matlab在自动控制系统的应用.ppt

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1、MATLAB在自控系统中的应用主要内容Q7.1自动控制系统及控制系统仿真概述Q7.2基于MATLAB的控制系统数学建模自动控制系统基本形式及特点Q自动控制系统按其基本结构形式而言,可分为2种类型:Ø开环控制系统Ø闭环控制系统自动控制系统基本形式及特点Q开环控制系统及其特点:开环控制系统的特点是输出量即被控量不返回到系统的输入端。自动控制系统基本形式及特点Q闭环控制系统及其特点Ø闭环控制系统结构yGMr1GH自动控制系统基本形式及特点Q闭环控制系统的特点是:Ø利用负反馈的作用来减小系统误差。Ø能有效抑制被反馈通道包围的前向通道中各种扰动对系统输出量的影响

2、。Ø可减小被控对象的参数变化对输出量的影响。Ø带来了系统稳定性的问题自动控制系统的分类Q按不同分类标准,自动控制系统可以进行不同的分类。如:Ø按信号流向可分为开环控制系统和闭环控制系统;Ø按系统的输入信号划分可分为恒值控制系统(自动调节系统)、随动控制系统(伺服系统)和程序控制系统;自动控制系统的分类Ø按元器件特性可分为线性系统和非线性系统;Ø按微分方程系数的时变性可分为定常系统和时变系统;按信号的连续性可分为连续系统和离散系统;Ø按输入输出数量可分为单输入单输出系统和多输入多输出系统。对自动控制系统的要求及性能评价Q对自动控制系统的基本要求可以归结为三个字

3、:稳,准,快。(即稳定性,准确性和快速性)Ø稳:是对自动控制系统的最基本要求。它反映系统在受到扰动后恢复平衡状态的能力。Ø准:指系统在平衡工作状态下其输出量与其希望值的距离,即被控量偏离其希望值的程度,反映了系统对其希望值的跟踪能力。Ø快:系统的瞬态过程既要快速,又要平稳。仿真的基本概念Q系统仿真是以相似原理、系统技术、信息技术及其应用领域有关专业技术为基础,以计算机、仿真器和各种专用物理效应设备为工具,利用系统模型对真实的或设想的系统进行动态研究的一门多学科的综合性技术。Q它的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程,以寻求对真实过程的认识。Q它

4、所遵循的基本原则是相似性原理。仿真的基本概念Q计算机仿真是基于所建立的系统仿真模型,利用计算机对系统进行分析与研究的技术和方法。Q控制系统仿真是系统仿真的一个重要分支,涉及自动控制理论、计算数学、计算机技术、系统辨识、控制工程以及系统科学的综合性学科。Q控制系统仿真为控制系统的分析、计算、研究、综合设计以及控制系统的计算机辅助教学等提供了快速、经济、科学和有效的手段。计算机仿真的要素及基本步骤Q计算机仿真的要素系统建立仿真实验,数学模型结果分析模型计算机建立仿真模型计算机仿真的要素及基本步骤Q计算机仿真的基本步骤Ø建立数学模型Ø建立仿真模型Ø编制系统仿真程序

5、Ø仿真实验并输出仿真结果基于MATLAB的控制系统数学建模原理要点Q控制系统的数学模型是系统分析和设计的基础。Q控制系统的数学模型在控制系统的研究中有着相当重要的地位,要对系统进行仿真处理,首先应当知道系统的数学模型,然后才可以对系统进行模拟。Q知道了系统的模型,才可以在此基础上设计一个合适的控制器,使得系统响应达到预期的效果,从而符合工程实际的需要。原理要点Q获得系统模型的两种方法:Q一种是从已知的物理规律出发,用数学推导的方法建立起数学模型;Q一种是由实验数据拟合系统的数学模型。实际应用中,两种方法各有其优势和应用场合。原理要点Q在线性系统理论中,一般常

6、用数学模型形式有:Ø传递函数模型(系统的外部模型)Ø状态方程模型(系统的内部模型)Ø零极点增益模型Ø部分分式模型等这些模型之间都有着内在的联系,可以相互进行转换。原理要点Q实际工程里,要解决自动控制问题所需用的数学模型与该问题所给定的已知数学模型往往不一致;或者要解决问题最简单而又最方便的方法所用到的数学模型与该问题所给定的已知数学模型不同,此时,就要对自控系统的数学模型进行转换。系统传递函数模型简述Q连续动态系统一般由微分方程来描述。而线性系统又是以线性常微分方程来描述的。Q设系统的输入信号为u(t),且输出信号为y(t),则系统的微分方程可写成nn1n

7、2dy(t)dy(t)dy(t)dy(t)aaa...aay(t)1n2n13n2nn1dtdtdtdtmm1du(t)du(t)du(t)bb...bbu(t)1m2m1mm1dtdtdt系统传递函数模型简述Q在零初始条件下,经Laplace变换后,线性系统的传递函数模型:mm1C(s)bsbs...bsb12nm1G(s)nn1R(s)asas...asa12nn1Q对线性定常系统,式中s的系数均为常数,且不等于零,这时系统在MATLAB中可以方便地由分子和分母系数构成的两个向量唯一地确定出来

8、。系统传递函数模型简述numb1,b2,..

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