控制系统仿真报告课程设计

1、控制系统仿真课程设计报告书控制系统仿真 课程设计报告书 学号： xxxxxxxx 班级： 电气xxx班 姓名： 柴新斌 2013年12月目 录一、设计思想二、设计步骤三、调试过程四、结果分析五、心得体会六、参考文献设计内容：选题一、考虑如下图所示的电机拖动控制系统模型，该系统有双输入，给定输入和负载输入。1、 编制matlab程序推导出该系统的传递函数矩阵。m(t)一2、 若常系数增益为：c1kakm1，kr3，c20.8，kb1.5，时间常数t15，t20.5，绘制该系统的根轨迹、求出闭环零极点，分析系统的稳定性。若和分别为单位阶跃输入，绘制出该系统的阶跃响应图。r(t)c1kakrkmkb

2、c2一一一、设计思想 题目分析：系统为双输入单输出系统，采用分开计算，再叠加。要求参数均为可调，而matlab中不能计算未赋值的函数，那么我们可以把参数设置为可输入变量，运行期间根据要求赋值。设计思路：使用append命令连接系统框图。选择参数=input(inputanumber:)实现参数可调。采用的方案：将结构框图每条支路稍作简化，建立各条支路连接关系构造函数，运行得出相应的传递函数。在得出传递函数的基础上，使用相应的指令求出系统闭环零极点、画出其根轨迹。通过判断极点是否在左半平面来编程判断其系统是否稳定。二、设计步骤 （1）将各模块的通路排序编号（2）使用append命令实现各模块未连

3、接的系统矩阵（3）指定连接关系（4）使用connect命令构造整个系统的模型三、调试过程出现问题分析及解决办法：在调试过程出现很多平时不注意且不易寻找的问题，例如输入的逗号和分号在系统运行时不支持中文格式，这时需要将其全部换成英文格式，此类的程序错误需要细心。 在实现参数可调时初始是将其设为常量，再将其赋值进行系统运行，这样参数可调性差，后用 参数=input(inputanumber:)实现。 最后是在建立通路连接关系时需要细心。四、结果分析源代码：syms c1 c2 ka kr km kb t1 t2c1=input(inputanumber:)c2=input(inputanumber

4、:)ka=input(inputanumber:)kr=input(inputanumber:)km=input(inputanumber:)kb=input(inputanumber:)t1=input(inputanumber:)t2=input(inputanumber:)g1=tf(c1,0 1);g2=tf(ka*kr,0 1);g3=tf(km,t1 1);g4=tf(1,t2 1);g5=tf(1,1 0);g6=tf(-c2,1);g7=tf(-kb,1);g8=tf(-1,1);sys=append(g1,g2,g3,g4,g5,g6,g7,g8)q=1 0 0;2 1 6;

5、3 2 7;4 3 8;5 4 0;6 5 0;7 4 0;8 0 0;inputs1=1;outputs=5;ga=connect(sys,q,inputs1,outputs)inputs2=8;outputs=5;gb=connect(sys,q,inputs2,outputs)rlocus(ga)rlocus(gb)step(ga,gb)z1=tzero(ga)z2=tzero(gb)p=pole(ga)p=pole(gb)if p(real)0 yeselse noend仿真框图： 函数ga(r(t)为输入)的根轨迹ga传函及其表达式：ga=connect(sys,q,inputs1,

6、outputs) transfer function: 1.2-s3 + 2.2 s2 + s + 0.96 函数gb(m(t)为输入)的根轨迹 gb 传函及其表达式： gb=connect(sys,q,inputs2,outputs) transfer function: -2 s - 0.4-s3 + 2.2 s2 + s + 0.96由图可知：闭环极点靠近虚轴，系统快速性不好函数ga（上），gb（下）的阶跃响应曲线3仿真结果分析阶跃响应是衡量系统控制性能的优劣和定义时域性能的指标，所以可由此图得出两个函数的性能指标。 g(a) 函数延迟时间： 上升时间：峰值时间：超调量： 调节时间：稳态

7、误差： g(b)函数：延迟时间： 上升时间：峰值时间：超调量： 调节时间：稳态误差：以上数据含有误差，其中，延迟时间，上升时间和峰值时间表征系统响应初始阶段的快慢，调节时间表示系统过渡过程持续的时间，是系统的快速性的指标，超调量反应系统响应过程的平稳性，稳态误差反应系统复现输入的最终精度。 选题二、考虑下列非线性系统，其数学描述为非线性微分方程组：其中a=b=0.2，c=5.7，利用simulink仿真工具建模，并绘制出各个状态变量的时间响应曲线。一、 设计思想 对分方程组在零初始条件下进行拉氏变换，并作出各元件的方框图。按照系统中各变量的传递顺序，依次将各元件的子结构图连接起来。 二、 设计

8、步骤根据动态结构图用simulink中的元件画出系统的仿真框图。三、 调试过程详细调试过程： 建立好模型后，点三角形运行键运行，在commend window中输入plot(tout,yout)，运行，得到仿真的输出波形。出现问题： 三个输出波形都在一个figure里面，不知道哪个输出对应哪个状态变量。分析及解决办法： 在动态图中依次剪切掉两个输出，观察另一个输出的波形。四、 结果分析仿真框图：输出波形：心得体会：小组共三人，通过此次matlab课程设计，我们培养了对课题的分析能力、解题步骤的设计能力，熟悉了matlab的编程语句和对simulink的使用方法。第一个题目，翻阅了书本之后才领悟

9、了题目要求，综合小组的意见，得出了第一种设计方案：把参量都设置成变量形式，然后利用书本上的编程语句得到含有未知参量符号形式的传递函数表达式。但是经过实际编程最终未能成功。通过上网搜索查询，明白了第一种方案是不可实现的。通过同学及又经过了小组的思考之后，决定用具体数值形式带入编程计算，而这些数值都通过语句设置为可调的。剩余部分就很简单了，通过题目一可知平时对matlab语法、语句的不熟悉，而平时疏于操练，所以题目一花费和大量时间。第二题目时，初于对平时基础的不了解，通过实际的设计操作我们深刻地明白到：做仿真、做设计，就是要边思考边动手，动手有助于促进问题的解决，还要多思考多动手。通过题目二可知我们要多实践多思考要掌握平时的基础知识。 通过这次对matlab的课程设计。学会了观