MATLAB-语言及其应用课程设计.doc

MATLAB 语言及其应用课程设计摘要： MATLAB是进行科学研究和数值分析的首选软件，本次对于给定开环函数的研究正是借助MATLAB的强大功能，通过编写程序实现了信号的数字化处理，然后绘图直观进行仿真分析。关键词：MATLAB；数字化；仿真引言MATLAB科学与工程计算的高级语言, 同时也是适用于科学和工程计算的数学软件系统。作为数值软件的MATLAB , 对计算数学领域的特定问题类型, 如数值线性代数、微分方程数值解、数值逼近、最优化方法、数值积分等进行求解, 可以得到问题的离散解或近似的解析表达式。针对每一类问题的求解, MATLAB 都能给出该类问题的各种高效算法。MATLAB 具有一个阵容强大、范围广泛的基本运算体系。MATLAB 极其简洁的语言结构支持结构化程序设计, 且具有超过任一高级语言系统的调试技术。MATLAB 高度智能化的调试技术是用户开发MATLAB 程序的有力工具。设计目的（1）利用MATLAB语言仿真工具，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，使其满足技术要求，并绘制打印出仿真框图、频率特性图及动态响应图。（2）掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的指标。（3）学会使用MATLAB语言及应用进行系统仿真与调试（4）锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力（5）培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力设计题目（1）系统的开环传递函数为：，设计一个PID校正环节，要求系统为：1）.系统响应斜坡信号r(t)=t时，稳态误差小于等于0.01，2）.系统的相角裕度系统的分析该系统为I型系统由条件（1）得由电脑计算的结果为：1、未校正系统的开环和闭环零极点图（开环零极点图）（闭环零极点）绘制开环传函零极点及伯德图等的M文件G=tf(100,0.02 0.3 1 0); %建立开环传递函数模型Gc=tf(3.7 1,123.5 1); %滞后网络传递函数模型sys=series(G,Gc); %串上伯德图后的函数模型figure(1) pzmap(G); %绘制零极点分布图figure(2)rlocus(G); %绘制根轨迹figure(3)margin(G); %绘制伯德图，计算幅值裕度、相角裕度 %及其对应的截止频率、穿越频率figure(4)margin(sys); %绘制校正后系统的伯德图figure(5)margin(Gc); %绘制校正前后对比的伯德图闭环零极点及其单位阶跃响应的M文件G=zpk(,0 -10 -5,100); %建立开环传递函数模型sys1=feedback(G,1,-1); %建立闭环传递函数模型t=0:0.01:3; %设定仿真时间为3sfigure(1) pzmap(sys1); %绘制零极点分布图figure(2) step(sys1,t);grid %求取系统的单位阶跃响应xlabel(t);ylabel(c(t);title(step response);2、绘画根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能（稳定性、快速性）3、编写M文件作出单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响应的性能指标。 （未校正系统根轨迹图）（阶跃响应）延迟时间=0.545s 上升时间=0.661s 峰值时间=1.4S 调节时间=2.09s 超调量=8% 稳态误差=+-2%4、绘出系统开环传函的bode图，利用频域分析方法分析系统的频域性能指标（相角裕度和幅值裕度，开环振幅）相角裕度=-40.4 幅值裕度=-16.5 截止频率=15.9rad/s5、利用频域分析方法，根据题目要求选择校正方案，要求有理论分析和计算。并与Matlab计算值比较。由题目要求得：由于系统对截至频率无要求用串联滞后反馈系统采用串联滞后校正，既能提高体统稳态精度，又基本不改变系统动态性能。6、绘画已校正系统的bode图，与未校正系统的bode图比较，判断校正装置是否符合性能指标要求，分析出现大误差的原因校正后的图 相角裕度=42.340 幅值裕度=13.3截止频率为2.59rad/s 完全符合要求手算的结果计算机的结果计算机的M文件num=100;den=0.02 0.3 1 0;G0=tf(num,den); %原系统开环传函mag,phase,w=bode(G0); %返回Bode图参数Gm,Pm=margin(G0); %返回稳定裕度参数p0=46; %期望相位裕度fic=-180+p0+5; %期望相位裕度处的相位mu,pu,w=bode(G0); %返回频域参数wc2=spline(pu,w,fic); %利用插值函数，返回穿越频率d1=conv(conv(1 0,0.1 1),0.2 1); %开环传函分母K=100; %开环传函分子na=polyval(K,j*wc2); %计算分子多项式da=polyval(d1,j*wc2); %计算分母多项式G=na/da; %计算G的值g1=abs(G); %求系统传递函数幅值L=20*log10(g1); %幅值单位转换b=10(-L/20);T=1/(0.1*wc2*b); %求滞后校正环节参数Gc=tf(b*T 1,T 1) ; %得到滞后校正环节传递函数figure(1)G3=G0*Gc; %校正后系统bode(G3,r,Gc,G0,b-) ; %绘制校正后系统Bode图grid;5.总结及设计心得（1）通过这次课程设计，加强了我们思考和解决问题的能力。（2）我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用知识点，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我了解比较了很多校正方案，并且对于其在实际使用中有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我的作用是非常大的。（4）经过两个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所