基于MatLab／Simulink的单片机控制系统仿真

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MATLAB和Simulink环境下控制系统的动态仿真

MATLAB 和Simulink 环境下控制系统的动态仿真袁亮亮机械设计制造及其自动化082班 08556233摘要：文章着重阐述可在MA TLAB 和Simulink 环境下对实际控制对象的动态仿真过程和意义，同时对两种仿真方法进行了比较。

关键词：控制系统；动态仿真；MA TLAB ；Simulink生产过程自动化是指在轻工、纺织、电力、化工、冶金等生产中，对于温度、压力、流量、液体或流体的成分等变量实现自动控制、自动检测。

生产过程自动化在国名经济中起着重要的作用，它是提高劳动生产率，降低能源消耗、改善劳动条件的重要手段，也是现代化企业的重要标志之一为克服实训设备的缺乏或条件的局限，高职院校在培养专业人才上不仅应该重视理论知识，更要大力培养学生对于实际控制系统运行的分析、操作能力。

而MA TLAB 作为当前国际控制界最流行的面向控制与科学计算机的高级语言，以及MA TLAB 环境下的Simulink 是一个用于系统建模、仿真和分析的最强大/最优秀、最容易掌握的软件，对于提高学生的知己控制系统的运行、分析、处理能力大有益处，同时节省大量实训设备的投资，可以起到事半功倍的效果。

1. MALAB 仿真图框及仿真程序MA TLAB 是目前国际最流行的控制系统计算机辅助设计的软件工具，广泛应用于控制界、生物医学界、语言处理界、图像信号处理、雷达工程、信号分析、计算机技术等领域。

用MALAB 编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致，尤其进行数学运算非常方便；MALAB 工具箱功能强大，即使没有C 或FORTRAN 程序设计语言的基础，也可以设计出功能强大、界面优美、稳定可靠的高质量程序，而且编程效率和计算效率极高。

以实验室锅炉模型的液位自动控制系统为例加以讨论，其数学模型为20.08() 2.03G s s s =+按10：1衰减曲线法（使用simulink 仿真）整定PID 调节器的参数，其传递函数确定为，其单位阶跃响应曲线用MA TLAB 仿真图1所示图1 锅炉液位MA TLAB 仿真曲线MA TLAB 程序：%picontrolr=1;num1=[182.0 8.3];den1=[22 0];num2=[0.08];den2=[2.03 1 0];[num3 den3]=series(num1,den1.num2,den2);[num den]=cloop(num3,den3);[A b c d]=tf2ss(num,den);Tf=input(‘仿真时间Tf=’)；h=input(‘计算步长h=’)；1()8.3(1)22C G s s =+x=[zeros(length(A),1)];y=0,t=0;for i=1:Tf/hk1=A*x+b*r;k2=A*(x+h*k1/2)+b*r;k3=A*(x+h*k2/2)+b*r;k4=A*(x+h*k3)+b*r;x=x+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;y=[y;c*x];t=[t;t(i)+h];endplot(t,y)其中：Tf=25H=0.02从系统运行的仿真结果看，基本达到设计要求。

基于MatlabSimulink的控制系统设计与仿真

基于MatlabSimulink的控制系统设计与仿真控制系统设计与仿真是现代工程领域中至关重要的一部分，它涉及到对系统的建模、控制器设计以及性能评估等方面。

MatlabSimulink作为一款强大的工程仿真软件，在控制系统设计与仿真中扮演着重要的角色。

本文将介绍基于MatlabSimulink的控制系统设计与仿真的基本原理、方法和应用。

1. 控制系统设计基础在开始介绍基于MatlabSimulink的控制系统设计与仿真之前，我们首先需要了解控制系统设计的基础知识。

控制系统通常由被控对象、传感器、执行器和控制器等组成。

其中，被控对象是需要被调节或控制的物理系统，传感器用于采集被控对象的状态信息，执行器则根据控制器输出的信号对被控对象进行调节，而控制器则根据传感器采集的信息和设定的目标来生成控制信号。

2. MatlabSimulink简介MatlabSimulink是MathWorks公司推出的一款用于数学建模、仿真和算法开发的工具。

它提供了丰富的模块库和直观的图形化界面，使工程师能够快速地建立模型、进行仿真并进行实时分析。

在控制系统设计领域，MatlabSimulink可以帮助工程师快速搭建控制系统模型，并进行性能评估。

3. 控制系统建模与仿真在MatlabSimulink中，可以通过拖拽不同的模块来建立控制系统模型。

常见的模块包括传感器、执行器、PID控制器等。

通过连接这些模块，并设置相应的参数，可以构建一个完整的控制系统模型。

一旦建立好模型，就可以进行仿真分析了。

MatlabSimulink提供了丰富的仿真工具，可以对系统进行时域分析、频域分析等。

4. 控制器设计与调试在控制系统设计中，控制器设计是至关重要的一环。

MatlabSimulink提供了各种常见的控制器设计方法，如PID控制器、状态空间反馈等。

工程师可以根据系统需求选择合适的控制器，并通过仿真来验证其性能。

此外，在调试阶段，MatlabSimulink还提供了丰富的调试工具，如信号监视器、作用力显示等，帮助工程师快速发现问题并进行调整。

MATLAB控制系统仿真-simulink

6 4 u 2 0
系统为一个两输入两输出系统》A=[1 6 9 10; 3 12 6 8; 4 7 9 11; 5 12 13 14]; 》B=[4 6; 2 4; 2 2; 1 0]; 》C=[0 0 2 1; 8 0 2 2]; 》D=zeros(2,2);
第五节
一、模型的转换
• 举例应用： 1）exp3_2.m 系统1为：
0 x1 1 y 1 1
1 0 x1 u1 2 1 3 x 1 u 1
系统2为：
0 x2 1 y 2 1 1 0 x2 u2 3 1 4 x 2
0 . 25 i s 2i 2 s 1
2s 9s 1
3
k= 2
结果表达式： G ( s ) 2

0 . 25 i s 2i

第四节
状态空间描述
状态方程与输出方程的组合称为状态空间表达式，又称为动态方程，经典控制理论用传递函数将输入—输出关系表达出来，而现代控制理论则用状态方程和输出方程来表达输入—输出关系，揭示了系统内部状态对系统性能的影响。
零极点增益模型： G ( s ) 4 3 2 s 9 s 45 s 87 s 50 》num=[1,11,30,0]; 》den=[1,9,45,87,50]; [z,p,k]=tf2zp(num,den) 》 z= p= k= 0 -6 -5 -3.0000+4.0000i -3.0000-4.0000i -2.0000 1
用法举例： 0 1）已知系统状态空间模型为： x 1
y 1
1 0 x u 2 1 3 x u
》A=[0 1; -1 -2]; B=[0;1]; 》C=[1,3]; D=[1]; 》[num,den]=ss2tf(A,B,C,D,iu) ％iu用来指定第n个输入，当只有一个输入时可忽略。》num=1 5 2; den=1 2 1; 》[z,p,k]=ss2zp(A,B,C,D,iu) 》z= -4.5616 p= -1 k=1 -0.4384 -1

控制系统Simulink仿真PPT课件(MATLAB学习资料)

其频率特性为：
积分环节的幅值与成反比，相角恒为-
时，幅相特性从虚轴
处出发，
沿负虚轴逐渐趋于坐标原点，程序如下：
g=tf([0,1],[1,0]); nichols(g); grid on
运行程序输出如图6-14曲线②所示。
。当
在Simulink中积分环节的使用如如图6-15所示。运行仿真输出图形如图6-10所示。
• 频域法是基于频率特性或频率响应对系统进行分析和设计的一种图解方法，故又称为频率响应法，频率法的优点较多，具体如下：
• 首先，只要求出系统的开环频率特性，就可以判断闭环系统是否稳定。 • 其次，由系统的频率特性所确定的频域指标与系统的时域指标之间存
在着一定的对应关系，而系统的频率特性又很容易和它的结构、参数联系起来。因而可以根据频率特性曲线的形状去选择系统的结构和参数，使之满足时域指标的要求。 • 此外，频率特性不但可由微分方程或传递函数求得，而且还可以用实验方法求得。这对于某些难以用机理分析方法建立微分方程或传递函数的元件(或系统)来说，具有重要的意义。因此，频率法得到了广泛的应用，它也是经典控制理论中的重点内容。
• 2）由于对数可将乘除运算变成加减运算。当绘制由多个环节串联而成的系统的对数坐标图时，只要将各环节对数坐标图的纵坐标相加、减即可，从而简化了画图的过程。
• 3）在对数坐标图上，所有典型环节的对数幅频特性乃至系统的对数幅频特性均可用分段直线近似表示。这种近似具有相当的精确度。若对分段直线进行修正，即可得到精确的特性曲线。
其频率特性为：
一阶复合微分环节幅相特性的实部为常数1，虚部与成正比，如图5-26曲线①所示。不稳定一阶复合微分环节的传递函数为：
其频率特性为：
一阶复合微分环节的奈奎斯特曲线图编程如下： clc,clear,close all g=tf([1,1],[0 1]);

MATLABSimulink和控制系统仿真实验报告

MATLAB/Simulink与控制系统仿真实验报告姓名：喻彬彬学号：K031541725实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立一、实验目的1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识；2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。

二、实验设备电脑一台；MATLAB 仿真软件一个三、实验内容1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。

2、一个单位负反馈二阶系统，其开环传递函数为210()3G s s s =+。

用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。

3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+，其中250()23s G s s s+=+。

4、一闭环系统结构如图所示，其中系统前向通道的传递函数为320.520()0.11220s G s s s s s+=+++，而且前向通道有一个[-0.2，0.5]的限幅环节，图中用N 表示，反馈通道的增益为1.5，系统为负反馈，阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。

四、实验报告要求实验报告撰写应包括实验名称、实验内容、实验要求、实验步骤、实验结果及分析和实验体会。

五、实验思考题总结仿真模型构建及调试过程中的心得体会。

题1、（1）利用Simulink的Library窗口中的【File】→【New】，打开一个新的模型窗口。

（2）分别从信号源库（Sourse）、输出方式库（Sink）、数学运算库（Math）、连续系统库（Continuous）中，用鼠标把阶跃信号发生器（Step）、示波器（Scope）、传递函数（Transfern Fcn）和相加器（Sum）4个标准功能模块选中，并将其拖至模型窗口。

控制系统建模与仿真基于MATLABSimulink的分析与实现

控制系统建模与仿真基于 MATLABSimulink的分析与实现
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
实现
通过
仿真
技术
进行
分析
方法
分析
matlabsi mulink
仿真
系统
simulink
实现
介绍
工程
精彩摘录
精彩摘录
《控制系统建模与仿真基于MATLABSimulink的分析与实现》精彩摘录随着科技的发展和社会的进步，控制系统在各个领域中的应用越来越广泛，掌握控制系统的建模与仿真技术对于科学研究、工程实践等方面都具有重要意义。而《控制系统建模与仿真基于MATLABSimulink的分析与实现》这本书，正是为满足这一需求而编写的。
阅读感受
而真正让我感到震撼的是第4章到第8章的内容。作者利用MATLAB强大数据处理、绘图函数和Simulink仿真工具，对被控对象模型进行了系统建模、分析、计算、性能指标的优化及控制器设计。从时域、频域、根轨迹、非线性及状态空间几个方面，完成了对系统性能指标的验证及控制系统设计。这其中的细节和深度，都足以显示作者对这一领域的深入理解和实践经验。
目录分析
在“仿真技术”部分，目录涵盖了控制系统仿真的基本原理、仿真模型的建立、参数设置以及仿真结果的分析等内容。还介绍了如何利用MATLABSimulink进行仿真，使得读者能够快速上手这一强大的仿真工具。
目录分析
“应用实例”部分通过多个具体的案例，展示了如何将建模与仿真技术应用于实际控制系统。这些案例既有简单的单输入单输出系统，也有复杂的非线性多输入多输出系统，具有很高的实用价值。

基于MATLABSimulink的控制系统设计与仿真

基于MATLABSimulink的控制系统设计与仿真控制系统设计是现代工程领域中至关重要的一部分，它涉及到对系统动态特性的分析、建模、控制器设计以及系统性能评估等方面。

MATLAB Simulink作为一款强大的工程仿真软件，在控制系统设计与仿真领域有着广泛的应用。

本文将介绍基于MATLAB Simulink的控制系统设计与仿真过程，包括系统建模、控制器设计、性能评估等内容。

1. 控制系统设计概述控制系统是通过对被控对象施加某种影响，使其按照既定要求或规律运行的系统。

在控制系统设计中，首先需要对被控对象进行建模，以便进行后续的分析和设计工作。

MATLAB Simulink提供了丰富的建模工具和仿真环境，可以帮助工程师快速准确地建立系统模型。

2. 系统建模在MATLAB Simulink中，可以利用各种不同的模块来构建系统模型，如传感器、执行器、控制器等。

通过简单拖拽这些模块并连接起来，就可以构建出完整的系统结构。

同时，Simulink还支持连续系统和离散系统的建模，可以方便地进行时域和频域分析。

3. 控制器设计控制器是控制系统中至关重要的一部分，它根据系统反馈信息对输出信号进行调节，以实现对被控对象的精确控制。

在MATLAB Simulink中，可以使用各种不同类型的控制器设计工具，如PID控制器、状态空间反馈控制器等。

通过这些工具，工程师可以快速设计出符合系统要求的控制器。

4. 性能评估在完成控制器设计后，需要对系统性能进行评估。

MATLAB Simulink提供了丰富的仿真功能，可以对系统进行动态响应、稳定性、鲁棒性等方面的评估。

通过仿真结果，工程师可以及时发现问题并进行调整优化。

5. 实例分析为了更好地说明基于MATLAB Simulink的控制系统设计与仿真过程，我们以一个温度控制系统为例进行分析。

首先建立被控对象的数学模型，然后设计PID控制器，并利用Simulink进行仿真验证。

最后根据仿真结果对系统性能进行评估，并进行必要的调整。

基于MATLAB Simulink系统仿真权威指南

1.4.1纯文本帮助 1.4.2演示帮助 1.4.3帮助文件目录 1.4.4帮助文件索引
2.1 Simulink的基本介绍
2.2 Simulink的导引
2.3 Simulink的工作原理
2.4 Simulink的组成
2.5 Simulink环
境的设置
2.6小结
2.1.1功能 2.1.2特点
3.2 Simulink模块
3.1 Simulink基本操作
3.3 Simulink系统模型的构建
3.4管理模型的版本
3.5小结
3.1.1 Simulink的窗口和菜单 3.1.2打开系统模型 3.1.3输入Simulink命令 3.1.4保存系统模型 3.1.5打印模型框图及生成报告 3.1.6常用鼠标和键盘操作
7.4.1 Scope模块和XY Graph模块的使用 7.4.2悬浮Scope模块和Display模块的使用 7.4.3返回变量的使用 7.4.4 To Workspace模块的使用
1
8.1过零检测
8.2系统代数 2
环的概念与解决方案
3 8.3高级积分
器
4 8.4仿真诊断
选项设置
5
8.5小结
10.2封装编辑器
10.1封装子系统概述
10.3创建封装模块的动态对话框
10.4自定义库操作
10.5小结
10.2.1 Icon选项卡的设置 10.2.2 Parameters选项卡的设置 10.2.3 Initialization选项卡的设置 10.2.4 Documentation选项卡的设置
5.7.1混合信号 5.7.2总线信号 5.7.3总线对象
6.1创建模型

基于matlab simulink的系统仿真技术与应用

基于matlab simulink的系统仿真技术与应用
Matlab Simulink是一种用于仿真和分析各种复杂系统的建模仿真工具，它采用对象模型方法和图形化界面，极大地方便了工程师的仿真设计分析过程。

其电子工程仿真应用特别广泛，既可以模拟模型上的电路，还可以处理控制系统、数字系统、仿真信号、信号处理、通信系统及某些特定的设备系统，甚至可以构建一个模拟环境来建立系统对象、以模型象征性描述，进行逼真的仿真及调试。

Simulink仿真技术结合Matlab编程语言可用于系统建模实现，用于分析和仿真不同层次的复杂系统，有助于更好的理解的系统的构成和行为，为系统优化和综合设计提供帮助，并可以更好的准确地预测系统行为。

Simulink技术主要用于汽车控制、航空航天、船舶航行、航天实验、发动机控制、电力传输、机械系统、自动化控制、机器人控制等多个领域。

基于MatLab_Simulink的单片机控制系统仿真

给定输入量和输出量分别采样，然后计算出
误差），经运算处理后得到数字控制量，最后通过Ｄ／Ａ转换器变换为模拟控制量ｕ施加Ｆｉｇ．１
图１单片机控制系统框图Ｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｓｉｎｇｌｅ! ｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ
给被控对象．在控制系统中，单片机控制器具有以下特征：
ａ．由于单片机控制器采用定周期采样控制方式，因此它不是连续模拟控制器，而是一种离散的数字控
制器．但是，单片机控制器与一般的数字控制器不同，一般的数字控制器只是完成某种单一的运算功能，运
算过程可用传递函数描述；而单片机控制器完成的功能可能很复杂，涉及循环、条件判断、逻辑运算等操作，
无法用传递函数描：因此，单片机控制器是一种特殊的数字控制器．
于存储ｅ（ｋ－１）和ｅ（ｋ－２），Ｍｅｍｏｒｙ３与加法器ｓｕｍ２一起实现控制器的位置输出．
图３单片机ＰＩＤ控制系统仿真模型Ｆｉｇ．３ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆＰＩＤｓｉｎｇｌｅ! ｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ
弹出的Ｓ! Ｆｕｎｃｔｉｏｎｎａｍｅ对话框中键入ｐｉｄ! ｚｌ，Ｓ函数模块设计完成．
ｄ．利用变步长（Ｖａｒｉａｂｌｅ! Ｓｔｅｐ）和Ｏｄｅ４５解算法设置仿真器参数．
在上述各步骤完成后便可启动仿真器进行仿真，并应用ＭａｔＬａｂ语言中的ｐｌｏｔ（ｔ，ｙ）指令作出相关曲线．
收稿日期：２００５－０６－２１作者简介：龚昌来（１９６２－）男，湖南浏阳人，副教授，主要从事智能测控、信号分析与处理方面的研究．

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了单片机控制系统的仿真模型，ＰＤ控制系统为例，现了单片机控制系统的仿真．以Ｉ实
关键词：单片机控制器；仿真；ＭａＬｂｔａ；Ｓ函数中图分类号：Ｔ３８１Ｐ６．文献标识码：Ｂ
在对由单片机控制的系统开发设计时，对控制系统进行仿真研究具有十分重要的意义．通过仿真研先究．以对各种控制策略与方案进行分析比较和参数优化，可这不但有利于高性能控制系统的设计，且大大而
基于ＭａＬｂ／ｉｌｋ的单片机控制系统仿真ｔａＳｍｕｉｎ
龚昌来
（嘉应学院电子信程系，广东梅州５４５ｇＴ１０１）
摘要：单片机控制器是一种特殊的数字控制器．根据单片机控制器的工作特征，ＭａＬｂ，ｉｌｋ环境下建立在ｔａＳｍｕｉｎ
缩短了开发周期．
ＭａＬｂ是Ｍａｈｏｋ公司推出的一种以矩阵为基本编程单元的程序语言。面向科学与工程计算的ｔａｔｗｒｓ是高级语言．编程效率、其可读性和可移植性都明显高于其他高级语言．Ｓｍｕｉｋ是运行在ＭａＬｂ环境下的ｉｌｎｔａ用于建模、真和分析动态系统的工具箱．Ｓｍｕｉｋ中含有许多模块库，用这些模块可直观、仿ｉｌｎ利方便地构造系统模型并进行分析计算和仿真工作．本文中作者利用ＭａＬｂ中的Ｓｍｕｉｋ工具箱和Ｓ函数．ｔａｉｌｎ论述单片机控制系统模型的建立及仿真方法．
ａ．由于单片机控制器采用定周期采样控制方式．因此它不是连续模拟控制器，是一种离散的数字控而
制器．但是，片机控制器与一般的数字控制器不同，单一般的数字控制器只是完成某种单一的运算功能，运算过程可用传递函数描述；单片机控制器完成的功能可能很复杂，而涉及循环、件判断、辑运算等操作，条逻无法用传递函数描：因此，片机控制器是种特殊的数字控制器．单
单片机控制器模型的建立
单片机控制系统的结构框图如图１示．所
单片机控制系统一般采用定周期采样控制方
式．即每隔一个固定的时间间隔便通过Ａ／Ｄ转换器对误差信号ｅ进行采样（实际上是对
给定输入量和输出量分别采样，后计算然误差）经运算处理后得到数字控制量，．最后通过Ｄ／Ａ转换器变换为模拟控制量ｕ施加
ｂ．由于单片机控制器依靠执行程序指令来完成控制功能．因此在输入采样和数据处理过程中需要占机
时间．占机时间的长短与单片机所完成功能的复杂程度、Ｄ与Ｄ／Ａ／Ａ的转换速率以及单片机晶振频率等因
素有关．占机时间决定了控制系统的响应速度，一般为几毫秒至几十毫秒．对于被控对象纯滞后时间长的系统．以不考虑占机时间，对纯滞后时间短或无纯滞后的系统，必须考虑占机时间．可但则
龚昌来
基于ＭａＬｂ／ｉｌｋ的单片机控制系统仿真ｔａＳｍｕｉｎ
３３
是一种对动态系统计算机程序语言的描述．在Ｓｍｕｉｋ图形库中有一个Ｓ函数功能模块．过ｉｌｎ通编写Ｓ函数，并将该函数的文件名输入Ｓ函数功能模块，就可实现有关的运算与处理功能．Ｓ函数
收稿日期：２０ — ６２１０５０ —
作者简介：龚昌来（９２），１６一男湖南浏阳人，教授，副主要从事智能测控、号分析与处理方面的研究信
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第２０卷第１期
根据单片机控制器的特点．用ＳｍｕｉｋＴ具箱．建立如图２示的单片机控制器模型．图中零阶保应ｉｌｎ可所
持器（ｅｏＯｒｅｏｄ用于输入采样。现Ａ／Ｚｒ．ｄｒＨｌ）实Ｄ转换功能．Ｓ函数是系统函数ｓｓｅｕｃｉｎ的简称，ｙｔｍｆｎｔｏ
维普资讯
第２０卷第１期
２０年３月０６
河
海
大
学
常
州
分
校
学
报
Ｖｏ．０ＮＯ１１２．Ｍａ．２ｘ６ｒ【Ｊ
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＯＨＡＩＵＶＥＲＳＴＹＣＮＩＩＨＡＮＨＯＵＧＺ
文章编号：０９１３（０６０－０２０１０ — １０２０）１０３－４
图１单片机控制系统框图
Ｆｉ．１Ｂｌｃａｒｍｆｓｎｅｃｉｏｐｅｏｔｏｙｔｍｇｏｋｄｉｇａｏｉｇｌ — ｈｐｃｍｕｔｒｃｎｒｌｓｓｅ
给被控对象．在控制系统中．片机控制器具有以下特征：单