控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計和仿真matlab課程設(shè)計

1、目錄1 .封面.12 .目錄.23 .課程設(shè)計任務(wù)書.34 .摘要.75 .課程設(shè)計的目的.96 .課程設(shè)計用的儀器與器件.97 .課程設(shè)計的具體內(nèi)容.108 .心得體會.159 .參考文獻(xiàn).15十.附錄（程序）.16北京理工大學(xué)珠海學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書20112012學(xué)年第2學(xué)期學(xué)生姓名：白力洋專業(yè)班級：自動化4班指導(dǎo)教師：齊連眾工作部門：信息學(xué)院、課程設(shè)計題目控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計和仿真本課程設(shè)計共列出10個同等難度的設(shè)計題目，編號為：0號題、1號題、2號題、3號題、4號題、5號題卜6號題、7號題、8號題、9號題。學(xué)生必須選擇與學(xué)號尾數(shù)相同的題目完成課程設(shè)計。例如，學(xué)號為8xxxxxxxx

2、x2的學(xué)生必須選做2號題。.、課程設(shè)計內(nèi)容（一）控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計和仿真課題設(shè)計內(nèi)容0號題控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計和仿真設(shè)連續(xù)被控對象的實測傳遞函數(shù)為:G(s)=888(s2)(s5)s511s431s321s2用零階保持器離散化，采樣周期取0.1秒，分別設(shè)計一單位加速度信號輸入時的最少拍有波紋控制器Dy(z)。具體要求見(二)。1號題控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計和仿真設(shè)連續(xù)被控對象的實測傳遞函數(shù)為：1000(s29s14)G(s)=5432s17s87s135s用一階保持器離散化，采樣周期取0.1秒，分別設(shè)計一單位加速度信號輸入時的最少拍有波紋控制器Dy(z)。具體要求見(二)。2號題控制

3、系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計和仿真設(shè)連續(xù)被控對象的實測傳遞函數(shù)為：G(s)=668(s+2)(s+6)s2(s+1)(s+5)(s+8)用零階保持器離散化，采樣周期取0.2秒，分別設(shè)計一單位加速度信號輸入時的最少拍有波紋控制器Dy(z)。具體要求見(二)。3號題控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計和仿真設(shè)連續(xù)被控對象的實測傳遞函數(shù)為：_789(s3)(s5)-s514s456s364s2用一階保持器離散化，采樣周期取0.2秒，分別設(shè)計一單位加速度信號輸入時的最少拍有波紋控制器Dy(z)。具體要求見(二)。4號題控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計和仿真設(shè)連續(xù)被控對象的實測傳遞函數(shù)為：2G(s)=I68及？s9s23s15s用

4、零階保持器離散化，采樣周期取0.05秒，分別設(shè)計一單位加速度信號輸入時的最少拍有波紋控制器Dy(z)。具體要求見(二)。35號題控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計和仿真設(shè)連續(xù)被控對象的實測傳遞函數(shù)為：G(s)=968(s+2)(s+9)-2s(s+1)(s+4)(s+8)用一階保持器離散化，采樣周期取0.05秒，分別設(shè)計一單位加速度信號輸入時的最少拍有波紋控制器Dy(z)。具體要求見(二)。6號題控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計和仿真設(shè)連續(xù)被控對象的實測傳遞函數(shù)為：八999(s2)(s5)G(s)-5.-4.3cr2s13s39s27s用零階保持器離散化，采樣周期取0.01秒，分別設(shè)計一單位加速度信號輸入時的最

5、少拍有波紋控制器Dy(z)。具體要求見(二)。7號題控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計和仿真設(shè)連續(xù)被控對象的實測傳遞函數(shù)為：一一2一一1818(s6s8)G(s)-5,1_4“3,-2s15s62s48s用一階保持器離散化，采樣周期取0.01秒，分別設(shè)計一單位加速度信號輸入時的最少拍有波紋控制器Dy(z)。具體要求見(二)。8號題控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計和仿真設(shè)連續(xù)被控對象的實測傳遞函數(shù)為：G(s)=879(s1)(s6)2_s(s2)(s5)(s7)用零階保持器離散化，采樣周期取0.02秒，分別設(shè)計一單位加速度信號輸入時的最少拍有波紋控制器Dy(z)。具體要求見(二)9號題控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計和仿

6、真設(shè)連續(xù)被控對象的實測傳遞函數(shù)為：2、999s8991s17982G(s)=-5432s514s456s364s2用一階保持器離散化，采樣周期取0.02秒，分別設(shè)計一單位加速度信號輸入時的最少拍有波紋控制器Dy（z）。具體要求見（二）（二）控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計和仿真課題設(shè)計要求及評分標(biāo)準(zhǔn)【共100分】1、求被控對象傳遞函數(shù)G（s）的MATLAB苗述。（5分）2、求被控對象脈沖傳遞函數(shù)G（z）。（8分）3、轉(zhuǎn)換G（z）為零極點增益模型并按z-1形式排列。（5分）4、確定誤差脈沖傳遞函數(shù)Ge（z）形式,滿足單位加速度信號輸入時閉環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差為零和實際閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的要求。（15分）5、確定閉環(huán)脈沖

7、傳遞函數(shù)Gc（z）形式，滿足控制器Dy（z）可實現(xiàn)、最少拍和實際閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的要求。（17分）6、根據(jù)4、5、列寫方程組，求解Gc（z）和Ge（z）中的待定系數(shù)并最終求解Gc（z）和Ge（z）。（20分）7、求針對單位加速度信號輸入的最少拍有波紋控制器D（z）并說明D（z）的可實現(xiàn)性。（10分）8、用圖形仿真方法（Simulink）分析單位加速度信號輸入時閉環(huán)系統(tǒng)動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。（20分）三、進(jìn)度安排6月23日：下達(dá)課程設(shè)計任務(wù)書；復(fù)習(xí)控制理論和計算機(jī)仿真知識，收集資料、熟悉仿真工具；確定設(shè)計方案和步驟。6月24-26日：編程練習(xí)，程序設(shè)計；仿真調(diào)試，圖形仿真參數(shù)整定；總結(jié)整理設(shè)計、仿真結(jié)

8、果，撰寫課程設(shè)計說明書。6月27日：完成程序仿真調(diào)試和圖形仿真調(diào)試；完成課程設(shè)計說明書；課程設(shè)計答辯總結(jié)。四、基本要求1 .學(xué)生應(yīng)按照課程設(shè)計任務(wù)書的要求獨立分析、解決問題，按計劃完成課程設(shè)計任務(wù)；2 .不得抄襲或找人代做，否則按考試作弊處理；3 .學(xué)生在完成課程設(shè)計時須提交不少于3000字課程設(shè)計說明書；說明書結(jié)構(gòu)為：（1）封面，（2）目錄（3）任務(wù)書，（4）摘要與關(guān)鍵詞（中英對照），（5）課程設(shè)計的目的（6）課程設(shè)計用的儀器與器件（7）課程設(shè)計的內(nèi)容（8）心得體會（9）參考文獻(xiàn)（10）附錄教研室主任簽名：蘇禹2014年6月20日摘要本次課程實踐為設(shè)計兩個控制器分別為最小拍無波紋和最小拍有波

9、紋控制器。通過這次實踐可以進(jìn)一步對所學(xué)的計算機(jī)控制技術(shù)有進(jìn)一步的了解，并對Matlab軟件的操作有一定程度的熟悉，為以后的工作或研究作基礎(chǔ)。Matlab最初主要用于矩陣數(shù)值的計算，隨著它的版本功能來越來強(qiáng)大，應(yīng)用范圍內(nèi)也越來越廣闊。如今，Matlab已經(jīng)發(fā)展成為國際上非常好的生產(chǎn)潛力這與工程計算機(jī)語言之一，它使用方便、輸入快捷、運(yùn)算高效、內(nèi)容豐富，是高等院校理工科學(xué)和科研中必不可少的工具之一，掌握Matlab已經(jīng)成為相關(guān)專業(yè)課大學(xué)生，研究生和教師的必備技能。Matlab在我國的應(yīng)用已有十多年的歷史上，而自動控制器則是其最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，自動控制系統(tǒng)的建模、分析、設(shè)計及應(yīng)用等都離不開Matl

10、ab4.0開始，就一直將應(yīng)用教學(xué)和科研工作中。對于自動化專業(yè)的本科生來說，Matlab是一種必須掌握的現(xiàn)代計算工工具。關(guān)鍵詞：MALAB仿真SummaryThecourseofpracticeforthedesignoftwocontrollersaretheminimumrippleandminimumfilmshotthereisnoripplecontroller.Throughthispracticecanbefurtherlearnedthe"computer-controlledtechnology"haveabetterunderstanding,andthe

11、operationofthesoftwarematlabhaveacertaindegreeoffamiliarity,forfutureworkorstudyasabasis.Matlabwasoriginallymainlyusedfornumericalcalculationofthematrix,withitsversionofthefeaturetoincreasinglypowerful,increasinglybroadrangeofapplications.Today,Matlabhasbecomeaverygoodproductionpotentialintheinterna

12、tionalengineeringcomputerlanguagewhichoneiteasytouse,enterthefast,efficientcomputing,content-rich,scientificandresearchinstitutionsofhigherlearningPolytechnicindispensabletool,Matlabhasbecomeamasterprofessionalcoursesrelatedtocollegestudents,graduatestudentsandteachersthenecessaryskills.Matlabapplic

13、ationinChinaformorethantenyearsofhistory,whiletheautomaticcontrolleristhemostimportantareasofapplication,andautomaticcontrolsystemsmodeling,analysis,designandapplicationareallinseparablefromMatlab4.0startinghasbeentheapplicationofteachingandresearchwork.Fortheautomationoftheundergraduates,Matlabisan

14、eedtomasterworkofmoderncomputingtools.Keywords:MATLABsimulation五.課程設(shè)計的目的(1)學(xué)習(xí)并掌握MATLAB軟件的程序編寫與調(diào)試，以及計算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用(2)運(yùn)用MATLAB軟件處理和仿真，分析所建立的控制系統(tǒng)模型的可行性。(3)學(xué)會運(yùn)用Simulink對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析。六.課程設(shè)計用的儀器與器件硬件：PC計算機(jī)軟件：MATLAB7.0七.課程設(shè)計的具體內(nèi)容1、求被控對象傳遞函數(shù)G(s)的MATLA郵述輸入：num=87961535274;den=114597000;T=0.02;gs=tf(num,den)輸出：

15、Transferfunction:879sA2+6153s+5274sA5+14sA4+59sA3+70$人22、求被控對象脈沖傳遞函數(shù)G(z)o輸入：gz=c2d(gs,0.02,'zoh')輸出：Transferfunction:0.001132zA4+0.00226zA3-0.006126z2+0.001831z+0.0009176zA5-4.735zA4+8.961z-3-8.473z-2+4.003z-0.7558Samplingtime:0.023、轉(zhuǎn)換G(z)為零極點增益模型并按z-1形式排列。輸入：z,p,k=zpkdata(Gz)Gz=zpk(z,p,k,0.

16、02,'variable','zA-1')輸出：z=4x1doublep=5x1doublek=0.0011Zero/pole/gain:0.001132zA-1(1+3.605zA-1)(1-0.9802zA-1)(1-0.8869zA-1)(1+0.2586zA-1)(1-zA-1)A2(1-0.9608zA-1)(1-0.9048zA-1)(1-0.8694zA-1)Samplingtime:0.024、確定誤差脈沖傳遞函數(shù)Ge(z)形式，滿足單位加速度信號輸入時閉環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差為零和實際閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的要求。輸入：symsza0ala2b0gez=(1-zA-

17、1)A3*(1+b0*zA-1)輸出：gez=(1-1/z)A3*(b0+b1/z)5、確定閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)Gc(z)形式，滿足控制器Dy(z)可實現(xiàn)、最少拍和實際閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的要求。輸入：gcz=zA-1*(1+3.605*zA-1)*(a0+a1*zA-1+a2*zA-2)輸出：gcz=1/z*(1+721/200/z)*(a0+a1/z+a2/zA2)6、根據(jù)4、5、列寫方程組，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系數(shù)并最終求解Gc(z)和Ge(z)A、求Gc(z)輸入：f1=subs(Gcz,z,1)-1f2=subs(diff(Gcz,1),z,1)f3=subs(diff(Gcz,2

18、),z,1)a0ja1ja2j=solve(f1,f2,f3)A=double(a0ja1ja2j)Gcz=subs(Gcz,a0a1a2,A)輸出：f1=921/200*a0+921/200*a1+921/200*a2-1f2=-821/100*a0-2563/200*a1-871/50*a2f3=2363/100*a0+2463/50*a1+841/10*a2a0j=878529200/781229961a1j=-1115305600/781229961a2j=406424600/781229961101.1245-1.42760.5202Gcz=1/z*(1+721/200/z)*(50

19、64505939697441/4503599627370496-1607365991869655/1125899906842624/z+4685876805777557/9007199254740992/zA2)求Gez：輸入：Gez=(1-zA-1)A3*(1+b0*zA-1)f4=subs(Gez,z,-3.605)-1boj=solve(f4)B=double(boj)Gez=subs(Gez,1b0,1boj)輸出：Gez=(1-1/z)A3*(1+b0/z)f4=406424600/374805361-156245992200/270234665281*b0boj=146516068

20、3/781229961B=1.8755Gez=(1-1/z)A3*(1+1465160683/781229961/z)7、求針對單位加速度信號輸入的最少拍有波紋控制器Dy(z)并說明Dy(z)的可實現(xiàn)性輸入：Gz=(0.001132*zA-1)*(1+3.605*zA-1)*(1-0.9802*zA-1)*(1-0.8869*zA-1)*(1+0.2586*zA-1)/(1-zA-1)A2*(1-0.9608*zA-1)*(1-0.9048*zA-1)*(1-0.8694*zA-1)Dz=Gcz/Gez/Gz輸出：Dz=4611686018427387904/5220428572859803*

21、(5064505939697441/4503599627370496-1607365991869655/1125899906842624/z+4685876805777557/9007199254740992/zA2)/(1-1/z)/(1+1465160683/781229961/z)/(1-4901/5000/z)/(1-8869/10000/z)/(1+1293/5000/z)*(1-1201/1250/z)*(1-1131/1250/z)*(1-4347/5000/z)8、用圖形仿真方法(Simulink)分析單位加速度信號輸入時閉環(huán)系統(tǒng)動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。輸入：N,D=numden(

22、simplify(Dz);11numD=sym2poly(N)denD=sym2poly(D)輸出：numD=1.0e+039*1.0129-4.05616.5088-5.25052.1392-0.3541denD=1.0e+036*1.0196-0.7474-2.95393.6500-0.5384-0.4299結(jié)果如下圖所示12輸入波形:Tirneoffset：Q輸出波形1314七、心得體會（另附）八、參考文獻(xiàn)1 .肖偉，劉忠.MATLAB程序設(shè)計與應(yīng)用M.清華大學(xué)出版社，20052 .周潤景.基于MATLABfuzzyTECH的模糊與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計M.電子工業(yè)出版社，20103 .陳超.MATLAB應(yīng)用實例精講-數(shù)學(xué)數(shù)值計算與統(tǒng)計分析篇M.電子工業(yè)出版社,20104 .田敏.案例解說MATL