MATLAB语言在自动控制系统校正装置中的应用_毕业论文.doc

MATLAB语言在自动控制系统校正装置中的应用 1 绪 论 1．1 MATLAB语言在自动控制系统校正装置中应用的意义 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、导弹制导及核动力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经扩展到医学、生物、环境、经济管理和其它社会生活领域中，成为现代社会生活中不可缺少的一部分[1]。随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探知未来，认识和改造自然，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[2]。 自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化，极大地提高了劳动生产率，而且减轻了人的劳动强度。 自动控制使工作具有高度的准确性，大大地提高了武器的命中率和战斗力，例如火炮自动跟踪系统必须采用计算机控制才能打下高速高空飞行的飞机。 某些人们不能直接参与工作的场合就更离不开自动控制技术了，例如原子能的生产、火炮或导弹的制导等等。 当自动控制系统的稳态性能或动态性能不能满足所要求的性能指标时，首先可以考虑调整系统中可调整的参数(如增益、时间常数、粘性阻尼液体的粘性系数等);若通过调整参数仍无法满足要求时，则可以在原有的系统中，有目的地增添一些装置和元件，人为地改变系统的结构和性能，使之满足我们所要求的性能指标。我们把这种方法称为对系统进行校正，增添的装置和元件称为校正装置和校正元件。在对待校正问题时，应仔细分析要求达到的性能指标及原始系统的具体情况，以便引进简单有效的校正装置，满足设计要求[3]。 而MATLAB语言能够有效、快速地实现系统校正的仿真，所以只有把MATLAB与自动控制系统更好的结合起来才能发挥其巨大的作用。 1．2系统仿真相关研究现状 系统仿真作为一种特殊的实验技术，在20世纪30~90年代的半个多世纪中经历了飞速发展，到今天已经发展成为一种真正的、系统的实验科学。自动控制系统仿真是系统仿真的一个重要分支，它是一门设计自动控制理论、计算机数学、计算机技术、系统辩识以及系统科学的综合性新型学科[4]。它为控制系统的分析、计算、研究、综合设计以及自动控制系统的计算机辅助教学等提供了快速、经济、科学及有效的手段圆。 自动控制系统仿真就是以自动控制系统模型为基础，采用数学模型替代实际控制系统，以计算机为工具，对自动控制系统进行实验、分析、评估及预测研究的一种技术与方法。 1．3 MATLAB语言在国内外的发展 20世纪70年代中后期，曾在密西根大学、斯坦福大学和新墨西哥大学担任数学与计算机科学教授的Cleve Moler博士，为讲授矩阵理论和数值分析课程的需要，他和同事用Fortran语言编写了两个子程序库EISPACK 和LINPACK，这便是构思和开发MATLAB的起点。MATLAB一词是对Matrix Laboratory(矩阵实验室)的缩写，由此可看出MATLAB与矩阵计算的渊源。MATLAB除了利用EISPACK和LINPACK两大软件包的子程序外，还包含了用Fortran语言编写的、用于承担命令翻译的部分[5]。 为进一步推动MATLAB的应用，在20世纪80年代初，John Little等人将先前的MATLAB全部用C语言进行改写，形成了新一代的MATLAB。1984 年，Cleve Moler和John Little等人成立MathWorks公司，并于同年向市场推出了第一个MATLAB的商业版本。随着市场接受度的提高，其功能也不断增强，在完成数值计算的基础上，新增了数据可视化以及与其他流行软件的接口等功能，并开始了对MATLAB工具箱的研究开发。 最近的一次版本更新是在2005年9月，Mathworks公司推出了MATLAB 7.1版，包括了新的时间序列分析工具，进一步加强了对Macintosh平台的支持。另外，此前的两次较小范围的更新主要提供了一个Linux平台上的64位版本，并且优化了工作在Linux 和Macintosh平台上的基本线性代数子程序库[6]。 MATLAB经过几十年研究与不断完善，现已成为国际上最为流行的科学计算与公车功能计算机软件工具之一，现在的MATLAB已经不仅仅是一个最初的“矩阵实验室”了，它已发展成为一种具有广泛应用前景、全新的计算机高级编程语北京工业大学工程硕士学位论文言[7]。自20世纪90年代，MATLAB软件已成为应用代数、自动控制原理、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等课程的基本教学工具，成为学生所必须掌握的基本软件之一。 在MATLAB环境下，使用者可以进行程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出、文件管理等各项操作。MATLAB提供了一个人机交互的数学系统环境，该系统的基本数据结构是矩阵，在生成矩阵对象时，不要求作明确的