MATLB用于根轨迹分析毕业设计.doc

第1章绪论 对控制系统进行仿真与计算机辅助设计的工作可以认为是三个阶段的有机结合，即所谓的MAD过程，首先需要给系统建立起数学模型，然后根据数学模型进行仿真分析。在系统分析时如果发现与实际系统不符，则可能是系统的数学模型有问题，需要重新建模再进行分析。建立起准确的数学模型，并分析了系统的性质后，就可以根据要求给系统设计控制器，再返回分析过程直至得到满意的控制效果。当然，在系统的分析与设计的过程中有时还需要对系统模型进行修正。 围绕控制系统仿真与计算机辅助设计中的MATLAB及控制理论的根轨迹的几个方面，本设计对本章的各节内容作如下安排： 第一章绪论，对设计的主题及研究意义作了介绍，及有关主题中两大关键词的发展及研究状况作了综述。 第二章设计主体，对控制系统仿真与计算机辅助设计中的MATLAB的基础作了综述，并解释了选择MATLAB语言作为本设计的主要计算机语言的原因，因为该语言是国际上本领域最普及也是代表最高水平的计算机语言。控制理论的根轨迹的发展作了综述。 第三章是对设计主题中先进的控制系统仿真与计算机辅助设计中MATLAB语言进行广泛的研究介绍。 1.1课题研究目的意义 计算机仿真是指以计算机为主要工具，运行真实系统或预研系统的仿真模型。计算机仿真通过对计算机输出信息的分析与研究，实现对实际系统运行状态和演化规律的综合评估与预测。它是分析评价现有系统运行状态或设计优化未来系统性能的一种技术手段，在工程设计、航空航天、交通运输、经济管理、生态环境、通信网络和计算机集成等领域中有着广泛的应用。计算机仿真的基本内容包括系统建模、仿真算法、计算机程序设计与仿真结果显示、分析与验证等环节。 动态系统计算机仿真是一门以系统科学、计算机科学、系统工程理论、随机网络理论、随机过程理论、概率论、数理统计和时间序列分析等多个科学理论为基础的，以工程系统和各类社会经济系统为主要处理对象的。以数学模型和数字模型和数字计算机为主要研究工具的新兴的边缘学科，它属于技术科学的范畴。 动态系统计算机仿真的目的是通过对动态系统仿真模型运行过程的观察和统计，获得系统仿真输出和掌握模型基本特征，推断被仿真对象的真实参数，以期获得对仿真对象实际性能的评估或预测，进而实现对真实系统设计与结构的改善或优化。 随着计算机仿真理论与技术的发展，目前各个科学与工程领域均已开展了仿真技术的研究。系统仿真技术已经被公认为是一种新的实验手段，在科学与工程领域发挥着越来越重要的作用。 顾名思义，“控制系统仿真”就是利用计算机研究控制系统性能的一门学问，它依赖于现行《自动控制原理》课程的基础知识，但侧重点不同。控制系统计算机仿真更侧重于控制理论问题的计算机求解，可以解决以往控制原理不能解决的问题。例如非线性系统的研究在控制原理课程中采用描述函数这样的近似方法来研究，这是因为历史局限性所致，有了计算机仿真工具就能轻而易举地对复杂非线性系统进行精确的建模与仿真，且这样得出的结果更加直观，更加可信。再比如以往系统稳定性分析中由于没有办法直接解决高阶系统的特征值求解问题，故出现了各种各样的间接方法，如连续系统的Roth判据与离散系统的Jury判据等，其实有了现代的计算工具，用一个指令就可以得出线性系统的全部特征根，根据它们的位置立即就能判定出系统的稳定性，且能得到比传统间接方法多得多的信息。例如： 利用根轨迹分析闭环控制系统的稳定性，快速性，准确性是很方便的，然而我们知道，若要绘制精确的根轨迹，获得系统的某一特定参数下准确的性能指标或准确的闭环极点，需要根据幅值条件精确地作图，很难通过手工完成。如果利用MATLAB中根轨迹绘图函数，可以方便，准确地作出根轨迹，并对系统进行详细准确的分析。并且与其他程序设计语言相比，MATLAB语言 有如下优点： MATLAB语言的简洁高效性：MATLAB程序设计语言集成度高，句简洁，往往用C/C++等程序设计语言编写的数百条语句，用MATLAB这样的高级语言可能一条语句就能解决问题，程序可靠性高，易于维护，可以大大提高解决问题的效率和水平。 MATLAB语言的科学运算功能：MATLAB语言以矩阵为基本单元，可以直接用于矩阵运算，另外最优化问题，数值微积分问题，微分方程数值解问题，数据处理问题等都能直接用MATLAB语言求解。 MATLAB语言的绘图功能：MATLAB语言可以用最直观的语句将实验数据或计算结果用图形的方式显示出来，并可以将以往难以表示出来的隐函数直接用曲线绘制出来。MATLAB语言还允许用户用可视的方式编写图形用户界面，其难易程度和VISUAL BASIC相仿，这使得用户可以容易地利用该语言编写通用程序。 MATLAB庞大的工具箱与模块集：MATLAB是被控制界学者捧红的制界通用的计算机语言，在控制领域几乎所有的研究方向都有自己的工具