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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

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

第一章概述4

1.1设计目的4

1.2设计要求4

1.3设计内容4

第二章Matlab简介6

2.1Matlab的功能特点6

2.2Matlab的基本操作6

第三章控制系统仿真设计8

3.1控制系统的界面设计8

3.2控制系统的输入模型设计9

3.3欧拉法的Matlab实现12

3.4梯形法的Matlab实现14

3.5龙格-库塔法的Matlab实现15

3.6双线性变换法的Matlab实现16

3.7零阶保持器法的Matlab实现17

3.8一阶保持器法的Matlab实现18

3.9系统PID控制的Matlab实现19

3.10系统根轨迹的绘制21

3.11系统伯德图的绘制22

3.12系统尼克尔斯图的绘制23

3.13系统奈氏图的绘制24

第四章附加功能的设计26

4.1音乐播放器的设计26

4.2实时时钟的设计26

致谢28

参考文献29

第一章概述

1.1设计目的

（1）熟悉MATLAB的常用交互界面与常用指令及其调用格式。

（2）掌握MATLAB的基本语法以及M文件的建立与基本操作。

（3）掌握MATLAB建立自动控制系统数学模型的方法。

（4）掌握实现连续系统数字仿真的方法。

（5）掌握实现连续系统离散化数字仿真的方法。

（6）掌握实现采样系统数字仿真的方法。

（7）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：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）完成基本要求可增加附加功能，例如音乐播放器。

（6）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MatlabGUI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：

（1）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