的PID控制仿真课程设计，旨在帮助学生深入理解PID控制算法的原理和实现方法，掌握Matlab在控制系统设计中的应用技能，提高学生的工程实践能力和创新思维。

5. 课程设计的具体步骤（1）理论学习：学生首先需要学习PID控制算法的基本原理和Matlab在控制系统设计中的应用知识，包括控制系统的建模、PID控制器的设计原理、Matlab的控制系统工具箱的基本使用方法等。

（2）案例分析：学生根据教师提供的PID控制实例，在Matlab环境下进行仿真分析，了解PID控制算法的具体应用场景和性能指标。

（3）课程设计任务：学生根据所学知识，选择一个具体的控制对象，如温度控制系统、水位控制系统等，利用Matlab建立其数学模型，设计PID控制器，并进行系统的仿真和性能分析。

《MATLAB编程与系统仿真》课程考核说明1、考核方式及考核时间综合性仿真及报告书(60%)+实验成绩(30%)+平时成绩（10%），其中实验成绩包括实验和报告。

《MATLAB编程与系统仿真》课程是一门实践性比较强的课程，采用传统的试卷考核方式无法体现学生对MATLAB的掌握和应用程度、程序调试能力等。

鉴于此情况，本课程考核以“综合性仿真及报告书+实验成绩+平时成绩“形式进行，综合性仿真考核学生对MATLAB编程语言的掌握程度和运用MATLAB 解决实际问题的能力，并通过报告书的撰写锻炼学生科技文档写作能力。

考核内容及要求见附件1。

考核时间：程序电子档及纸质报告书提交截止时间为第12周星期三12:00。

2、评分标准：报告各项目认真填写，仿真结果正确，具有清晰的设计思路及仿真结果分析。

(90-100)报告各项目认真填写，仿真结果基本正确，具有较为清晰的设计思路并对仿真结果进行了较为清晰的分析。

(80-89)报告各项目认真填写，设计思路正确，能得到仿真结果。

(70-79)报告进行为较为认真的填写，有设计思路。

(60-69)报告有未完成项或各项填写不属实或他人代做或抄袭。

(<60)注：所提交的材料包括报告书和完成的程序源代码，若报告书或程序源代码出现雷同，以0分计。

（报告格式见附件2）课程主讲教师：教研室：信息科学与工程学院：附件1考核内容及要求1、每个学生以自己的学号建立子文件夹，所有程序、数据均放入该子文件夹中；2、共三个题目分别为题目A，题目B，题目C， i=1:11学号后两位为 (i-1)*3+1 的同学完成题目A学号后两位为 (i-1)*3+2 的同学完成题目B学号后两位为 (i-1)*3+3 的同学完成题目C3、编写一个脚本主程序命名为：Amain.m(题目B用Bmain.m,以此类推)调用其它的函数完成全部要求功能；其余函数或数据文件的命名以A字母开始后接自己学号的后10位再加上一个一位的序号，如学号为631206040101的同学，除主程序之外另有两个文件（函数或数据文件），则分别命名为A12060401011和A12060401012；题目A随机生成n个(0,1)之间的数,学号为单数的同学将大于等于0.5的变为1,小于0.5的变为0得到一个n位的01序列(n取你学号的后三位所组成的整数)并对对生成的序列加奇校验码；学号为偶数的同学将大于0.4小于0.6的数的变为1,其余的变为0得到一个n位的01序列(n 取你学号的后三位所组成的整数) 并对生成的序列加偶校验码；假设1个符号的持续时间Tb=0.001s，载波1频率为5KHz，载波2频率为10KHz，试对生成的随机01序列进行2FSK 调制，并在同一图形界面上画出调制信号，已调波形（前10个二进制位）及调制之后功率谱图；设计两个带通滤波器将上述生成的2FSK信号分解成两个2ASK信号，并分别画出信号波形（前10个二进制位）。

matlab仿真实训课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解Matlab仿真的基本原理，掌握仿真模型的构建方法；2. 学会运用Matlab进行数据可视化，分析仿真结果，并提取有效信息；3. 掌握结合课本知识，运用Matlab解决实际问题的能力。

技能目标：1. 能够独立进行Matlab仿真实验，熟练操作Matlab软件；2. 学会编写简单的Matlab程序，实现对仿真模型的参数调整和优化；3. 能够运用Matlab工具箱进行数据分析和处理，提高问题解决效率。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对Matlab仿真的兴趣，激发学生探索科学问题的热情；2. 培养学生的团队协作意识，提高沟通与表达能力；3. 引导学生认识到仿真技术在工程领域的应用价值，树立正确的工程观念。

课程性质：本课程为选修课，旨在帮助学生掌握Matlab仿真的基本技能，提高解决实际问题的能力。

学生特点：学生具备一定的编程基础和数学知识，对Matlab软件有一定了解，但实际操作能力较弱。

教学要求：结合课本内容，注重实践操作，提高学生的动手能力，使学生在实践中掌握理论知识。

将目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。

二、教学内容1. Matlab仿真基础- 介绍Matlab软件的安装与基本操作；- Matlab编程基础，包括数据类型、流程控制、函数编写等；- 理解仿真原理，掌握仿真模型构建的基本方法。

2. 数据可视化与分析- 学会使用Matlab进行数据可视化，如二维、三维图形绘制；- 掌握曲线拟合、插值、图像处理等数据分析方法；- 结合课本案例，进行实际操作练习。

3. 仿真实验与问题求解- 根据课本内容，选择合适的问题进行Matlab仿真实验；- 学会调整仿真模型参数，优化实验结果；- 分析实验数据，提取有效信息，解决实际问题。

4. 工具箱应用- 介绍Matlab常用工具箱，如信号处理、控制系统、神经网络等；- 学会运用工具箱进行数据分析和处理，提高问题解决效率；- 结合课本案例，进行实际应用练习。

matlab课程设计自动控制原理一、教学目标本课程的目标是使学生掌握自动控制原理的基本概念和MATLAB在自动控制领域的应用。

通过本课程的学习，学生应能理解自动控制系统的组成、工作原理和设计方法，熟练运用MATLAB进行自动控制系统的分析和仿真。

知识目标：学生通过本课程的学习，应掌握自动控制基本理论、MATLAB基本操作和自动控制系统仿真方法。

技能目标：学生应能熟练使用MATLAB进行自动控制系统的建模、仿真和分析，具备一定的实际问题解决能力。

情感态度价值观目标：培养学生对自动控制技术的兴趣和热情，提高学生运用现代技术手段进行科学研究的能力，培养学生的创新精神和团队合作意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括自动控制原理的基本概念、MATLAB的基本操作和自动控制系统的仿真方法。

1.自动控制原理：包括自动控制系统的组成、数学模型、稳定性分析、控制器设计和校正方法等。

2.MATLAB基本操作：包括MATLAB的安装和启动、变量和数据类型、矩阵运算、编程和函数的使用等。

3.自动控制系统仿真：包括MATLAB仿真环境的设置、Simulink的介绍和应用、控制系统仿真的方法和步骤等。

三、教学方法本课程采用讲授法、案例分析法和实验法相结合的教学方法。

1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握自动控制原理的基本概念和MATLAB的基本操作。

2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生理解和掌握自动控制系统的建模和仿真方法。

3.实验法：通过上机实验，使学生熟练掌握MATLAB自动控制系统仿真工具的使用，提高学生的实际操作能力。

四、教学资源本课程的教学资源包括教材、多媒体资料和实验室设备。

1.教材：选用《自动控制原理》和《MATLAB基础教程》作为主要教材，为学生提供系统的理论知识和实践指导。

2.多媒体资料：制作课件、教学视频等，以图文并茂的形式展示自动控制原理和MATLAB的操作方法。

3.实验室设备：提供计算机和MATLAB软件，供学生进行自动控制系统的仿真实验。

matlab控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能掌握MATLAB软件的基本操作，并运用其进行控制系统的建模与仿真。

2. 学生能理解控制系统的基本原理，掌握控制系统的数学描述方法。

3. 学生能运用MATLAB软件分析控制系统的稳定性、瞬态响应和稳态性能。

技能目标：1. 学生能运用MATLAB软件构建控制系统的模型，并进行时域和频域分析。

2. 学生能通过MATLAB编程实现控制算法，如PID控制、状态反馈控制等。

3. 学生能对控制系统的性能进行优化，并提出改进措施。

情感态度价值观目标：1. 学生通过课程学习，培养对自动化技术的兴趣和热情，提高创新意识和实践能力。

2. 学生在团队协作中，学会沟通与交流，培养合作精神和集体荣誉感。

3. 学生能认识到控制系统在现代工程技术中的重要作用，增强社会责任感和使命感。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，注重理论知识与实际应用相结合。

学生特点：学生具备一定的数学基础和控制理论基础知识，对MATLAB软件有一定了解。

教学要求：教师需采用案例教学法，引导学生运用MATLAB软件进行控制系统设计，注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。

同时，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行教学设计和评估。

二、教学内容1. 控制系统概述：介绍控制系统的基本概念、分类及发展历程，使学生了解控制系统的基本框架。

- 教材章节：第一章 控制系统概述2. 控制系统的数学模型：讲解控制系统的数学描述方法，包括微分方程、传递函数、状态空间方程等。

- 教材章节：第二章 控制系统的数学模型3. MATLAB软件操作基础：介绍MATLAB软件的基本操作，包括数据类型、矩阵运算、函数编写等。

- 教材章节：第三章 MATLAB软件操作基础4. 控制系统建模与仿真：利用MATLAB软件进行控制系统的建模与仿真，分析系统的稳定性、瞬态响应和稳态性能。

- 教材章节：第四章 控制系统建模与仿真5. 控制算法及其MATLAB实现：讲解常见控制算法，如PID控制、状态反馈控制等，并通过MATLAB编程实现。

matlab自动控制原理课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握MATLAB在自动控制原理中的应用，培养学生利用MATLAB进行自动控制系统分析和设计的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）理解自动控制系统的的基本概念、原理和特点；（2）熟悉MATLAB的基本操作和功能，掌握MATLAB在自动控制原理中的应用；（3）了解自动控制系统的常见分析和设计方法，并能运用MATLAB 进行实现。

2.技能目标：（1）能够运用MATLAB进行自动控制系统的建模、仿真和分析；（2）能够运用MATLAB进行自动控制系统的控制器设计和参数优化；（3）能够结合自动控制理论，对实际控制系统进行MATLAB仿真和调试。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对自动控制理论和实践的兴趣，提高学生学习的积极性；（2）培养学生勇于探索、严谨治学的科学态度；（3）培养学生团队协作、交流分享的良好习惯。

二、教学内容根据教学目标，本课程的教学内容主要包括以下三个方面：1.MATLAB基本操作和功能介绍：MATLAB的安装和配置、基本数据类型、运算符、矩阵操作、函数编写等。

2.自动控制原理：控制系统的基本概念、数学模型、稳定性分析、控制器设计、系统校正等。

3.MATLAB在自动控制原理中的应用：控制系统建模、仿真、分析方法，控制器设计及参数优化，实际控制系统调试等。

三、教学方法本课程采用多种教学方法相结合，以提高学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：用于讲解自动控制原理的基本概念、理论和方法。

2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生更好地理解自动控制原理及其在工程中的应用。

3.实验法：让学生动手实践，利用MATLAB进行控制系统建模、仿真和分析。

4.讨论法：学生进行分组讨论，促进学生间的交流与合作，培养学生的团队协作能力。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将采用以下教学资源：1.教材：《MATLAB自动控制原理与应用》。

《MATLAB控制系统仿真》PID控制系统校正设计引言1.PID校正装置PID校正装置也称为PID控制器或PID调节器。

这里P，I，D分别表示比例、积分、微分,它是最早发展起来的控制方式之一。

2.PID校正装置的主要优点原理简单，应用方便，参数整定灵活。

适用性强，在不同生产行业或领域都有广泛应用。

鲁棒性强，控制品质对受控对象的变化不太敏感，如受控对象受外界扰动时，无需经常改变控制器的参数或结构。

在科学技术迅速发展的今天，出现了许多新的控制方法，但PID由于其自身的的优点仍然在工业过程控制中得到最广泛的应用。

PID控制系统校正设计1.设计目的1.1 熟悉常规PID控制器的设计方法1.2掌握PID参数的调节规律1.3学习编写程序求系统的动态性能指标2.实验内容2.1在SIMULINK窗口建立方框图结构模型。

2.2设计PID控制器，传递函数模型如下。

()⎪⎭⎫⎝⎛++=s T s T k s G d i p c 112.3修改PID 参数p K 、i T 和d T ，讨论参数对系统的影响。

3.4利用稳定边界法对PID 参数p K 、i T 和d T 校正设计。

2.5根据PID 参数p K 、i T 和d T 对系统的影响，调节PID 参数实现系统的超调量小于10%。

3. 实验操作过程3.1在SIMULINK 窗口建立模型图1 设计模型方框图3.2设计PID 控制器图2 PID控制器模型3.3利用稳定边界法对PID参数p K、i T和d T校正设计: 表1 PID稳定边界参数值校正后的响应曲线图3（a）校正后的响应曲线图3（b）校正后的响应曲线3.4调节PID参数实现系统的超调量小于10%:表2 PID 参数图4 响应曲线图4.规律总结1.P控制规律控制及时但不能消除余差,I控制规律能消除余差但控制不及时且一般不单独使用,D控制规律控制很及时但存在余差且不能单独使用。

2.比例系数越小，过渡过程越平缓，稳态误差越大;反之，过渡过程振荡越激烈，稳态误差越小;若p K过大，则可能导致发散振荡。

《控制系统设计与仿真》课程设计报告目录摘要 (1)一、概述 (2)二、设计任务与要求 (2)2.1 设计任务 (2)2.2 设计要求 (2)三、理论设计 (3)3.1 双闭环调速系统总设计 (3)3.2 设计电流调节器 (5)3.2.1.2 确定时间常数 (5)3.2.1.3 选择电流调节器的结构 (5)3.2.1.4 校验近似条件 (5)3.2.1.5 计算调节器电阻和电容 (6)3.3 速度环设计 (6)3.3.1 确定时间常数 (7)3.3.2 选择转速调节器结构 (7)3.2.2.3 检验近似条件 (7)3.2.2.4 计算调节器电阻和电容 (7)3.2.2.5 校核转速超调量 (7)四、系统建模及仿真实验 (8)4.1 MATLAB 仿真软件介绍 (8)4.2 仿真建模及实验 (8)4.2.1 单闭环仿真实验 (8)4.2.2 电流环仿真实验 (10)4.2.3 双闭环仿真实验 (10)4.2.4 反馈回路扰动仿真实验 (14)五、总结 (15)六、体会 (16)参考文献 (17).摘要从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。

双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。

采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。

电流环校正成典型I型系统。

为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。

根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用MATLAB做了双闭环直流调速系统仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。

本文还对实际中可能出现的各种干扰信号进行了仿真，另外本文还介绍了实物验证的一些情况。

关键词：MATLAB 直流调速双闭环转速调节器电流调节器干扰一、概述我们都知道，对于调速系统来说，闭环调速比开环调速具有更好的调速性能。

MATLAB控制系统与仿真课程设计报告院（系）：电气与控制工程学院专业班级：测控技术与仪器1301班姓名：吴凯学号：1306070127指导教师：杨洁昝宏洋基于MATLAB的PID恒温控制器本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。

PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。

PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器 (至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。

在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。

本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback 法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。

关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。

Design of PID Controller based on MATLABAbstractThis paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid controller design method, design a pid controller of temperature control system and observe the output waveform while input step signal through virtual oscilloscope after system completed.Keywords: PID parameter setting ；PID controller；MATLAB simulation。