基于matlab的自动控制原理虚拟实验仿真平台

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1、2010年第1期(总第89期)*基于MATLAB的自动控制原理虚拟实验仿真平台马向国刘同娟张旭凤北京物资学院北京101149摘要：本文将MATLAB软件引入自动控制原理课程的教学和实验中，通过MATLAB软件提供的控制系统工具箱，可以对线性系统进行模型建立、时域分析、频域分析和根轨迹分析；同时该软件也可以对离散系统时间响应进行分析。通过教学实践表明，基于MATLAB的自动控制原理虚拟实验仿真平台的建立和应用，改革了自动控制原理课程实验教学的形式和内容，培养了学生的兴趣和实践能力，提高了课堂教学的效率。关键词：M

2、ATLAB；自动控制；仿真自动控制原理是自动控制工程、物流设备工程等性和非线性系统，因此使一个复杂系统的输入和仿真相关专业的重要的专业基础课，涉及控制系统的模型变得相当简单。建立、系统分析、系统设计的基本理论和相关技术。MATLAB能适合多学科、多部门的要求，其特其特点是概念抽象，数学含量大，计算繁杂，以致学点是：(1)以复数矩阵或数组为数据单元进行运算，生难于理解。为了改变这一局面，我们利用MATLAB中可直接处理矩阵或数组。(2)语言结构紧凑，内涵丰的具有可视化编程能力的图形用户界面、SIMULINK仿富，

3、编程效率高，用户使用方便。(3)强大的绘图功真功能和控制系统工具箱中丰富的库函数等，开发了能。用户只需一条或几条语句就可方便地给出复杂基于MATLAB的自动控制原理虚拟实验仿真平台。学的二维、三维图形。(4)含有丰富的内部函数，可直生一旦掌握这门语言,就可以很容易地利用软件的相接调用而不需另行编程。如用来求解微分方程或微分关命令函数做出所需的各种图形，对自动控制理论课方程组的Dsolve函数、求解线性方程组的Solve函程学习也有极大的促进作用。数。(5)带有Simulink动态模拟工具及Toolbox等其他功

4、能，可方便地生成模拟模型。(6)便于系统扩一、MATLAB简介充，通过M文件形式，共享C、FORTRAN等语言的资MATLAB是美国MathWorks公司开发的科学与工程源。(7)在涉及复杂算法的仿真中(如电气传动控制系计算软件。在欧美大学里，诸如应用代数、数理统统)，弥补了Pspice传递函数的不足。计、电工电子、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、动态系统仿真等课程的教科书，都有MATLAB二、基于MATLAB的虚拟实验仿真平台应内容。MATLAB是攻读学位的大学生、硕士生、博土用生必须掌握的基本工具。

5、在设计研究单位和工业部1.线性系统的时域分析门，MATLAB被认作是进行高效研究和开发的首选软自动控制系统最基本的问题就是求在输入信号作件工具。尤为重要的是，MATLAB中提供了可视化动用下的输出响应，即自动控制系统的时域分析。线性态仿真环境——Simulink，可实现动态系统的直观建系统的时域分析是以拉氏变换为工具，从传递函数出模、仿真与分析，并支持连续、离散及两者混合的线发，直接在时间域上研究自动控制系统性能的一种方法。此方法对系统分析结果直接、全面，但计算量较大，尤其是对于高阶系统。MATLAB语言的广泛

6、应用，收稿日期：2009-08-05可以较好地弥补这一不足。作者简介：马向国，博士，副教授。(1)基本时域响应函数。MATLAB控制系统工具箱*本文系北京物资学院2009年教育教学改革项目。E-mail:cmee@263.net452010年第1期(总第89期)提供了丰富的用于对控制系统时间响应进行分析的工图1系统的单位阶跃响应曲线具函数，能同时支持用传递函数和状态空间表示的模(2)时域中稳定性分析。系统稳定的充分必要条型，常用到的函数如表1所示。利用这些函数可方便件是：系统特征方程的全部根，都位于s左半平面，

7、地对系统的阶跃响应、脉冲响应等进行仿真和分析。因此只要求出控制系统闭环特征方程的根，并进一步表1时域响应函数判断所有根的实部是否都小于零，就可判断系统是否名称功能稳定。step计算并绘制连续时间系统的阶跃响应已知连续系统的开环传递函数为：impulse计算并绘制连续时间系统的脉冲响应initial计算并绘制连续时间系统的零输入响应，试判断系统闭环的稳定性。lsim计算并绘制连续时间系统的任意输入时的响应解：利用roots()函数求解闭环特征方程根来判对于典型的二阶系统的传递函数为：断系统稳定性格式：roots(

8、P)，其中，自然频率，绘制当功能：求多项式的根阻尼比0.1，0.2，0.4，0.707，0.9，1.0，2.0说明：P是降幂排列多项式系数向量，该函数的时系统的单位阶跃响应曲线。输出就是求出的根，存放在ans中。解：在MATLAB中建立m文件如下：编制m文件ex11_8.m如下：wn=3;k=50;z=[-5];p=[0-3-4];sigma=[0.10.20.40.7070.91.0