Simulink在自动控制原理中的应用课件

1、Matlab大作业Simulink在自动控制原理中的应用 1980年，美国New Mexico大学的Cleve Moler博士等人推出交互式MATLAB（MATix LABoratory）语言，最初的版本是用Fortran编写，现在的版本用c语言编写。1984年，Math Works推出了第一个商业版本。 MATLAB 3.5版本中增加了Simulink（图形化的系统仿真环境）。基于种群生态学的理论，以MatlabSimulink工具，根据种群发展的Logistic模型，建立了学科群发展的竞争和互补模型，并进行了模拟仿真。Matlab语言是集数值计算、符号运算和图形处理等强大功能于一体的科学计

2、算语言,适用于 工程应用领域的分析、设计和复杂计算,而且易学易用,不要求使用者具备高深的数学知识和编程技巧自动控制原理这门课程涉及到控制系统的模型建立、系统分析、系统设计的基本理 论和相关技术。其特点是概念抽象,数学含量大,计算繁杂,以致我们难于理解,而实验课时我们通过Simulink能更好的理解自动控制原理理论课的，Simulink是更好地帮助我们实现理论和实际有机结合的桥梁。搞好实验教学，不仅可以使我们对所学理论知识有更深刻的理解和把握，同时可以提高我们的动手能力和设计水平，更好地满足社会对人才的要求。传统的自动控制实验一般采用自控实验箱，在实验箱面板上连接相应的典型环节，通过对应的计算机

3、软件观察系统的响应曲线及各项指标。虽然这种方式可以一定程度地提高我们的动手能力，加深对课堂所学内容的理解，但观察效果不理想，我们仅根据实验模拟电路图接线，缺少主动性和积极性。如果实验开始阶段先让我们利用Matlab软件进行仿真，得到完全理论分析的响应，从而对实验箱操作起到正确的指导作用。我们一旦掌握这门语言，就可以很容易地利用软件的相关命令函数做出所需的各种图形，对自动控制理论课程学习有极大的促进作用。Matlab语言是集数值计算、符号运算和图形处理等强大功能于一体的科学计算语言,适用于 工程应用领域的分析、设计和复杂计算,而且易学易用,不要求使用者具备高深的数学知识和编程技巧,现已成为大学教

4、学和科研中最常用的工具,掌握该工具将大大提高课程教学、解题作业、分析研究的效率13。 Simulink与建模仿真Simulink是一种用于实现计算机仿真的软件工具。他是Matlab的一个附加组件，用来提供一个系统级的建模与动态仿真工作平台。用模块组合的方法使用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机模型4。Simulink模型可以用来模拟几乎所有可遇到的动态系统，如模拟线性或非线性、连续或离散或者两者的混合系统。同时，Simulink是开放式的，允许用户定制自己的模块和模块库，而且他比较详实的帮助系统便于应用5。对于建模，Simulink提供了一个图形化的用户界面(GUI),可以直接用鼠标点击和

5、拖拉模块的图标建模。这是以前需要用编程语言明确地用公式表达微分方程的仿真软件包所无法比拟的。Simulink包括一个由信号源、接受器、线性和非线性组件以及中间的连接器件组成的模块库，同时可以根据用户自己的需要创建相应的模块。目前，随着软件的不断升级和计算机技术的飞速发展，Simulink已经在学术和工业领域得到了广泛的应用，世界上很多知名的大公司已经使用Simulink作为产品设计和开发的工具。Simulink一般控制系统中的仿真应用举例首先，展示一下用Simulink进行仿真的过程例1：对控制系统进行建模仿真，求系统的响应特性。解：(1)选择 SUMULINK浏览器窗口，开启新的仿真平台窗口

6、。(2) 从Simulink的Source拖曳Step到仿真平台窗口。从Simulink的Math Operations拖曳Sum到仿真从Simulink的Continuous拖曳Transfer fcn到仿真平台窗口。从Simulink的Continuous拖曳Integrator到仿真平台窗口。从Simulink的Sinks拖曳Scope到仿真平台窗口。模块库的配置如下双击Sum模块库将List of signs：改成+-正确的设定连接线，点选transfer fcn1点选又鍵，选取Format的Flip Blcok将模块转向，以便连线正确的设定剩余连接线双击transfer fcn修改N

7、umerator coefficients:和Denominator coefficients:双击transfer fcn1 修改Numerator coefficients:和Denominator coefficients:设定simulation stop time点选start simulation双击示波器模块，观察结果例2二阶系统的阶跃响应实验其模拟电路如图1所示。系统的闭环传递函数为：典型二阶系统的闭环传递函数为： 由式(3)可知，改变比值R2/R1，可以改变二阶系统的阻尼比，改变RC值可以改变无阻尼自然频率n。二阶系统电路的结构如图2所示。仿真利用Simulink建

8、立仿真框图如图3所示。 或者表示为如图4所示。根据阻尼比在不同的范围内取值，二阶系统的单位阶跃响应对应的运动规律如下6，7：(1) <0，响应发散，系统不能正常工作。(2) 0，系统以最快的速度进入稳态，但响应曲线是等幅振荡的。(3) 0<<1,虽然响应有超调，但是上升速度比较快，调节时间比较短。工程上把阻尼比 0.707的二阶系统称为二阶最优系统。(4) 1，响应与一阶系统相似，没有超调，但调节速度慢，进入稳态需要较长时间， 二阶系统单位阶跃响应曲线如图5所示。 其中，<0对应的是(R2/R1)<0，这在实际中是无法实现的，因为实际中的电阻值 为正，通过Simulink仿真可以解决这一问题。通过仿真实验，我们在具体实验箱操作时，可以分别选择R2=0 k,140 k,200 k 和400 k进行实际实验操作。这样可以更好地实现“理论指导实践，实践反映理论”的 目的。例3. 某一直流RC电路结构及参数如下。求当开关闭合后，电容电压和电流的暂态过程。设定直流电压设定Breaker设定R=5 设定C=150uF双击示波器，点选Parameters，在Numbe