matlab课程设计(格式模板)
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长春理工大学MATLAB课程设计
1 第一章 绪论
MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。
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2 第二章 理论计算设计及结果
2.1 确定原系统数学模型
当开关S断开时，求原模拟电路的开环传递函数个G(s)
电路图由三部分组成，如图1所示
图1 系统电路图
计算过程：
（1） 确定G1(s)
UrR = U11/Cs
R=100K
C=1uF
所以G1(s) = U1Ur = 10s
（2）U1R1 =U2R2+R3
R1=100K, R2=50K, R3=50K
所以 G2(s)= U2U1 =1 长春理工大学MATLAB课程设计
3 （3）U2R4 = U0R'
R4=100K
1R' = 11/Cs +1R5
R5=100K
C=10uF=10-2
所以G3(s)= U0U2 = 11+s
G(s)=G1(s)G2(s)G3(s),所以G(s)= 10s(s+1)
2.2 确定原系统性能：c、(c)
开环传递函数A(ωc)=10/ωc2√ωc2+1=1 原系统达到幅值穿越频率时A(ω)=1 A(ωc)=10/ωc2√ωc2+1=1 经计算由：ωc=3.1
校正前系统的相位裕量为 γ=180。+φ(ωc)=180。-90。-arctan(ωc)
将ωc=3.1代入式中得γ=17.9。。
2.3 确定校正装置传递函数Gc(s)，并验算设计结果
设超前校正装置的传递函数为：
1Ts1Ts)s(Gc，>1
若校正后系统的截止频率c=m，原系统在c处的对数幅值为L(c)，则： 长春理工大学MATLAB课程设计
4 lg10)(L'c
由此得：
10)('10cL=3.94
由，T1m得时间常数T为：
mT1
将a=3.94，ωm=4.4带入得T=0.11447
再将a=3.94，T=0.11447带入超前校正装置传递函数中得
1Ts1Ts)s(Gc =0.456s+10.11447s+1
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5 第三章 matlab仿真设计
利用Matlab进行仿真设计（校正），就是借助MATLAB相关语句进行上述运算，完成以下任务：①确定校正装置；②绘制校正前、后、校正装置对数频率特性；③确定校正后性能指标。从而达到利用Matlab辅助分析设计的目的
单位反馈线性系统开环传递函数为：
)1(10)(sssG
要求系统在单位斜坡输入信号作用时，开环截止频率c≥4.4弧度/秒，相位裕量≥450，幅值裕量h≥10dB，利用Matlab进行串联超前校正。
1、绘制原系统对数频率特性，并求原系统幅值穿越频率wcp（c））、相位穿越频率wcg、相位裕量Pm[即(c)]、幅值裕量Gm
num=[10];
den=[1,1,0];
G=tf(num,den); %求原系统传递函数
bode(G); %绘制原系统对数频率特性
margin(G); %求原系统相位裕度、幅值裕度、截止频率
[Gm,Pm,wcg,wcp]=margin(G);
grid; %绘制网格线
原系统伯德图如图2所示，其截止频率、相位裕量、幅值裕量由
图中可见
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图2 校正前系统伯德图
2、求校正装置Gc(s)（即Gc）传递函数
L=20*log10(10/(4.4*sqrt(4.4^2+1))); %求原系统在c=4.4处的对数幅值L
a=10^(-L/10);
wc=4.4;
T=1/(wc*sqrt(a));
numc=[a*T,1];
denc=[T,1];
Gc=tf(numc,denc);
3、求校正后系统传递函数G(s)（即Ga）
numa=conv(num,numc);
dena=conv(den,denc);
Ga=tf(numa,dena);
4、求校正后系统对数频率特性，并与原系统及校正装置频率特性进行比较
w=logspace(-1,2);
bode(Ga);
hold on;
bode(G,’:’,w);
hold on; 长春理工大学MATLAB课程设计
7 bode(Gc,’-.’);
grid;
校正前后伯德图如图3所示，校正装置参数a=3.9417，T=0.11447，校正装置传递函数为1s11447.01s45122.0)s(Gc
图3 校正前、后、校正装置伯德图
5、求校正后系统截止频率wcp、相位裕量Pm、幅值裕量Gm，程序如下：
bode(Ga);
margin(Ga);
[Gm,Pm,wcp]=margin(Ga);
grid;
校正后系统的伯德图如图4所示，在图中可见其截止频率、相位裕量、幅值裕量，校正后的各项指标都达要求。
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图4
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9 第四章 Simulink仿真分析
4.1 原系统单位阶跃响应
原系统仿真模型如图5所示
图5
系统运行后，其输出阶跃响应如图6所示
图6
4.2 校正后系统单位阶跃响应
校正后系统仿真模型如图7所示
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10 图7
系统运行后，其输出阶跃响应如图8所示
图8
4.3 校正前后系统阶跃响应的比较
仿真模型如图9所示。
图9
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系统运行后，器输出阶跃响应如图10所示。
图10
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12 第五章 确定有源超前校正网络参数R、C值
确定校正装置传递函数Gc(s),并验算设计结果：
原得到超前校正前系统传递函数为Gc(s)= aTs+1Ts+1 =0.456s+10.11447s+1
校正后系统传递函数 G(s)=10(0.456s+1)s(s+1)(0.11447s+1)
其相位裕量 γ’=180。+φ(ωc’)= 180。+(arctan0.456*4.4 -90。-arctan4.4-arctan0.11447*4.4)=49.8。>45。
幅值裕量h=∞,系统的性能完全满足。
又有a=1+R2*R3R(R2+R3) R2=50K,R3=50K,a=3.94 所以代入求得R=8.5KΩ；
又因为C=T/R T=0.11447, R=8.5KΩ代入得C=13.46uF。
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13 五、校正装置的作用
在确定了合理性能指标以后，就可以进行系统的初步设计，着手选择系统的执行元件测量元件和放大器等，这些是构成控制器的基本元件，它们连同被控对象，组成控制系统的基本部分。被控对象和控制装置的基本元部件确定以后，就可将系统组装起来。那么，这是得系统是否能够全面符合性能指标的要求呢？实践证明，一般不是很理想的，这就需要在系统联式之前进行认真的分析计算。假使性能不佳，满足不了性能指标的要求，就要在容许范围内调整基本元件的某些特性和参数（最容易改变的是放大器的增益）。如果经过这样的调整仍然达不到性能指标的要求，就得在原系统的基础上采取另外一些措施，即对系统加以“校正”。所谓校正，就是给系统附加一些具有某种典型环节特性的点网络，模拟运算部件及测量装置等，靠这些环节的配置来有效地改善整个系统的性能，借以达到要求的指标。由此可见，要改善系统的性能，有两个途径，一条是调整参数，另一条就是增加校正环节。按照校正装置在系统在系统中的链接方式，控制系统校正方式可分为串联校正，反馈校正，前馈校正和符合校正四种。
