matlab在自动控制系统中的应用

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1、MATLAB在自动控制系统中的应用姓名：李行学号：08118100自动化0812摘要：针对自动控制原理课程理论性强、现实模型在实验室较难建立的特点，提出用MATLAB中的SIMULINK进行仿真实验，并给出实例说明该方法的优越性。实践证明利用SIMULINK进行仿真实验，可以加深学生对课程的理解，调动学生学习的积极性，增强学生理论结合实际的能力，同时大大提高了学生深入思考问题的能力和创新能力。关键词：自动控制系统；MATLAB仿真；实验教学《自动控制原理》阐述的是建立在各种自动控制装置基础之上的统

2、一理论，它通过对各种控制系统建模，进而分析系统的动态性能、稳态性能，从而对各种控制系统进行控制，使其满足生产、生活的要求。它的特点是理论性强、数学含量大、计算繁杂，仅仅用概念和文字介绍这些数学模型，学生对它的理解只能停留在表面，难于深刻理解，实验手段正好弥补了这一缺陷，但是现有的实验设备高度集成化，可扩展性较差，学生只能进行较为简单的验证性实验，无法对实验进行深人的研究，对于设计性、创新性的实验较难开展，结果导致学生的学习积极性下降。另外一个原因，若要构建各种各样的实验模型，不仅投资大，且实验过程

3、较长，学生在有限的实验学时下较难了解各种控制手段对系统的控制作用。MATLAB(MatrixLaboratory)是1984年美国MathWorks公司推出的产品，是目前国际上公认的最优秀的数值计算和仿真软件。它具有功能强大、界面友善、开放性强的特点。SIMULINK是MATLAB的一个重要的伴随工具，它通过对真实世界中的各种物理系统建立模型，进而用计算机实现仿真的软件工具。将SIMULINK应用于自动控制系统，学生可以很容易构建出符合要求的模型，灵活的修改参数，方便的改变系统结构或进行转换模型，

4、同时可以得到大量的有关系统设计的充分的、直观的曲线，可以进一步深刻的理解、运用有关《自动控制原理》的相关理论知识，大大提高学生的学习兴趣和创新能力。1．建立模型通过对三容水箱的液位定值控制来说明SIMULINK在自动控制系统中的应用。三容水箱是由上、中、下三只水箱串联作为被控对象，下水箱的液位高度为系统的被控制量。要求下水箱的液位稳定至给定量。完成系统的建模，分以下几步：①建立单容水箱的数学模型：图1单容水箱模型先从下水箱着手建立模型，并对偏离某一平衡状态设置：设下水箱进水量变化：△Q，出水量变化

5、：△Q：，水位变化：△h，水箱截面积：A，存在以下关系式：由流体力学可知，流体在紊流情况下，液位与流量成非线性关系。为简化起见，经线性化处理，可近似认为与h成正比，与阻力成反比，即：△Q2=△h／R(2)将(1)、(2)两式经拉氏变换并消去中间变量Q：，可得到单容水箱的数学模型为：式中为水箱时间常数，T=RC，C为水箱容量系数，K=R，为放大系数。②建立三容水箱的数学模型根据要求，分别设T1=0．6，K1=1；=0．6，K2=1．5；I3=1，K3=2，在SIMULINK中建立的数学模型如图2所示

6、。②分别运用P、PI、PID三种控制方案对系统进行SIMULINK仿真图3、图4和图5分别是对系统进行尸、PI、PID三种控制的三种SIMULINK仿真图，具体的参数如图所示，学生可以根据控制的需要对上述参数进行修改。最后，利用示波器进行仿真。上述仿真结果快速，准确、图6、图7、图8分别为P、P1、PID三种控制的结果。从图中可以看出，PID控制具有超调量小、调节时间短，保持了较好的动态性能与稳态性能。通过SIMULINK建立系统仿真模型，选择仿真菜单及参数设置启动仿真过程，用示波器观察系统的仿真

7、效果，了解到对同一对象采用不同的控制方案，控制结果会有差别。SIMULINK中，可以方便的对控制参数进行修改，提高学生思考问题的积极性，争取用最优的方案对系统进行控制，如：超调量小，过渡时间短，系统稳定等。3．结论通过对三容水箱液位控制系统的建立，学生不仅学会如何将现实问题抽象化为数学模型，进行更加深入的扩展与研究，提高学习的兴趣与积极性，而且对控制理论的应用有了更加深刻的认识，为将来走上工作岗位学以致用，用SIMULINK解决更多的实际问题奠定了很好的基础。