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控制系统MATLAB仿真与应用课程设计1. 选题背景现代工业领域，控制系统是自动化生产过程中不可或缺的一部分。
因此，控制系统课程在自动化工程专业中被广泛开设。
其中，MATLAB作为自动化领域常用的仿真软件，能够快速、有效地建立和分析控制系统模型，被广泛应用于自动化工程课程中。
在此基础上，控制系统MATLAB仿真与应用课程设计成为了自动化工程专业不可或缺的一部分。
本文旨在探讨控制系统MATLAB仿真与应用课程设计的内容和方法。
2. 课程设计内容2.1 课程设计的目标控制系统MATLAB仿真与应用课程设计的目标是通过理论学习和实际实践，使学生熟悉控制系统的基本理论和仿真方法，掌握MATLAB仿真软件的基本操作和控制系统建模方法，同时在课程的实践环节中，能够完成基于MATLAB的控制系统仿真设计任务，提高学生的综合能力和实践能力。
2.2 课程设计的内容课程设计主要包括以下内容：2.2.1 控制系统理论基础•控制系统基本概念和分类•控制系统数学模型及其性质•控制系统稳定性和响应特性分析•PID控制器设计方法与参数调整技巧2.2.2 MATLAB基础•MATLAB软件环境介绍•MATLAB基本语法和数据类型•MATLAB常用函数和命令介绍•MATLAB绘图和数据可视化2.2.3 控制系统MATLAB仿真案例设计•基于MATLAB的控制系统建模方法•控制系统仿真设计实例讲解与分析•控制系统故障诊断与调试方法介绍•控制系统实验结果分析和讨论2.3 课程设计的实践环节课程设计中，学生要根据课程设计的要求，完成相应的仿真实验。
实验包括但不限于以下内容：•PID控制器的设计与参数调整•负反馈系统的稳态和暂态响应特性分析与仿真•步进电机控制系统的设计与仿真•直流电机控制系统的设计与仿真•温度控制系统的设计与仿真在实践过程中，学生要能够熟练使用MATLAB仿真软件，根据实验要求完成系统的建模、仿真和实验现场的调试与测试。
控制系统仿真课程设计（2011级）题目控制系统仿真课程设计学院自动化专业自动化班级学号学生姓名指导教师王永忠/刘伟峰完成日期2014年6月控制系统仿真课程设计一———交流异步电机动态仿真一 设计目的1．了解交流异步电机的原理，组成及各主要单元部件的原理。
2. 设计交流异步电机动态结构系统；3．掌握交流异步电机调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。
二 设计及Matlab 仿真过程异步电机工作在额定电压和额定频率下，仿真异步电机在空载启动和加载过程中的转速和电流变化过程。
仿真电动机参数如下：1.85,2.658,0.2941,0.2898,0.2838s r s r m R R L H L H L H =Ω=Ω===，20.1284Nm s ,2,380,50Hz p N N J n U V f =⋅===，此外，中间需要计算的参数如下：21ms r L L L σ=-，r r r L T R =，222s r r m t rR L R L R L +=，10N m TL =⋅。
αβ坐标系状态方程：其中，状态变量：输入变量：电磁转矩：2p m p s r s Lr d ()d n L n i i T t JL J βααωψψβ=--r m r r s r r d 1d L i t T T ααβαψψωψ=--+r m r r s r r d 1d L i t T T ββαβψψωψ=-++22s s r r mm m s r r s s 2r r r rd d i R L R L L L L i u t L T L L ααβαασψωψ+=+-+22s s r r m m m s r r s s 2r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ββαββσψωψ+=--+[ ]Tr r s s X i i αβαβωψψ=[ ]Ts s L U u u T αβ=()p m e s s s s r n LT i i L βααβψψ=-图00 打开simulink仿真程序图01打开库按钮图3 异步电机simulink结构图封装图4 带3相输入的异步电机框图图5. 3/2转换子系统图6. 2/3转换子系统注意：1）图5，6中标注的三角形增益为矩阵增益，假设输入为U,增益为矩阵C，那么，增益(Gain)环节的设置如下：图6. 增益环节设置2）UA电流输入设置如下：图7. 正弦电流参数设置3）仿真参数设置：如下系统输入：步骤1：打开simulink仿真程序。
一、实验目的1. 掌握控制系统仿真的基本原理和方法；2. 熟练运用MATLAB/Simulink软件进行控制系统建模与仿真；3. 分析控制系统性能，优化控制策略。
二、实验内容1. 建立控制系统模型2. 进行仿真实验3. 分析仿真结果4. 优化控制策略三、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 软件环境：MATLAB R2020a、Simulink3. 硬件环境：个人电脑一台四、实验过程1. 建立控制系统模型以一个典型的PID控制系统为例，建立其Simulink模型。
首先，创建一个新的Simulink模型，然后添加以下模块：（1）输入模块：添加一个阶跃信号源，表示系统的输入信号；（2）被控对象：添加一个传递函数模块，表示系统的被控对象；（3）控制器：添加一个PID控制器模块，表示系统的控制器；（4）输出模块：添加一个示波器模块，用于观察系统的输出信号。
2. 进行仿真实验（1）设置仿真参数：在仿真参数设置对话框中，设置仿真时间、步长等参数；（2）运行仿真：点击“开始仿真”按钮，运行仿真实验；（3）观察仿真结果：在示波器模块中，观察系统的输出信号，分析系统性能。
3. 分析仿真结果根据仿真结果，分析以下内容：（1）系统稳定性：通过观察系统的输出信号，判断系统是否稳定；（2）响应速度：分析系统对输入信号的响应速度，评估系统的快速性；（3）超调量：分析系统超调量，评估系统的平稳性；（4）调节时间：分析系统调节时间，评估系统的动态性能。
4. 优化控制策略根据仿真结果，对PID控制器的参数进行调整，以优化系统性能。
调整方法如下：（1）调整比例系数Kp：增大Kp，提高系统的快速性，但可能导致超调量增大；（2）调整积分系数Ki：增大Ki，提高系统的平稳性，但可能导致调节时间延长；（3）调整微分系数Kd：增大Kd，提高系统的快速性，但可能导致系统稳定性下降。
五、实验结果与分析1. 系统稳定性：经过仿真实验，发现该PID控制系统在调整参数后，具有良好的稳定性。
《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 在控制系统仿真中的应用从本章开始，正式进入到有关MATLAB 在控制系统仿真的领域中去。
我们知道，对控制系统进行仿真，首先要建立系统的数学模型，这是计算机仿真的基础。
我们下面先介绍控制系统数学模型的描述方法。
第一节 控制系统数学模型的基本描述方法在控制系统仿真中，主要用4种形式的数学模型：传递函数.、零极点模型、结构图形式和状态方程模型。
这些模型之间存在着内在的等效关系。
在不同的场合下可能使用的模型形式要求不同，需要了解模型之间的转换方法。
这一节主要介绍它们的MATLAB 实现。
一．控制系统的传递函数描述：（在MATLAB 中称tf 模型）对系统的微分方程在零初始条件下做拉氏变换，则可得系统的传递函数(SISO 系统)： G(s)=11211121)()(+-+-++++++=n n n m m m a s a s a b s b s b s u s y 对线性时不变（线性定常）系统（LTI ）来说，a 、b 均为常数a1≠0。
前面讲过多项式的表示方法。
这里分子分母都为多项式，可将分子分母分别表示出来。
即用分子分母的系数构成两个向量，唯一的确定出来： num=[b 1,b 2,…,b 1+m ]den=[a 1,a 2,…,a 1+m ]注意：构成分子，分母向量按降幂排列的顺序。
这只是一个简单的特例，很多时候，传递函数的分子、分母均为多项式相乘的形式，如：)()())(()(5s 2s 3s 1s s 6s 6s 2s 4s G 23322+++++++= 不能直接写出，可借助多项式乘法运算函数conv( )来处理，以便获得分子、分母多项式向量。
conv( )函数的调用方式为：c=conv(a,b)a,b 各表示一个多项式，c 表示a 和b 的乘积多项式，此函数允许嵌套使用：c=conv(a,conv(b,e))，则上例的G(s)可用下面的语句来输入： num=4*conv([1,2],conv([1, 6, 6],[1, 6, 6]));den=conv([1,0],conv([1,1],conv([1,1],conv([1,1],[1,3,2,5]))));还可以进一步地编写一个convs( )函数来一次性地求出若干个（十个）多项式的连乘积：function a=convs(a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a,8,a9,a10)a=a1;for i=2:nargin %在MATLAB 中它也是一个固定变量，表示在函数调用时实际输入变量的个数。
