电气工程系统建模与仿真项目驱动设计报告.doc

系统建模与仿真项目驱动设计报告 学 院：电气工程与自动化学院 专业班级：自动化143班 学 号：2420142928 学生姓名：李荣 指导老师：杨国亮 时 间：2016年6月10号 PAGE PAGE 1 摘 要 仿真技术是一门利用物理模型或数学模型模拟实际环境进行科学实验的技术，具有经济、可靠、实用、安全、灵活和可多次重复使用的优点。 本文中将使用Matlab软件实现一个简单的控制系统仿真演示，可实现对一些连续系统的数字仿真、连续系统按环节离散化的数字仿真、采样控制系统的数字仿真以及系统的根轨迹、伯德图、尼克尔斯图和奈氏图绘制。 本设计完成基本功能的实现，基于Matlab的虚拟实验仿真的建立和应用，培养了我们的兴趣，提高了我们的实践能力。 关键字：Matlab；系统数字仿真；根轨迹；伯德图。 目 录 TOC \o 1-3 \h \u 7122 第一章 概述 4 23248 1.1 设计目的 4 5012 1.2 设计要求 4 23248 1.3 设计内容 4 14030 第二章 Matlab简介 6 1957 2.1 Matlab的功能特点 6 14588 2.2 Matlab的基本操作 6 25023 第三章 控制系统仿真设计 8 20881 3.1 控制系统的界面设计 8 20881 3.2 控制系统的输入模型设计 9 14746 3.3 欧拉法的Matlab实现 12 13934 3.4 梯形法的Matlab实现 14 20881 3.5 龙格-库塔法的Matlab实现 15 14746 3.6 双线性变换法的Matlab实现 16 14746 3.7 零阶保持器法的Matlab实现 17 14746 3.8 一阶保持器法的Matlab实现 18 14746 3.9 系统PID控制的Matlab实现 19 14746 3.10 系统根轨迹的绘制 21 14746 3.11系统伯德图的绘制 22 14746 3.12系统尼克尔斯图的绘制 23 14746 3.13系统奈氏图的绘制 24 20180 第四章 附加功能的设计 26 20881 4.1 音乐播放器的设计 26 14746 4.2 实时时钟的设计 26 20180 致谢 28 20180 参考文献 29 江西理工大学2014级自动化专业项目驱动设计报告 第一章 概述 1.1 设计目的 熟悉MATLAB的常用交互界面与常用指令及其调用格式。 掌握MATLAB的基本语法以及M文件的建立与基本操作。 掌握MATLAB建立自动控制系统数学模型的方法。 掌握实现连续系统数字仿真的方法。 掌握实现连续系统离散化数字仿真的方法。 掌握实现采样系统数字仿真的方法。 掌握由根轨迹，伯德图，奈氏图等分析系统的稳定性的方法。 1.2 设计要求 控制系统的仿真演示具有以下几点要求： 具有状态空间表达式、零极点形式、传递函数的三种数学模型，通过这三种模型输入系统的参数。 能够用欧拉法、梯形法、龙格-库塔法绘制连续系统的输出响应曲线，同时能用PID控制器改善系统的性能。 能够用双线性变换法、零阶保持器法、一阶保持器法绘制连续系统离散化的输出响应曲线，同时能用PID控制器改善系统的性能。 能够绘制控制系统的根轨迹、伯德图、尼克尔斯图、奈氏图。便于分析系统的稳定性，频域。 完成基本要求可增加附加功能，例如音乐播放器。 整个仿真演示系统各功能互不干扰，正常运行。 1.3 设计内容 在进行Matlab GUI的设计时，考虑到各版本的兼容问题，本文未采用使用Guide建立GUI的方法，而是直接建立M文件，在文件中使用代码建立仿真系统所需的窗口和各控件。设计思路如下： 在M文件中先建立界面窗口，再建立各控件，在建立这些控件时，首先将窗口和所有控件的可视性都关闭，当界面设计完毕时打开主界面的可视性，这样就不会出现一打开就出现画面卡顿的现象。 调整所用控件的位置，使界面看起来美观。 界面完成好之后，就是编写各控件的回调函数。 在完成所有基本功能后，设计一些附加的功能。 第二章 Matlab简介 2.1 Matlab的功能特点 MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB是matrixlaboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。 是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学