matlab在自动控制中的应用研究.doc

matlab在自动控制中的应用研究 姓名：王思鹏 学号：12012242035 2012级自动化3班 【摘要】]自动控制原理；Matlab；稳定性分析；时域响应分析；根轨迹分析 1.概论 1.1?设计目的及意义? ? 自动控制原理是自动化学科重要的专业基础，分为经典控制理论和现代控制理论。经典控制理论是以传递函数为基础，利用时域分析法、频率分析法和根轨迹法对线性定常系统进行分析和设计。这是主要研究自动控制系统的一般规律，涉及控制系统的模型建立、系统分析，以及系统设计的基本理论和相关技术。其特点是具有一定的概括性和抽象性，数学知识和运算的应用多，计算复杂。因此，通过计算机的计算表现能力将抽象问题具体化。? 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[1]。? 而在自动控制工程实际中，可控制系统的结构往往很复杂，如果不借助专用的系统建模软件，则很难准确地把一个控制系统的复杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真。所以需要一种高级科学分析与计算软件，具有强大的数值计算能力，而且速度快，使用方法简便，matlab是为数不多的完全满足这些要求和条件的软件工具，并且凭借它在科学计算方面的天然优势，建立了从设计构思实现到最终设计要求的可视化桥梁，大大弥补了传统设计与开发工具的不足，?是工程控制设计中不可多得的工具，并且在科研、生产和数学等领域具有广泛的应用前景和推广价值。因此，matlab在自动控制方面的应用具有相当广泛的研究意义以及达到更优化设计的目的 1.2设计基本要求 根据所学的Matlab的知识来进行编程实现基于MATLAB的自动控制原理理论进行分析与设计（时域），本次设计预期完成以下功能：? （1）运用MATLAB命令分析控制系统的性能及其稳， （2）利用时域分析法对控制系统（一阶系统和典型二阶系统）进行分析，并给出控制系统的瞬态性能指标；? （3）利用根轨迹法对控制系统进行分析；? （4）提供直观、形象的波形演示定性 1.3?设计的基本框架和功能 描述各个模块的功能：? （1）稳定性分析模块：包含系统的稳定性的判断和显示闭环系统所有的特征根，很直观地显示系统的稳定性判断是否正确，快捷地表示已知系统的稳定性。? （2）时域分析响应模块：包括了一阶系统、典型二阶系统、任意阶系统三个主要界面，可以通过此界面绘制时域的响应曲线并且计算相关参数。? （3）根轨迹分析模块：包含了绘制根轨迹的函数计算，可以通过此界面绘制系统的根轨迹 3.2??Matlab软件的编程研究? 2.1?Matlab软件的使用?? 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]。? SIMULINK是MATLAB的一个重要的伴随工具，它通过对真实世界中的各种物理系统建立模型，进而用计算机实现仿真的软件工具。将SIMULINK应用于自动控制系统，可以很容易构建出符合要求的模型，灵活的修改参数，方便的改变系统结构或进行转换模型，同时可以得到大量的有关系统设计的充分的、直观的曲线，这使得它成为国际控制界应用最广的首选计算机工具软件。? 正是因为MATLAB具有这些特点，因而被广泛使用，不仅成为世界上最受欢迎的科学与工程计算软件之一，而且成为国际上最流行的控制系统计算机辅助设计的工具。现在的MATLAB已经成为一种具有广阔应用前景的全新的计算机高级编程语言 2.2?Matlab软件在自动控制原理中的应用 自动控制是控制理论中理论性较强的技术基础课，在工科的专业培养方向都占有重要地位。在控制理论中涉及许多复杂的计算问题，并且还有时域分析中涉及许多根轨迹作图和伯德制图，而Matlab以矩阵和向量为基本数据单位，具有十分突出的矩阵计算能力。同时Matlab含有各种可选的工具箱，如神经网络、小波分析、模糊控制、信号处理、鲁棒控制等功能强大的计算辅助工具。在自主探索式学习过程中掌