基于MATLAB软件在自动控制原理中的应用

本文把数学软件MATLAB引入到自动控制原理课程学习中,给出了MATLAB语言在学生课余学习和习题解答中的应用实例,具体从MATLAB在求系统动态性能参数、求负反馈控制系统闭环根轨迹图、复合校正控制系统中的应用三方面详细的解答反映了MATLAB引入自动控制原理的重要作用。

襄 樊 学 院

物电学院

基于MATLAB软件 在自动控制原理中的应用

指导老师： 宋立新 班级： 0811电子信息工程

学号： 08128041 姓名： 唐浩

本文把数学软件MATLAB引入到自动控制原理课程学习中,给出了MATLAB语言在学生课余学习和习题解答中的应用实例,具体从MATLAB在求系统动态性能参数、求负反馈控制系统闭环根轨迹图、复合校正控制系统中的应用三方面详细的解答反映了MATLAB引入自动控制原理的重要作用。

摘要：针对《自动控制原理》课程的特点和学生普遍感觉难度大的现实情况，

本文把数学软件MATLAB引入到自动控制原理课程学习中，给出了MATLAB语言在学生课余学习和习题解答中的应用实例，具体从MATLAB在求系统动态性能参数、求负反馈控制系统闭环根轨迹图、复合校正控制系统中的应用三方面详细的解答反映了MATLAB引入自动控制原理的重要作用。这有利于学生更好地掌握自动控制理论，而且可以提高学生的学习效率与学习积极性，培养学生的创新能力。

关键词：MATLAB 自动控制原理 应用 引言

自动控制原理涉及到控制系统的时域和复域中的数学模型构建及各种线性和系统的时域及复域分析、根轨迹、频域分析和线性离散系统的校正和设计还有非线性系统的分析。这些控制系统的数学模型复杂，分析计算量大，随着自动控制技术的广泛应用，控制理论的深入，使用一种自动化软件来代替手工计算分析控制系统中的数学模型有重要的意义。在自动控制系统分析中引入MATLAB软件包可以大大减少计算量并使数据可视化。在自控原理学习中引入MATLAB有利于读者掌握和发展控制理论与应用技术并获得升华。

正文

一、MATLAB概述

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 产品族可以用来进行以下各种工作：数值分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统的设计与仿真、数字图像处理技术数字信号处理技术、通讯系统设计与仿真、财务与金融工程。MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。

二、MATLAB在自动控制原理学习中的应用

本文把数学软件MATLAB引入到自动控制原理课程学习中,给出了MATLAB语言在学生课余学习和习题解答中的应用实例,具体从MATLAB在求系统动态性能参数、求负反馈控制系统闭环根轨迹图、复合校正控制系统中的应用三方面详细的解答反映了MATLAB引入自动控制原理的重要作用。

2.1 MATLAB在求系统动态性能参数中的应用

本文把数学软件MATLAB引入到自动控制原理课程学习中,给出了MATLAB语言在学生课余学习和习题解答中的应用实例,具体从MATLAB在求系统动态性能参数、求负反馈控制系统闭环根轨迹图、复合校正控制系统中的应用三方面详细的解答反映了MATLAB引入自动控制原理的重要作用。

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本文把数学软件MATLAB引入到自动控制原理课程学习中,给出了MATLAB语言在学生课余学习和习题解答中的应用实例,具体从MATLAB在求系统动态性能参数、求负反馈控制系统闭环根轨迹图、复合校正控制系统中的应用三方面详细的解答反映了MATLAB引入自动控制原理的重要作用。

为改善系统的动态性能和稳态性能，常在系统中附加校正装置，这就是系 统校正。按校正装置在系统中的位置不同，系统校正分为串联校正，反馈校正和 复合校正。根据校正装置的特性又可分为超前校正，滞后校正，滞后-超前校正。 校正的实质均表现为修改描述系统运动规律的数学模型。 设计校正装置的过程是 一个多次试探的过程并带有许多经验， 计算机辅助设计为系统校正装置的设计提 供了有效手段。介绍了基于 MATLAB 和 SIMULINK 的线性控制系统设计方法。 设复合校正控制系统如图示，若要求闭环回路过阻尼，且系统在斜坡输入作 用下的稳态误差为零，试确定 K 值及前馈补偿装置 G r ( s ) 。 下面是通过编写 MATLAB 程序运行得到上述

闭环系统校正后的单位阶跃响应 输出和单位斜坡响应输出： MATLAB 验证： 取 K=0.04,ζ=2.5, G r ( s ) =ζs=2.5s;在 MATLAB 的 Simulink 环境下搭建复 合系统校正后结构图，如图(3) 。取仿真的时间为10s,运行系统校正后的单位阶 跃响应输出和单位斜坡响应输出。仿真表明：系统过阻尼，且斜坡输入下无稳态 误差。

图(3)复合系统校正后结构图1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

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