MATLAB仿真在计算机控制技术课程教学中的应用研究

1、MATLA仿真技术由于自身的模块化的计算方式、智能化可 视化的人机交流性能和丰富的矩形计算、 图形绘制、 数学函数计 算等功能， 在目前的计算机控制技术课程中应用较为广泛， 借助 MATLAE仿真技术强大的计算仿真和绘图功能，使学生们更好的 理解专业知识，效果十分显著。1 MATLAB仿真在计算机控制技术课程教学中的应用研究1.1 MATLAB仿真在PID控制器设计中的应用PID (比例-积分-微分)控制器作为最早实用化的控制器已 有 70 多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID 控制器简单易懂， 使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。这个理论和应用自动

2、控制的关键是， 做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 PID 控制 器由比例单元(P)、积分单元(I )和微分单元(D)组成。其 输入 e (t)与输出 u (t)的关系为：u (t) =kpe (t) +1/TI /e (t )dt+TD*de(t )/dt 式中积分的上下限分别是 0 和 t 因此它 的传递函数为： G(s)=U(s)/E(s)=kp1+1/ (TI*s )+TD*s (其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数)设有反馈系统，其开环传递函数为，利用MATLAB真设计使PID控制器系统更加稳定，主要是从三个方面进行控制，即 的控制、 PI 的控制

3、、 PDI 的控制，首先要根据表 1，kp 取不同的 值，根据图1 (kp=150)所示，仅有比例环节时控制效果图显示 增大比例系数将加快系统的响应， 有利于减少静差， 但是静差不 可避免，其次是对 PI 的控制，引入积分环节后，对系统的动态 性能没有什么改善， 长时间的运行后系统可以实现零静差； 最后 是对 PID 的控制，加入微分控制后系统可以实现零静差的控制效 果，稳定性能较好。表 1 扩充临界比例度法经验公式kp TI TDP 0.5kmPI 0.455km 0.85*2 n / PID 0.6km 0.50*2 n / 3 0.125*2 n / 3图 1 仅有比例环节时控制效果图1

4、.2 MATLAB仿真在最少拍控制器的设计中的应用 最少拍控制是指在特定输入 (例如， 阶跃信号、 速度信号等) 作用下，经过最少采样周期使系统的输出达到无静差的稳定状 态，同时也被称为时间最优控制， 分为最少拍有纹波数字控制器 和最少拍无纹波数字控制器， 在实际教学中最少拍有纹波数字控 制器更加常见，下面结合最少拍有纹波数字控制器的设计中 MATLAB真的应用做出分析。有纹波数字控制器的设计是根据被控制对象对准确数学模型G (z)来确定的，MATLAB真系统最主要的作用就是把传统的数学模型手工计算过程简化， 下面介绍一下有纹波数字控制器 的手工计算过程。被控对象的传递函数为 Gc( s)=，

5、采样周期T=1s,采用零阶保持器，针对单位速度输入函数，计算贝V： G (z) =Z =(1-Z-1 ) + -=( 1-Z-1 ) + - =对单位速度输入信号， c (z) = (1-Z-1 ) F1 (z) = (1-Z-1 ) ( 1+f11Z-1 )贝U： (z) = Z-1 (1+0.997Z-1 ) F2 (z ) =Z-1 (1+0.997Z-1 ) ( f21+f22Z-1=Z-1 (1+0.718Z-1( 1.408-0.825Z-1数字控制器的脉冲传递函数D( z = = =U(z =0.408U(z Z-1+0.592U(z Z-2+3.83E(z -3.66E (z

6、Z-1+0.82E (z Z-2u(k =0.408u(k-1+0.592u(k-2 +3.83e (k -3.66e(k-1 +0.82e (k-2从上面的手动计算可以看出， 在有纹波数字控制器设计中确 定 G( z 的数学模型的手工计算相对复杂，并且容易出错，在 引入MATLAB仿真系统后，利用 MATLAB勺多项式乘法函数 conv( 和循环程序很快得出正确结果，即：a=2.72*conv （0 1 ），conv（1-0.367 ，1.408-0.825 ） 求出分子多项式b=conv（1 0.1 0.592）求出分母多项式a1=2.72 ，1.0000 ；c=a1；u（k）=0 ，c（1）for i=1 ： 5c=c-c1c=c （：， 2：end）， 0 ；u（k）=u （k），c（1） ；end， u（ k）综上两种计算方式的比较，可见 MATLA啲引入让有纹波数 字控制器的设计更加简单、精确，并且 MATLAB勺多项式乘法函 数conv （）和循环程序可以复用，此外， MATLAB勺引入让学生 们在控制器的设计过程中， 不再只是面对一串数字， 结果变得可 视化且智能化，得到仿真曲线让结果记忆更加深刻。2 结束语MATLA仿真在计算机控制