MATLAB和Simulink环境下控制系统的动态仿真.doc

MATLAB和Simulink环境下控制系统的动态仿真MATLAB和Simulink环境下控制系统的动态仿真袁亮亮 机械设计制造及其自动化082班 08556233摘要：文章着重阐述可在MATLAB和Simulink环境下对实际控制对象的动态仿真过程和意义，同时对两种仿真方法进行了比较。关键词：控制系统；动态仿真；MATLAB；Simulink生产过程自动化是指在轻工、纺织、电力、化工、冶金等生产中，对于温度、压力、流量、液体或流体的成分等变量实现自动控制、自动检测。生产过程自动化在国名经济中起着重要的作用，它是提高劳动生产率，降低能源消耗、改善劳动条件的重要手段，也是现代化企业的重要标志之一为克服实训设备的缺乏或条件的局限，高职院校在培养专业人才上不仅应该重视理论知识，更要大力培养学生对于实际控制系统运行的分析、操作能力。而MATLAB作为当前国际控制界最流行的面向控制与科学计算机的高级语言，以及MATLAB环境下的Simulink是一个用于系统建模、仿真和分析的最强大/最优秀、最容易掌握的软件，对于提高学生的知己控制系统的运行、分析、处理能力大有益处，同时节省大量实训设备的投资，可以起到事半功倍的效果。1. MALAB仿真图框及仿真程序MATLAB是目前国际最流行的控制系统计算机辅助设计的软件工具，广泛应用于控制界、生物医学界、语言处理界、图像信号处理、雷达工程、信号分析、计算机技术等领域。用MALAB编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致，尤其进行数学运算非常方便；MALAB工具箱功能强大，即使没有C或FORTRAN程序设计语言的基础，也可以设计出功能强大、界面优美、稳定可靠的高质量程序，而且编程效率和计算效率极高。以实验室锅炉模型的液位自动控制系统为例加以讨论，其数学模型为按10：1衰减曲线法（使用simulink仿真）整定PID调节器的参数，其传递函数确定为，其单位阶跃响应曲线用MATLAB仿真图1所示图1 锅炉液位MATLAB仿真曲线MATLAB程序：%picontrolr=1;num1=182.0 8.3;den1=22 0;num2=0.08;den2=2.03 1 0;num3 den3=series(num1,den1.num2,den2);num den=cloop(num3,den3);A b c d=tf2ss(num,den);Tf=input(仿真时间Tf=)；h=input(计算步长h=)；x=zeros(length(A),1);y=0,t=0;for i=1:Tf/hk1=A*x+b*r;k2=A*(x+h*k1/2)+b*r;k3=A*(x+h*k2/2)+b*r;k4=A*(x+h*k3)+b*r;x=x+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;y=y;c*x;t=t;t(i)+h;endplot(t,y)其中：Tf=25H=0.02从系统运行的仿真结果看，基本达到设计要求。2. Simulink仿真框图及仿真参数MALAB环境下的动态仿真集成环境Simulink是一个对动态系统进行家默默、仿真和分析的软件包拥有丰富的系统建模、仿真和分析的动态仿真集成环境工具箱。仍以上述系统为例，启动Simulink，利用标准模块创建系统模型（见图2）.图2 液位控制Simulink仿真框图对输入信号、仿真时间、计算步长等参数进行设置后，利用Simulink菜单命令进行系统仿真（见图3）.图3液位控制系统Simulink仿真曲线启动线性时不变系统浏览器LTIViewer，将对象转换为LTI对象，还可以对系统进行更为详细的线性分析；上升时间2.52min，调整时间23.9min，超调量32.7%，稳态值1。（见图4）图4 LTIViewer仿真曲线3. 比较特点在MATLAB工作窗口中，利用sim命令语句来仿真系统，要求使用者对M,ATLAB的每一条命令语句应清楚其功能。同时MATLAB并不是一种计算机语言，用它编写出来的程序并不能脱离M,ATLAB环境而执行。与MALAB不同的是Simulink为用户提供了一个图形化的用户界面。对于用方框图表示的系统，建立系统模型时，只要简单的额操作鼠标就可以像铅笔在纸上绘制系统模型图一样简单。可以使用Scopes或者其他的显示模块进行动态仿真，对框图模型本身、数字算法和参数的选择局可以在仿真前和仿真过程中修改或部分修改、操作。因此具有更直观、更方便、更灵活、的优点。它不但实现了可视化的动态仿真，也实现可与MATLAB、C或FORTRAN，甚至和硬件知识的数据传递。总之，MATLAB作为当前国际控制界最流行的面向工程与科学计算机份额高级语言，能够设计出功能强大、界面优美、稳定可靠的高质量程序，而MATLAB环境下的Simulink拥有丰富的系统建模、仿真和分析的动态仿真集成环境工具箱，在众多仿真软件中功能最强大、最优秀