控制工程基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書學(xué)生姓名:學(xué) 號(hào)：學(xué) 院:機(jī)械工程學(xué)院班 級(jí):機(jī)械124題 目:控制工程基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)的傳遞函數(shù)指導(dǎo)教師： 職稱: 教 授 2015 年 6 月 14 日目 錄一、matleb簡介2二、gui簡介.2三、機(jī)械工程控制論的研究對象與任務(wù).2四、控制系統(tǒng)的工作原理與組成.3五、系統(tǒng)分析及過程.4六、計(jì)算過程.6七、操作過程.8八、心得體會(huì).10九、參考文獻(xiàn).11一、matleb簡介matlab是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功

2、能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如c、fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。二、gui簡介gui（graphicaluserinterfaces）是由窗口、圖標(biāo)、菜單、文本、按鈕等圖形圖案對構(gòu)成的用戶界面。用戶通過一定的方法（如鼠標(biāo)或鍵盤）選擇、激活這些圖形對象，使用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生某種動(dòng)作或變化，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、繪圖等功能，其目的是讓使用者了解軟件產(chǎn)品，學(xué)會(huì)如何使用軟件產(chǎn)品，gui相當(dāng)于軟件開發(fā)者和使用者之間交流的橋梁。三、機(jī)械工程控制論的研究對

3、象與任務(wù) 機(jī)械工程控制論的研究對象是機(jī)械工程技術(shù)中廣義系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)問題。具體地講，機(jī)械控制路是研究系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，也就是研究機(jī)械工程廣義系統(tǒng)在一定的外界條件下，從系統(tǒng)的一定初始條件出發(fā)，所經(jīng)歷有內(nèi)部的固有屬性所決定的整個(gè)動(dòng)態(tài)歷程。就系統(tǒng)及其輸入、輸出三者之間動(dòng)態(tài)關(guān)系而言，機(jī)械工程控制論的任務(wù)主要研究一下幾方面的為題：（1）當(dāng)系統(tǒng)已定，輸入已知時(shí)，求出系統(tǒng)的輸出（響應(yīng)），并通過輸出來研究系統(tǒng)本身的有關(guān)為題，稱系統(tǒng)分析。（2）當(dāng)系統(tǒng)已定，系統(tǒng)的輸出也已給定是，要確定系統(tǒng)的輸出盡可能符合給定的最佳要求，稱系統(tǒng)的最優(yōu)控制。（3）當(dāng)輸入已知輸出也一給定時(shí)，要確定系統(tǒng)，使其可能符合給

4、定的最佳要求，稱最優(yōu)設(shè)計(jì)。（4）當(dāng)輸入和輸出均已知時(shí)，求系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，即建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，稱系統(tǒng)的便是或系統(tǒng)識(shí)別。（5）當(dāng)系統(tǒng)已定輸出已知時(shí)，要識(shí)別輸出輸出輸入的有關(guān)信息，成濾波與預(yù)測。四、控制系統(tǒng)的工作原理與組成 所謂控制系統(tǒng)，是指系統(tǒng)的輸出能按照要求的參考輸入或控制輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的工作原理可以歸納如下：（1）檢測被控量或輸出量的實(shí)際值。（2）將實(shí)際值與給定值進(jìn)行比較得出的偏差值。（3）用片擦偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差?？刂葡到y(tǒng)分為閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)一般由給定元件、反饋元件、比較元件、放大元件、執(zhí)行元件及矯正元件等單元組成。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)沒有反饋回路

5、時(shí)，稱之為開環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)較閉環(huán)系統(tǒng)簡單，其系統(tǒng)組成沒有反饋元件和比較元件。五、系統(tǒng)分析及過程（1）系統(tǒng)分析?？刂葡到y(tǒng)工具箱不僅支持對單輸入單輸出系統(tǒng)的分析，也支持對多輸入所輸出系統(tǒng)的分析。系統(tǒng)的頻率特性，可支持系統(tǒng)的bode圖、nyquist圖和nichols圖的計(jì)算和繪制。對系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)，可支持對系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)、單位脈沖響應(yīng)、零輸入響應(yīng)，以及更廣泛的對任意輸入信號(hào)的響應(yīng)進(jìn)行分析和仿真。（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)工具箱可計(jì)算系統(tǒng)的各種特性，如可控和可觀gramian矩陣、系統(tǒng)的可控和可觀矩陣、傳遞函數(shù)零極點(diǎn)；頻域特性如穩(wěn)態(tài)裕度、阻尼系數(shù)，以及根軌跡的增益選擇等?？芍С窒到y(tǒng)的可控、可觀標(biāo)

6、準(zhǔn)型實(shí)現(xiàn)、均衡實(shí)現(xiàn)、降價(jià)實(shí)現(xiàn)以及輸入延時(shí)的pade估計(jì)。可進(jìn)行系統(tǒng)的極點(diǎn)配置，觀測器設(shè)計(jì)以及l(fā)q和lqg最優(yōu)控制等。（3）用matlab分析時(shí)間響應(yīng)在matlab中可以用impulse函數(shù)、step函數(shù)和lsim函數(shù)對線性連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)間相應(yīng)進(jìn)行仿真計(jì)算。在求出系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)后，根據(jù)系統(tǒng)瞬態(tài)性能指標(biāo)的定義，可以得到系統(tǒng)的上升時(shí)間、峰值時(shí)間、最大超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間等性能指標(biāo)。（4）利用matlab分析頻率特性nyquist圖和bode圖是系統(tǒng)頻率特性的兩種重要的圖形表達(dá)形式，也是對系統(tǒng)進(jìn)行頻率進(jìn)行特性分析的的重要方法。無論是nyquist圖還是bode圖，都非常適用于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行繪制。matla

7、b提供了繪制系統(tǒng)那個(gè)的頻率特性極坐標(biāo)的圖的nyquist函數(shù)和繪制對數(shù)坐標(biāo)的bode函數(shù)，通過這些函數(shù)，不僅可以得到系統(tǒng)的頻率特性圖，而且還可以通過計(jì)算得到系統(tǒng)的頻域特征量。（5）利用matlab分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性在matlab中，如果已知系統(tǒng)的特征方程，極易求出系統(tǒng)的特征根。根據(jù)特征根的分布情況，判定系統(tǒng)是否穩(wěn)定。另外，在matlab中還提供了直接求解系統(tǒng)幅值裕度和相位裕度的函數(shù)，通過這些函數(shù)可以直接分析函數(shù)是否穩(wěn)定以及系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。（6）利用matlab設(shè)計(jì)系統(tǒng)校正系統(tǒng)設(shè)計(jì)校正的方法是基于bode圖的頻率分析法。3.6利用matlab繪制相軌跡繪制系統(tǒng)的相軌跡圖的關(guān)鍵在于如何求系統(tǒng)微分方

8、程在一定條件下的數(shù)值解。而用matlab求微分方程數(shù)值解非常簡單。（7）利用matlab分析線性離散系統(tǒng)與可用于線性連續(xù)系統(tǒng)函數(shù)分析相對應(yīng)，matlab提供了用于線性離散系統(tǒng)分析的和設(shè)計(jì)的函數(shù)。六、計(jì)算過程（1）電路系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的電路圖（2）根據(jù)電學(xué)定律得（3）拉氏變換得（4）從上邊各拉氏變換函數(shù)中消除中間變量，最后得出（5）方塊圖七、操作過程（1）系統(tǒng)公式顯示1、改名、截圖，形成圖片。2、放置軸控件，并調(diào)節(jié)其大小和設(shè)定參數(shù)。3、編輯程序，使圖片在所設(shè)置的軸中顯示。function *openingfcn(hobject, eventdata, handles, varargin)axes(

9、handles.axes1)photo1=imread(line.bmp);imshow(photo2);（2）描述系統(tǒng)（彈出窗口）1、放置按鈕，并調(diào)節(jié)其大小和設(shè)定參數(shù)。2、布置彈出窗口在彈出的窗口設(shè)定“關(guān)閉”按鈕。3、編輯程序，彈出窗口，并在窗口中顯示需要內(nèi)容。1、%關(guān)閉所有窗口close all2、%打開并運(yùn)行新窗口run 彈出窗口的文件名（3）輸入k值1、放置靜態(tài)文本，并調(diào)節(jié)其大小和設(shè)定參數(shù)。2、放置可編輯文本，并調(diào)節(jié)其大小和設(shè)定參數(shù)。（4）運(yùn)行按鈕1、放置“運(yùn)行”按鈕，并調(diào)節(jié)其大小和設(shè)定參數(shù)。2、編輯程序，調(diào)用“可編輯文本”中的k值a=get(handles.edit1,string); %將輸入的k賦值給aa=str2num(a);%將a轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)3、運(yùn)算程序，將圖形顯示在安排的坐標(biāo)框內(nèi)。num=*,*,*;den=*,*,*;axes(handles.axes1);bode(num,den);hold ongrid off八、心得體會(huì)九、參考文獻(xiàn)1.祝守新.邢英杰.韓連英.機(jī)