基于MATLAB的异步电动机仿真
目录
1 引言1
2 异步电动机动态数学模型1
2.1异步电动机动态数学模型的性质1
2.2三相异步电动机的多变量非线性数学模型2
2.2.1电压方程2
2.2.2磁链方程3
2.2.3转矩方程6
2.2.4电力拖动系统运动方程7
2.2.5三相异步电机的数学模型7
3 坐标变化和变换矩阵8
3.1三相--两相变换（3/2变换）8
3.2三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型10
3.2.1三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程10
3.2.2两相静止坐标系中按定子磁链定向的状态方程11
4 软件介绍及模型实现11
4.1 Matlab/Simulink简介11
4.2模型实现12
4.2.1 Simulink模型设计12
4.2.2模型参数设置14
4.2.3仿真结果16
5 结论19
参考文献19
1 引言
1985年，由Depenbrock 教授提出的直接转距控制理论将运动控制的发展向前推进了一大步。接着1987年把它又推广到弱磁调速范围。不同于矢量控制技术，它无需将交流电动机与直流电动机作比较、等效和转化，不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型[1]。它只是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，强调对电机的转距进行直接控制，省掉了矢量旋转变换等复杂的变换与计算。直接转距控制从一诞生，就以新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静、动态性能受到人们的普遍关注。
系统建模与仿真一直是各领域研究、分析和设计各种复杂系统的有力工具。建模可以超越理想的去模拟复杂的现实物理系统；而仿真则可以对照比较各种控制策略和方案，优化并确定系统参数。长期以来，仿真领域的研究重点是放在仿真模型建立这一环节上，即在系统模型建立以后，设计一种算法，以使系统模型为计算机所接受，然后再将其编制成计算机程序，并在计算机上运行。显然，为达到理想的目的，在这一过程中编制与修改仿真程序十分耗费时间和精力，这也大大阻碍了仿真技术的发展和应用。近年来逐渐被大家认识的Matlab 语言则很好的解决了这个问题。
2 异步电动机动态数学模型
2.1异步电动机动态数学模型的性质
直流电动机的磁通由励磁绕组产生，可以在电枢合上电源以前建立起来而不参与系统的动态。
过程（弱磁调速时除外）。因此，它的动态数学模型只有一个输入变量——电枢电压和一个输入变量——转速，在控制对象中含有机电时间常数m T 和电枢回路电磁时间常数l T ，如果电力电子变换装置也计入控制对象，则还有滞后的时间常数s T 。在工程上能够允许的一些假定条件下，可以描述成单变量（单输入单输出）的三阶线性系统[2]，完全可以应用经典的线性控制理论和由它发展出来的工程设计方法进行分析与设计。
但是，同样的理论和方法用来分析与设计交流调速系统时，就不那么方便了，因为交流电机的数学模型和直流电机模型相比有着本质上的区别。
1）异步电机变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（电流）和频率两种独立的输入变量。在输出变量中，除转速外，磁通也得算一个独立的输出变量。因为电机只有一个三相输入电源，磁通的建立和转速的变化
是同时进行的，为了获得良好的动态性能，也希望对磁通施加某种控制，使它在动态过程中尽量保持恒定，才能产生较大的动态转矩。
由于这些原因，异步电机是一个多变量（多输入多输出）系统，而电压（电流）、频率、磁通、转速之间又互相都有影响，所以是强耦合的多变量系统，可以先用下图来定性地表示。
2）在异步电机中，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通得到感应电动势，由于它们都是同时变化的，在数学模型中就含有两个变量的乘积项。这样一来，即使不考虑磁饱和等因素，数学模型也是非线性的。
3）三相异步电机定子有三个绕组，转子也可等效为三个绕组，每个绕组产生磁通时都有自己的电磁惯性[3]，再算上运动系统的机电惯性，和转速与转角的积分关系，即使不考虑变频装置[4]的滞后因素，也是一个八阶系统。
总起来说，异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。
2.2三相异步电动机的多变量非线性数学模型
在研究异步电动机的多变量非线性数学模型时，常作如下的假设：
（1）忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间互差120°电角度，所产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布。
（2）忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的。 （3）忽略铁心损耗。
（4）不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。
异步电机的数学模型由下述电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。
2.2.1 电压方程
三相定子绕组的电压平衡方程为
与此相应，三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程为
t
R i u d d A
s A A ψ+
=t
R i u d d B
s B B ψ+
=t
R i u d d C
s C C ψ+
=t
R i u d d a
r a a ψ+
=t
R i u d d b
r b b ψ+
=
式中 A u , B u , C u , a u , b u ,c u —定子和转子相电压的瞬时值；
A i ,
B i ,
C i , a i , b i ,c i —定子和转子相电流的瞬时值；
A ψ,
B ψ,
C ψ, a ψ, b ψ,c ψ—各相绕组的全磁链； Rs, Rr —定子和转子绕组电阻
上述各量都已折算到定子侧，为了简单起见，表示折算的上角标“ ’”均省略，以下同此。
电压方程的矩阵形式
将电压方程写成矩阵形式，并以微分算子 p 代替微分符号 d /dt
或改写成ψp Ri u +=
2.2.2磁链方程
每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和，因此，六个绕组的磁链可表达为
或改写成Li =ψ
（2-2）式中，L 是6×6电感矩阵，其中对角线元素AA L ，BB L ，CC L ，aa L ，bb L ，
cc L 是各有关绕组的自感，其余各项则是绕组间的互感。
实际上，与电机绕组交链的磁通主要只有两类：一类是穿过气隙的相间互感磁通，另一类是只与一相绕组交链而不穿过气隙的漏磁通，前者是主要的。
t
R i u d d c r c c ψ+
=?????????
?
??????????+?????????
???????????????????????????????=????????????????????c b a C B A c b a C B A r r r s s s
c b a C B A 0
00000000000000000000000000ψψψψψψp i i i i i i R R R R R R
u u u u u u ?????????
?
??????????????????????????????=????????????????????c b a C B A cC cb
ca
cC
cB
cA
bc bb ba bC bB bA ac ab aa aC aB aA Cc Cb Ca CC CB CA Bc Bb Ba BC BB BA
Ac Ab Aa AC AB AA
c b a C B A i i i i i i L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L ψψψψψψ（2-1）
（2-2）
电感的种类和计算如下。
定子漏感ls L ——定子各相漏磁通所对应的电感，由于绕组的对称性，各相漏感值均相等；
转子漏感lr L ——转子各相漏磁通所对应的电感； 定子互感ms L ——与定子一相绕组交链的最大互感磁通； 转子互感mr L ——与转子一相绕组交链的最大互感磁通。
由于折算后定、转子绕组匝数相等，且各绕组间互感磁通都通过气隙，磁阻相同，故可认为ms L =mr L 。
自感表达式对于每一相绕组来说，它所交链的磁通是互感磁通与漏感磁通之和，因此，定子各相自感为
转子各相自感为 两相绕组之间只有互感。互感又分为两类：
（1）定子三相彼此之间和转子三相彼此之间位置都是固定的，故互感为常值； （2）定子任一相与转子任一相之间的位置是变化的，互感是角位移θ的函数。 第一类固定位置绕组的互感，三相绕组轴线彼此在空间的相位差是±120°，在假定气隙磁通为正弦分布的条件下，互感值应为
于是
第二类变化位置绕组的互感，定、转子绕组间的互感，由于相互间位置的变化，可分别表示为
当定、转子两相绕组轴线一致时，两者之间的互感值最大，就是每相最大互感ms
L 。
整理以上各式，即得完整的磁链方程，显然这个矩阵方程是比较复杂的，为了方便起见，可以将它写成分块矩阵的形式
ms
ms ms 21)120cos(120cos L L L -=?-=?s ms CC BB AA l L L L L L +===r
ms cc bb aa l L L L L L +===ms AC
CB BA CA BC AB 2
1
L L L L L L L
-======ms
ac cb ba ca bc ab 2
1
L L L L L L L -======θ
cos ms cC Cc bB Bb aA Aa L L L L L L L ======)120cos(ms bC Cb aB Ba cA Ac
?-======θL L L L L L L )120cos(ms aC Ca cB Bc bA Ab ?+======θL L L L L L L （2-3）
（2-4）
式中
值得注意的是，和两个分块矩阵互为转置，且均与转子位置θ有关，它们的元
素都是变参数，这是系统非线性的一个根源。为了把变参数转换成常参数须利用坐标变换，后面将详细讨论这个问题。
如果把磁链方程代入电压方程中，即得展开后的电压方程
式中，Ldi /dt 项属于电磁感应电动势中的脉变电动势（或称变压器电动势），(dL / d θ)ωi 项属于电磁感应电动势中与转速成正比的旋转电动势。
sr L rs L i L
i L Ri i
L i L Ri Li Ri u ωθ
?++=++=+=d d d d d d d d )(t t
t p ?????????
?
??????????????????????????????=????????????????????c b a C B A cC cb
ca
cC
cB
cA
bc bb ba bC bB bA ac ab aa aC aB aA Cc Cb Ca CC CB CA Bc Bb Ba BC BB BA Ac Ab Aa AC AB AA c b a C B A i i i i i i L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L ψψψψψψ??
?
?????????=??????r s rr rs sr ss
r s i i L L L L ΨΨ[]T
C B A ψψψ=s Ψ[]T
i i i C B A =s i []
T
c b a r ψψψ=Ψ[]T
i i i c b a
r =i ??
??????
????????
+---+---+=r ms ms ms ms r ms ms
ms ms r ms 212121
212
121
l l l L L L L
L L L L L L L L rr L ??
??
??????
?+?-?-?+?+?-==θθθθθθθθθcos )120cos()120cos()120cos(cos )120cos()120cos()120cos(cos ms L T
sr
rs L L ??
?????
?
????????
+---+---+=r ms ms ms ms r ms ms
ms ms r
ms 2
12121
212
121l l l L L L L
L L L L L L L L rr L （2-5）
（2-6）
（2-7）
2.2.3转矩方程
根据机电能量转换原理，在多绕组电机中，在线性电感的条件下，磁场的储能和磁共能为
而电磁转矩等于机械角位移变化时磁共能的变化率（电流约束为常值），且机
械角位移θm = θ / np ，于是
整理上式可得
又由于
则
转矩方程的三相坐标系形式
应该指出，上述公式是在线性磁路、磁动势在空间按正弦分布的假定条件下得出来的，但对定、转子电流对时间的波形未作任何假定，式中的i 都是瞬时值。
m
m
W θ??']
[][c b a C B A
r s i i i i i i T T T ==i i i Li
i ψi T T W W 2121'
m m ===.
const 'm
p
.
const m
'
m
e ==??=??=
i i W n W T θ
θi
L L i i L i ????
?
?????
????=??=002121rs
sr p p e θθθT T n n T ??
???????+???=
r sr s s rs r p e 21i L i i L i θθT T n T ??
??
??????
?+?-?-?+?+?-==θθθθθθθθθcos )120cos()120cos()120cos(cos )120cos()120cos()120cos(cos ms L T
sr rs L L ??
???????+???=r sr s s rs
r p e 21i L i i L i θθT T n T )]
120sin()()120sin()(sin )[(b C a B c A a C c B b A c C b B a A ms p e ?-+++?++++++=θθθi i i i i i i i i i i i i i i i i i L n T （2-8）
因此，上述电磁转矩公式完全适用于变压变频器供电的含有电流谐波的三相异步电机调速系统。
2.2.4电力拖动系统运动方程
在一般情况下，电力拖动系统的运动方程式是
TL —— 负载阻转矩； J —— 机组的转动惯量；
D —— 与转速成正比的阻转矩阻尼系数； K —— 扭转弹性转矩系数。
对于恒转矩负载，D = 0 ，K = 0 ，则
2.2.5三相异步电机的数学模型
以上各式便构成在恒转矩负载下三相异步电机的多变量非线性数学模型，用结构图表示出来如下图所示。
t
d d θω=
??
?
?????????=???
???r s rr rs
sr ss r s i i L L L L ΨΨi L
i L
Ri u ωθ
?++=d d d d t )]
120sin()()120sin()(sin )[(b C a B c A a C c B b A c C b B a A ms p e ?-+++?++++++=θθθi i i i i i i i i i i i i i i i i i L n T t
n J T T d d p L e ω+
=θωωp p p L
e n K n D dt d n J T T +++=t
n J T T d d p L e ω+
=（2-9）
图1 异步电动机的多变量非线性动态结构图
由图可知异步电机数学模型的下列具体性质：
（1）异步电机可以看作一个双输入双输出的系统，输入量是电压向量和定子输入角频率，输出量是磁链向量[5]和转子角速度。
（2）非线性因素存在于Φ1（?）和Φ2（?）中，即存在于产生旋转电动势er 和电磁转矩Te 两个环节上，还包含在电感矩阵L中，旋转电动势和电磁转矩的非线性关系和直流电机弱磁控制的情况相似，只是关系更复杂一些。
（3）多变量之间的耦合关系主要也体现在Φ1（?）和Φ2（?）两个环节上，特别是产生旋转电动势的Φ1对系统内部的影响最大。
3 坐标变化和变换矩阵
异步电机数学模型之所以复杂，关键是因为有一个复杂的6?6 电感矩阵，它体现了影响磁链和受磁链影响的复杂关系。因此，要简化数学模型，须从简化磁链关系入手。
3.1三相--两相变换（3/2变换）
现在先考虑上述的第一种坐标变换——在三相静止绕组A、B、C和两相静止绕组α、β之间的变换，或称三相静止坐标系和两相静止坐标系间的变换，简称3/2 变换。
图2中绘出了A、B、C 和α、β两个坐标系，为方便起见，取 A 轴和α轴重合。设三相绕组每相有效匝数为N3，两相绕组每相有效匝数为N2，各相磁动势为
有效匝数与电流的乘积，其空间矢量均位于有关相的坐标轴上。由于交流磁动势的大小随时间在变化着，图中磁动势矢量的长度是随意的。
图2 三相和两相坐标系与绕组磁动势的空间矢量
设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁动势与二相总磁动势相等时，两套绕组瞬时磁动势在α、β轴上的投影都应相等，因此
写成矩阵形式，得
考虑变换前后总功率不变，在此前提下，可以证明，匝数比应为 由此可得
C
)2
1
21(60cos 60cos C B A 3C 3B 3A 3α2i i i N i N i N i N i N --=?-?-=)(2
3
60sin 60sin C B 3C 3B 3β2i i N i N i N i N -=
?-?=?????
????????????????
?--
-
=??????C B A
23β23230212
11i i i N N i i α3
223
=N N ?????
??????????????
??
?--
-=??????C B A
β232302121132i i i i i α（3-1）
令 C3/2 表示从三相坐标系变换到两相坐标系的变换矩阵，则
如果三相绕组是Y 形联结不带零线，则有 iA + iB + iC = 0，或 iC = - iA - iB 。代入上式并整理后可得
按照所采用的条件，电流变换阵也就是电压变换阵，同时还可证明，它们也是磁链的变换阵。
3.2三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型
异步电机的数学模型比较复杂，坐标变换的目的就是要简化数学模型。异步电机数学模型是建立在三相静止的ABC 坐标系上的，如果把它变换到两相坐标系上，由于两相坐标轴互相垂直，两相绕组之间没有磁的耦合，仅此一点，就会使数学模型简单了许多。
3.2.1三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程
作为异步电机控制系统研究和分析基础的数学模型，过去经常使用矩阵方程，近来越来越多地采用状态方程的形式，因此有必要再介绍一下状态方程。这里讨论两相静止αβ坐标系上的状态方程。
在两相坐标系上的电压源型变频器—异步电机具有4阶电压方程和1阶运动方程，因此其状态方程也应该是5阶的，须选取5个状态变量，而可选的变量共有9
个，即转速ω，4个电流变量βαβαr r s s i i i i ,,,和4个磁链变量αs ψ，βs ψ，αr ψ，βr ψ。转子电流是不可测的，不宜用作状态变量，因此只能选定子电流αs i 、βs i 和转子磁链αr ψ、βr ψ；定子电流αs i 、βs i 和定子磁链αs ψ、βs ψ。也就是说，可以有s r i --ψω和s s i --ψω两组状态方程。
由（2-5）式可得αβ坐标系上的磁链方程
??????
???
??
?--
-=2323021211322
/3C ???
???????????
????
=??????B A β221023i i i i α???????????
???????
-
=??????βB A α216
1032i i i i （3-2）
由（2-1）式可得αβ坐标系电压方程 3.2.2两相静止坐标系中按定子磁链定向的状态方程
本设计内容为以异步电动机在静止坐标系中s s i ψω--为状态变量的状态方程结构为核心，构建异步电动机仿真模型。
两相静止，将（3-4）式磁链方程代入（3-3）式电压方程可得静止坐标系βα,中状态方程为
L p s s s s p
T J
n i i J n dt d --=)(2
αββαψψω ββα
μψs s s s i R dt
d +-= ααβμψs s s s i R dt
d +-=
s
s s s r s s r r s s s s r s s L i i L L L R L R L T L dt di σμωσωψσψσαβαβαα+++--=1
1 4 软件介绍及模型实现
4.1Matlab/Simulink 简介
Matlab 语言是Mathworks 公司推出的当今国际上最为流行的软件之一。它自问世起，就以数值计算称雄，它的图形可视能力在所有数学软件中也是首屈一指的。Matlab 提供了众多的工具箱，动态系统仿真工具Simulink 是其主要工具箱之一，其主要功能是对动态系统做适当分析，从而在可以作出实际系统之前，预先对系统进
???
????+=+=+=+=βββαααβββαααr r s m r r r s m r r m s s s r m s s s i L i L i L i L i L i L i L i L ψψψψβαβαββ
σωσωψσψσs s s s r s s r r s s s s r s s 1
11d d u L i i L L L R L R L T L t i +-+-+=（3-3）
（3-5）
???
?
?
?
?-+=++=++=-+=αβββαααββββαααr r r r r r r r s 1s s s s s 1s s s s 00ωψψωψψψωψψωψp i R p i R p i R u p i R u （3-4）
行仿真和分析，并可以做适当地实时修正，提高系统的性能，减少系统修改时间，实现高效开发系统的目的。
在Matlab中，Simulink是一个比较特别的工具箱，它是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。它的出现可以使仿真工作以结构图的形式加以进行，且采用分层结构。从建模角度讲，这既适合于Top－down的设计流程，又适合于Bottum－up逆程设计。从仿真角度讲，Simulink模型不仅能让用户知道具体环节的动态细节，而且能够让用户清晰地了解各种器件、各子系统、各系统间的信息交换，掌握各部分之间的交互影响，同时可以借助模拟示波器将仿真动态结果加以显示，因而仿真结果过程十分直观。更为可贵的是Matlab/Simulink的开放性，用户可以根据自己的需要开发自己的模型，并通过封装扩充现有的模型库。
众所周知，现代运动控制系统中的交流异步电动机本身就是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。这里从静止两相坐标系下的鼠笼异步电动机模型出发，推导出基于定子磁链磁场定向的电动机模型，并采用Matlab/Simulink实现之。
4.2模型实现
模型建立以后，所要做的就是从Simulink丰富的模型库中调用合适的模块来表示该模型。随着系统规模的扩大和复杂性的增加，模型也在不断增大，这就使得模型窗中由于过多的模块而凌乱不堪。为了避免这种情况，采用自上而下或自下而上的分级方法建立模型，即把功能相同或者相近的模块分组封装成子系统Subsystem，建立递阶结构框图。
4.2.1Simulink模型设计
本设计主要有3/2转换模型，定子磁链电动机模型，2/3转换模型三个子系统组成。根据状态方程可画出未经封装的各子系统模型如下图所示。
图3 3/2转换模型
图4 定子磁链电动机模型
图5 2/3转换模型
经过分组封装的模型如图6所示。模型的输入是电动机的定子电压和电流及转子转速，输出定子磁链和电流及转距，实际电流和估计电流可以用来调整模型的精度。两相对比，可以看到采用Subsystem非常地方便、简捷。这一点尤其在复杂的系统建模中表现地更为突出。
图6 经过封装后的定子磁链的电动机仿真模型
4.2.2模型参数设置
模型建立以后，下一步就是设置模型的参数。在本例中，需要设置的参数是定子电阻Rs，转子电阻Rr，主电感L，转子侧漏感Lσ和极对数np，需要输入的量是定子电压、电流和转子电角速度（机械角速度和极对数的乘积），输出量是定子磁链Ψs，定子电流ir及转距Td。
Scope示波器设置如图7。
图7 Scope示波器设置
输入正弦电压一相参数设置如图8所示。其中100*pi=50Hz，其中两相Frequency(rad/sec）分别设置成-2/3*pi,2/3*pi各相之间相位差为120°。
图8 Sine Wave正弦A相电压输入设置
观察空载起动和加载过程的转速仿真波形，观察异步电动机稳态电流波形，观察定子磁链波形。需设置阶跃输入模拟空载和加载的转速仿真。
Steb输入阶跃负载转矩参数设置如图9所示。
图9 Step阶跃负载转矩输入设置
设置Graph在坐标系中显示转速与电磁转矩关系，Graph设置如图10。
图10 Graph输出显示设置
4.2.3仿真结果
Simulink的仿真运行可以通过菜单进行，也可以在Matlab的指令窗中通过输入命令运行。这里我们采用菜单命令运行仿真。观察空载起动和加载过程的转速仿
真波形，观察异步电动机稳态电流波形，观察定子磁链波形。
初始状态电机正常启动，在0.5s的时刻，加上一个值为10的负载转矩，观察仿真得到的各个量之间变化关系。
图11 定子磁链仿真曲线
图12 异步电动机稳态电流仿真曲线
图13空载起动和加载过程的转速仿真波形
图14转速与电磁转矩关系图
图15 电磁转矩变化图
仿真结果表明，本文所建立的模型确实正确可用。
5结论
本文系统地介绍了基于Matlab/Simulink建立在直接转距控制系统中的定子磁链仿真模型。仿真结果表明Matlab/Simulink是一个非常优秀的交互式建模、仿真与动态系统分析工具，运用它可以方便地实现现代运动控制系统的设计及动态性能的仿真。文中所建模型可以很方便地应用于控制系统设计中。在分析异步电动机的物理模型后，建立异步电动机的动态数学模型，然后推导出两相静止坐标系上的状态方程和转矩方程，利用Matlab/Simulink仿真工具把数学方程转变为模型。运行异步电动机的仿真模型，可观察到异步电动机在启动和加载的情况下，转速、电磁转矩、定子磁链和定子电流的变化曲线，同时分析各个变量之间的变化关系。进一步了解异步电动机的运行特性。仿真结果表明，用Simulink进行三相异步电动机仿真比较方便，且高效直观，得到的结果也是比较接近实际。
参考文献
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[4] 陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2000
[5]薛定宇.基于Matlab/Simulink的系统仿真技术[M].北京：清华大学出版社，2002
基于Matlab的自动控制系统设计与校正
自动控制原理课程设计设计题目：基于Matlab的自动控制系统设计与校正
目录 第一章课程设计内容与要求分析.................................................... 错误！未定义书签。 1.1设计内容 (1) 1.2 设计要求 (1) 1.3 Matlab软件 (2) 1.3.1基本功能 (2) 1.3.2应用 (2) 第二章控制系统程序设计 (4) 2.1 校正装置计算方法 (4) 2.2 课程设计要求计算 (4) 第三章利用Matlab仿真软件进行辅助分析 (6) 3.1校正系统的传递函数 (6) 3.2用Matlab仿真 (6) 3.3利用Matlab/Simulink求系统单位阶跃响应 (8) 3.2.1原系统单位阶跃响应 (8) 3.2.2校正后系统单位阶跃响应 (8) 3.2.3校正前、后系统单位阶跃响应比较 (8) 3.4硬件设计 (8) 3.4.1在计算机上运行出硬件仿真波形图 (9) 课程设计心得体会 (10) 参考文献 (12)
1 第一章 课程设计内容与要求分析 1.1设计内容 针对二阶系统 )1()(+= s s K s W ， 利用有源串联超前校正网络（如图所示）进行系统校正。当开关S 接通时为超前校正装置，其传递函数 11 )(++-=Ts Ts K s W c c α， 其中 1 3 2R R R K c += ， 1 ) (13243 2>++ =αR R R R R ，C R T 4=， “-”号表示反向输入端。若Kc=1，且开关S 断开，该装置相当于一个放大系数为1的放大器（对原系统没有校正作用）。 1.2 设计要求 1 1.0)(≤∞e ，开环截止频率ω’≥45°； 2 3） 4）设校正装置网络元件参数R4、5R=100K ，C=1μF 、10μF 若干个）； 6）利用Matlab 仿真软件辅助分析，绘制校正前、后及校正装置对数频率特性曲线,并验算设计结果； 7）在Matlab-Simulink 下建立系统仿真模型，求校正前、后系 统单位阶跃响应特性，并进行系统性能比较； 8）利用自动控制原理实验箱完成硬件设计过程，包括：搭建校正前后 c R R
开关电源《基于MatlabSimulink的BOOST电路仿真》
基于Matlab/Simulink 的BOOST电路仿真 姓名： 学号： 班级： 时间：2010年12月7日
1引言 BOOST 电路又称为升压型电路, 是一种直流- 直流变换电路, 其电路结构如图1 所示。此电路在开关电源领域内占有非常重要的地位, 长期以来广泛的应用于各种电源设备的设计中。对它工作过程的理解掌握关系到对整个开关电源领域各种电路工作过程的理解, 然而现有的书本上仅仅给出电路在理想情况下稳态工作过程的分析, 而没有提及电路从启动到稳定之间暂态的工作过程, 不利于读者理解电路的整个工作过程和升压原理。采用matlab仿真分析方法, 可直观、详细的描述BOOST 电路由启动到达稳态的工作过程, 并对其中各种现象进行细致深入的分析, 便于我们真正掌握BOO ST 电路的工作特性。 图1BOO ST 电路的结构 2电路的工作状态 BOO ST 电路的工作模式分为电感电流连续工作模式和电感电流断续工作模式。其中电流连续模式的电路工作状态如图2 (a) 和图2 (b) 所示, 电流断续模式的电路工作状态如图2 (a)、(b)、(c) 所示, 两种工作模式的前两个工作状态相同, 电流断续型模式比电流连续型模式多出一个电感电流为零的工作状态。 (a) 开关状态1 (S 闭合) (b) 开关状态2 (S 关断) (c) 开关状态3 (电感电流为零) 图2BOO ST 电路的工作状态
3matlab仿真分析 matlab 是一种功能强大的仿真软件, 它可以进行各种各样的模拟电路和数字电路仿真，并给出波形输出和数据输出, 无论对哪种器件和哪种电路进行仿真, 均可以得到精确的仿真结果。本文应用基于matlab软件对BOO ST 电路仿真, 仿真图如图3 所示,其中IGBT作为开关, 以脉冲发生器脉冲周期T=0.2ms,脉冲宽度为50%的通断来仿真图2 中开关S的通断过程。 图3BOO ST 电路的PSp ice 模型 3.1电路工作原理 在电路中IGBT导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路，电感L储能；当IGBT关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断IGBT导通是，电容的放电回路。调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。负载侧输出电压的平均值为: （3-1） 式（3-1）中T为开关周期, 为导通时间，为关断时间。
基于MATLAB的Boost电路仿真
知识就堤力量— 基于Matlab 的Boost 电路仿真 姓名: 学号: 班级:
知识就堤力量 1、前言 由于DC/DC开关电源具有高效率，高功率密度和高可靠性等优点，越来越广泛地应用于通信、计算机、工业设备和家用电器等领域。在近几十年里，开关电源技术得到了长足的发展。在很多场合下，需要从低压电源变换到高压电源，Boost变换器是最基本，也是最常用的一种变换器。 在电力电子系统的研究中，仿真研究由于其高效、高精度及高的经济性与可靠性而得到大量应用。近二十年来，仿真已逐渐成为电力电子技术研究的有力工具。Matlab语言的强大仿真功能和方便性受到广大使用者的广泛爱好。本文对Boost变换器电路进行简单的介绍，采用Matlab来完成建模和仿真。 2、Boost电路的工作状态 Boost变换器的电路结构如下图所示: iT. n Boost电路的结构 ⑻开关状态1 （S闭合）（b）开关状态2 （S关断）
3、Matlab 仿真分析 Matlab 是一种功能强大的仿真软件，它可以进行各种各样的模拟电路和数 字电路仿真，并给出波形输出和数据输出，无论对哪种器件和哪种电路进行仿真， 均可以得到精确的仿真结果。采用 Matlab 仿真分析方法，可直观、详细的描述 Boost 电路由启动到达稳态的工作过程，并对其中各种现象进行细致深入的分 析，便于我们真正掌握Boost 电路的工作特性。仿真图如下所示： 电路工作原理： 在电路中IGBT 导通时，电流由E 经升压电感L 和V 形成回路，电感L 储能; 当IGBT 关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而 在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断 IGBT 导通是，电容的放电 回路。调节开关器件V 的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。 4- Vo |t\a ?E MeJsnuramQ Stfi?RLC Ewnch HR ltd g e Sours I ll c —— ScQpe (c)开关状态3 (电感电流为零) Scoptl V Current Measurement Diode KDT Cm rue nt Measuremehti C T
自动控制原理MATLAB仿真实验报告
实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些？ 2、 如何判断系统稳定性？ 3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为：) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.
基于MATLAB的控制系统仿真
科技信息 1.引言 控制系统仿真是指以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际的控制系统，以计算机为工具对控制系统进行实验和研究的一种方法。利用仿真工具对控制系统进行设计与仿真,可以有效地对比各种控制模型与方案,选取并优化相关控制参数,从而对整个控制系统的性能进行优化与提高,尤其是对于一些新型控制理论与算法的研究,进行系统仿真更是必不可少的。因此，控制系统仿真是应用现代科学手段对控制系统进行科学研究的十分重要的手段之一。 M ATLAB 是由美国MathWorks 公司于1984年推出的专门用于科学、 工程计算和系统仿真的优秀的科技应用软件。在其发展的过程中,不断溶入众多领域的一些专业性理论知识,从而出现了功能强大的MATLAB 配套工具箱,如控制系统工具箱（Control System Toolbox ）、模糊逻辑工具箱(Fuzzy Logic Toolbox)、神经网络工具箱(Neural Network Tool-box),以及图形化的系统模型设计与仿真环境(SIMULINK)。SIMULINK 工具平台的出现,使得控制系统的设计与仿真变得相当容易和直观,成为众多领域中计算机仿真、计算机辅助设计与分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选应用软件。 2.基于MATLAB 的控制系统仿真过程 控制系统仿真过程一般可以分为以下几个阶段：控制系统数学模型的建立、控制系统仿真模型的建立、控制系统仿真程序的编写和控制系统仿真实验及结果分析。 2.1控制系统数学模型的建立数学模型是计算机仿真的基础，是指描述系统内部各物理量（或变量）之间关系的数学表达式。控制系统的数学模型通常是指动态数学模型，自动控制系统最基本的数学模型是输入输出模型，包括时域的微分方程、复数域的传递函数和频率域中的频率特性。除了输入输出模型之外，表示控制系统的数学模型还有状态空间模型、结构图模型等。 2.2控制系统仿真模型的建立 控制系统通常由多个元部件相互连接而成，其中每个元部件都可以用一组微分方程或传递函数来表示。控制系统仿真模型的建立主要与各子系统的仿真模型的连接方式有关，主要有三种基本互联模型：串联、并联和反馈连接。在实际的控制系统中，常常采用混合联接方式，既有串联、并联，还有反馈连接。 2.3控制系统仿真的实现 M ATLAB 控制系统工具箱提供了大量的命令用于实现控制系统的仿真，包括模型创建命令、模型变换命令、模型简化命令、模型实现命令、模型特性命令、时域响应命令、频域响应命令等，这些命令涵盖了单变量和多变量控制系统分析、设计的各个方面。其输入方法分别为在SIM ULINK 环境下用仿真模块建模和在命令窗口用仿真命令编程两种方法进行仿真，然后运行仿真系统得到单位阶跃响应图，并根据单位阶跃响应图分析控制系统的动态性能指标，从而评价控制系统性能的优劣。 3.基于MATLAB 的控制系统仿真实例例如，一控制系统由5个子系统组成，其组成结构如图1所示。各 子系统的传递函数分别为：G 1(s)=s 2 +5s+12s 2+15s+6;G 2(s)=4(s+6)(s+2)(s+20) ;G 3(s)= 10;G 4 (s)=s+1;H(s)=0.1。 首先，在SIMULINK 环境下建立控制系统仿真模型，即将所需的仿 真模块按题中的要求连接起来，如图2所示， 并按要求设置好相应的参数，然后运行仿真得到单位阶跃响应图如图3所示。 图1控制系统的结构图 图2控制系统的仿真模型 图3控制系统的阶跃响应 从控制系统的单位阶跃响应曲线可以看出，其超调量为0.32s ，峰值时间为0.8s ，调节时间为3.2s 。 4.结束语 通过M ATLAB 的动态仿真工具箱SIMULINK ，可以方便、快捷地构造各种控制系统的仿真模型，并能直观地观察到其控制性能，是控制系统优化设计的有力工具。 参考文献［1］曹志国,廉小亲.基于MATLAB 的两种模糊控制系统的仿真方法［J ］.计算机仿真，2004（3）:41-44 ［2］张葛祥，李娜.MATLAB 仿真技术与应用［M ］.北京：清华大学出版社，2003 ［3］来长胜,陈凤兰.基于MATLAB 的控制系统仿真教学研究［J ］.机械工程与自动化,2010（2）:189-190 ［4］黄伟忠.单级倒立摆FUZZY-PD 控制系统的建模与仿真［J ］.计算机应用技术，2009（2）：40-43 基金项目：本文系海南省教育厅高等学校科学研究项目（Hj2009-134），琼州学院青年教师科研基金项目（QY200913）。 作者简介：孙志雄（1974-），男，副教授，主要研究方向为电子与通信技术。林雄（1962-），男，教授，主要研究方向为神经网络和模糊系统。 基于MATLAB 的控制系统仿真 琼州学院电子信息工程学院 孙志雄 林雄 ［摘要］本文介绍了MATLAB 语言和控制系统工具箱（Control System Toolbox ）以及如何在SIMULINK 环境下构造控制系统的仿 真模型，并通过实例介绍了控制系统仿真的过程。［关键词］控制系统MATLAB 仿真博士·专家论坛 429——
增量式PID控制算法的MATLAB仿真
增量式PID 控制算法的MATLAB 仿真 PID 控制的原理 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID 调节。PID 控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID 控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID 控制技术。PID 控制，实际中也有PI 和PD 控制。PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 一、 题目：用增量式PID 控制传递函数为G(s)的被控对象 G （s ）=5/(s^2+2s+10), 用增量式PID 控制算法编写仿真程序（输入分别为单位阶跃、正弦信号，采样时间为1ms ，控制器输出限幅：[-5,5],仿真曲线包括系统输出及误差曲线，并加上注释、图例）。程序如下 二、 增量式PID 原理 { U(k)= ?u(k)+ U(k-1) 或 { U(k)= ?u(k)+ U(k-1) 注：U(k)才是PID 控制器的输出 三、 分析过程 1、对G(s)进行离散化即进行Z 变换得到Z 传递函数G(Z)； 2、分子分母除以z 的最高次数即除以z 的最高次得到； )]}2()1(2)([)()]1()({[)(-+--++ --=?n n n T T n T T n n K n U D I P O εεεεεε)] 2()1(2)([)(i )]1()([)(-+--++--=?n n n Kd n K n n K n U P O εεεεεε
基于MATLAB的过程控制
摘要 水箱和换热器是过程控制中的典型对象，本设计主要以水箱液位控制系统和换热器温度控制系统为例，通过建立数学模型，确定对象的传递函数。利用Matlab的Simulink 软件包对系统进行了仿真研究，并对仿真结果进行了深入的分析。 在水箱液位控制系统中，通过建立数学模型以及实验中对实验数据的分析，分别确定了单容、双容、三容水箱对象的传递函数。在simulink软件包中建立了各系统的仿真模型。通过对仿真曲线的研究，分析了控制器参数对系统过渡过程的影响。 在换热器温度控制系统中，根据自动控制系统工艺过程，利用降阶法确定了对象的传递函数。在软件包Simulink中搭建了单回路、串级、前馈—反馈控制系统模型，分别采用常规的PID、实际PID和Smith预估器对系统进行了仿真研究，通过仿真曲线的比较，分析了各种控制系统的特点。 关键词：过程控制；MATLAB；仿真；水箱；换热器
Simulation and Research of Process Contro1 System Based on MATLAB Abstract Water tank and Heat exchanger are typical object in the process control in the design,The control system of tank level and heat interchange is used as an example.The transfer function object is defined by setting up the mathematical model.I carry on simulation research on the system by using Matlab’s simulink simulation.and deeply analyze the result of the simulation. In the system, which control the level of the tank. The transfer function of a single-tank, double-tank, three-tank is defined by setting up mathematical model and analyzing date. Simulation model of all system set up simulink simulation. The effect that controller parameter composes on the system is analyzed through the research on the simulation cuvers. In the control system of heat inter change. The design uses reduction method and defines the transfer function of the object.according to the technical process in the automatic system.The control system model of single loop, cascade, feed forward-feedback is established. Simulation research on there system is carried on through using conventional PID, the actual PID and Smith predictor , While the characteristics those control system are compared. Key words: Process Control; Matlab;Simulation; Water tanks; Heat exchanger
基于matlab的电路仿真
基于matlab的电路仿真 杨泽辉51130215 %基于matlab的电路仿真 %关键词: RC电路仿真, matlab, GUI设计 % 基于matlab的电路仿真 %功能：产生根据输入波形与电路的选择产生输出波形 close all;clear;clc; %清空 figure('position',[189 89 714 485]); %创建图形窗口，坐标（189，89），宽714，高485；Na=['输入波形[请选择]|输入波形:正弦波|',... '输入波形:方形波|输入波形:脉冲波'];%波形选择名称数组； Ns={'sin','square','pulse'}; %波形选择名称数组； R=2; % default parameters: resistance 电阻值 C=2; % default parameters: capacitance电容值 f=10; % default parameters: frequency 波形频率 TAU=R*C; tff=10; % length of time ts=1/f; % sampling length sys1=tf([1],[1,1]); % systems for integral circuit %传递函数； sys2=tf([1,0],[1,1]); % systems for differential circuit a1=axes('position',[0.1,0.6,0.3,0.3]); %创建坐标轴并获得句柄； po1=uicontrol(gcf,'style','popupmenu',... %在第一个界面的上方创建一个下拉菜单'unit','normalized','position',[0.15,0.9,0.2,0.08],... %位置 'string',Na,'fontsize',12,'callback',[]); %弹出菜单上的字符为数组Na，字体大小为12， set(po1,'callback',['KK=get(po1,''Value'');if KK>1;',... 'st=char(Ns(KK-1));[U,T]=gensig(st,R*C,tff,1/f);',... 'axes(a1);plot(T,U);ylim([min(U)-0.5,max(U)+0.5]);',... 'end;']); %pol触发事件：KK获取激发位置，st为当前触发位置的字符串，即所选择的波形类型； %[U,T]，gensing,产生信号，类型为st的值，周期为R*C，持续时间为tff， %采样周期为1/f，U为所产生的信号，T为时间； %创建坐标轴al；以T为x轴，U为y轴画波形，y轴范围。。。 Ma=['电路类型[请选择]|电路类型:积分型|电路类型:微分型']; %窗口2电路类型的选择数组； a2=axes('position',[0.5,0.6,0.3,0.3]);box on; %创建坐标轴2； set(gca,'xtick',[]);set(gca,'ytick',[]); %去掉坐标轴的刻度 po2=uicontrol(gcf,'style','popupmenu',... %在第二个窗口的位置创建一个下拉菜单，同1 'unit','normalized','position',[0.55,0.9,0.2,0.08],... 'string',Ma,'fontsize',12,'callback',[]); set(po2,'callback',['KQ=get(po2,''Value'');axes(a2);',... %po2属性设置，KQ为选择的电路类型，'if KQ==1;cla;elseif KQ==2;',... %1则清除坐标轴，2画积分电路，3画微分电路 'plot(0.14+0.8i+0.02*exp(i*[0:.02:8]),''k'');hold on;',... 'plot(0.14+0.2i+0.02*exp(i*[0:.02:8]),''k'');',... 'plot(0.84+0.2i+0.02*exp(i*[0:.02:8]),''k'');',... 'plot(0.84+0.8i+0.02*exp(i*[0:.02:8]),''k'');',... 'plot([0.16,0.82],[0.2,0.2],''k'');',... 'plot([0.16,0.3],[0.8,0.8],''k'');',... 'plot([3,4,4,3,3]/10,[76,76,84,84,76]/100,''k'');',... 'plot([0.4,0.82],[0.8,0.8],''k'');',... 'plot([0.6,0.6],[0.8,0.53],''k'');',... 'plot([0.6,0.6],[0.2,0.48],''k'');',... 'plot([0.55,0.65],[0.53,0.53],''k'');',... 'plot([0.55,0.65],[0.48,0.48],''k'');',... 'text(0.33,0.7,''R'');',...
基于MATLAB的整流电路仿真分析
密级：公开 科学技术学院 NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 学士学位论文 THESIS OF BACHELOR （2008—2012年） 题目基于MATLAB的整流电路仿真分析 学科部： 专业： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 起讫日期：
目录 摘要 ............................................................................................................... Ⅰ矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。Abstract . (Ⅱ) 第一章三相桥式全控整流电路的仿真....................................................... 0聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 1.1 电路的构成及工作特点.................................................................. 0残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 1.2 建模及仿真...................................................................................... 1酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 1.3参数设置及仿真............................................................................... 2彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 1.4 故障分析.......................................................................................... 3謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 1.5 小结.................................................................................................. 4厦礴恳蹒骈時盡继價骚。第二章基于MATLAB的单相桥式整流电路仿真分析................................. 5茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 2.1单相桥式半控整流电路................................................................ 5鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 2.2 单相桥式半控整流电路带纯电阻性负载情况............................ 7籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 2.3 单相桥式全控整流电路.............................................................. 12預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 2.4 单相桥式全控整流电路带纯电阻性负载情况.......................... 14渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 2.5 单相桥式全控整流电路带电阻电感性负载情况...................... 16铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。结论 .............................................................................................................. 18擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。参考文献：................................................................................................... 19贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。致谢 .............................................................................................................. 20坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
MATLAB控制系统与仿真设计
MATLAB控制系统与仿真 课 程 设 计 报 告 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级：测控技术与仪器1301班 姓名：吴凯 学号：1306070127
指导教师：杨洁昝宏洋 基于MATLAB的PID恒温控制器 本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。 关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。 Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid
基于MATLAB的Boost电路仿真
基于Matlab的Boost 电路仿真 姓名： 学号： 班级：
1、前言 由于DC/DC开关电源具有高效率，高功率密度和高可靠性等优点，越来越广泛地应用于通信、计算机、工业设备和家用电器等领域。在近几十年里，开关电源技术得到了长足的发展。在很多场合下，需要从低压电源变换到高压电源，Boost变换器是最基本，也是最常用的一种变换器。 在电力电子系统的研究中，仿真研究由于其高效、高精度及高的经济性与可靠性而得到大量应用。近二十年来，仿真已逐渐成为电力电子技术研究的有力工具。Matlab语言的强大仿真功能和方便性受到广大使用者的广泛爱好。本文对Boost变换器电路进行简单的介绍，采用Matlab来完成建模和仿真。 2、Boost电路的工作状态 Boost变换器的电路结构如下图所示： Boost 电路的结构 (a) 开关状态1 (S 闭合) (b) 开关状态2 (S 关断)
(c) 开关状态3 (电感电流为零) 3、Matlab仿真分析 Matlab 是一种功能强大的仿真软件，它可以进行各种各样的模拟电路和数字电路仿真，并给出波形输出和数据输出，无论对哪种器件和哪种电路进行仿真，均可以得到精确的仿真结果。采用Matlab仿真分析方法，可直观、详细的描述Boost 电路由启动到达稳态的工作过程，并对其中各种现象进行细致深入的分析，便于我们真正掌握Boost电路的工作特性。仿真图如下所示： 电路工作原理： 在电路中IGBT导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路，电感L储能；当IGBT关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断IGBT导通是，电容的放电回路。调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。
某温度控制系统的MATLAB仿真
课程设计报告 题目某温度控制系统的MATLAB仿真（题目C）
过程控制课程设计任务书 题目C ：某温度控制系统的MATLAB 仿真 一、 系统概况： 设某温度控制系统方块图如图： 图中G c (s)、G v (s)、G o (s)、G m (s)、分别为调节器、执行器、过程对象及温度变送器的传递函数；，且电动温度变送器测量范围（量程）为50～100O C 、输出信号为4～20mA 。G f (s)为干扰通道的传递函数。 二、系统参数 二、 要求： 1、分别建立仿真结构图，进行以下仿真，并求出主要性能指标： (1)控制器为比例控制，其比例度分别为δ＝10％、20％、50％、100％、200％时，系统广义对象输出z(t)的过渡过程； (2)控制器为比例积分控制，其比例度δ＝20％，积分时间分别为T I ＝1min 、3min 、5min 、10min 时，z(t)的过渡过程； 0m v o 0f o o =5min =2.5min =1.5(kg/min)/mA =5.4C/(kg/min) =0.8 C C T T K K K x(t)=80f(t)=10； ；；； ；给定值； 阶跃扰动
(3)控制器为比例积分微分控制，其比例度δ＝10％，积分时间T I＝5min，微分时间T D = 0.2min时，z(t)的过渡过程。 2、对以上仿真结果进行分析比对，得出结论。 3、撰写设计报告。 注：调节器比例带δ的说明 比例控制规律的输出p(t)与输入偏差信号e(t)之间的关系为 式中，K c叫作控制器的比例系数。 在过程控制仪表中，一般用比例度δ来表示比例控制作用的强弱。比例度δ定义为 式中，(z max-z min)为控制器输入信号的变化范围，即量程；(p max-p min)为控制器输出信号的变化范围。 = c p(t)K e(t) max min ( ) =100% ) max min e z z p(p-p δ - ?
基于MATLAB的智能控制系统的介绍与设计实例最新毕业论文
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 武汉科技大学 智能控制系统 学院：信息科学与工程学院 专业：控制理论与控制工程 学号： 姓名：李倩
基于MATLAB的智能控制系统的介绍与设计实例 摘要 现代控制系统，规模越来越大，系统越来越复杂，用传统的控制理论方法己不能满控制的要求。智能控制是在经典控制理论和现代控制理论的基础上发展起来的，是控制理论、人工智能和计算机科学相结合的产物。MATLAB是现今流行的一种高性能数值计算和图形显示的科学和工程计算软件。本文首先介绍了智能控制的一些基本理论知识，在这些理论知识的基础之上通过列举倒立摆控制的具体实例，结合matlab对智能控制技术进行了深入的研究。 第一章引言 自动控制就是在没有人直接参与的条件下，利用控制器使被控对象(如机器、设备和生产过程)的某些物理量能自动地按照预定的规律变化。它是介于许多学科之间的综合应用学科，物理学、数学、力学、电子学、生物学等是该学科的重要基础。自动控制系统的实例最早出现于美国，用于工厂的生产过程控制。美国数学家维纳在20世纪40年代创立了“控制论”。伴随着计算机出现，自动控制系统的研究和使用获得了很快的发展。在控制技术发展的过程中，待求解的控制问题变得越来越复杂，控制品质要求越来越高。这就要求必须分析和设计相应越来越复杂的控制系统。智能控制系统(ICS)是复杂性急剧增加了的控制系统。它是由控制问题的复杂性急剧增加而带来的结果，其采用了当今其他学科的一些先进研究成果，其根本目的在于求解复杂的控制问题。近年来，ICS引起了人们广泛的兴趣，它体现了众多学科前沿研究的高度交叉和综合。 作为一个复杂的智能计算机控制系统，在其建立投入使用前，必要首先进行仿真实验和分析。计算机仿真(Compeer Simulation)又称计算机模拟(Computer Analogy)或计算机实验。所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在计算机上对该仿真模型
复杂过程控制系统设计与Simulink仿真
银河航空航天大学 课程设计 （论文） 题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿 真 班级 学号 学生姓名 指导教师
目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)
复杂过程控制系统设计与Simulink仿真 姬晓龙银河航空航天大学自动化分校 摘要：本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计，以此来深化对复杂过程控制系统的理解，体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型，学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法，为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。 关键字：串级；前馈；解耦；建模；Simulink。 0.前言 单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题，在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统，如串级控制（双闭环控制）、前馈控制大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。从结构上看，这些控制系统由两个以上的回路构成，相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器，以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”，以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。 计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析，得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真，为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验，仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时，十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大，先进过程控制的出现，就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink，这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。
基于MATLAB的PID控制器设计说明
基于MATLAB的PID 控制器设计
基于MATLAB的PID 控制器设计 一、PID控制简介 PID控制是最早发展起来的经典控制策略, 是用于过程控制最有效的策略之一。由于其原理简单、技术成，在实际应用中较易于整定, 在工业控制中得到了广泛的应用。它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型,只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数, 经过经验进行调节器参数在线整定, 即可取得满意的结果, 具有很大的适应性和灵活性。 积分作用:可以减少稳态误差, 但另一方面也容易导致积分饱和, 使系统的超调量增大。 微分作用:可提高系统的响应速度, 但其对高频干扰特别敏感, 甚至会导致系统失稳。 所以, 正确计算控制器的参数, 有效合理地实现 PID控制器的设计,对于PID 控制器在过程控制中的广泛应用具有重要的理论和现实意义。 在PID控制系统中, PID控制器分别对误差信号e（t）进行比例、积分与微分运算, 其结果的加权和构成系统的控制信号u（t），送给对象模型加以控制。 PID控制器的数学描述为 其传递函数可表示为: 从根本上讲, 设计PID控制器也就是确定其比例系数Kp、积分系数T i 和微分系数T d , 这三个系数取值的不同, 决定了比例、积分和微分作用的强弱。控制系统的整定就是在控制系统的结构已经确定、控制仪表和控制对象等处在正常状态的情况下, 适当选择控制器参数使控制仪表的特性和控制对象的特性相配合, 从而使控制系统的运行达到最佳状态, 取得最好的控制效果。 二、MATLAB的 Ziegler-Nichols算法PID控制器设计。 1、PID控制器的Ziegler-Nichols参数整定 在实际的过程控制系统中, 有大量的对象模型可以近似地由一阶模型 来表示。这个对象模型可以表示为 sL - e sT 1 K G(s) + = 如果不能建立起系统的物理模型, 可通过试验测取对象模型的阶跃响应, 从而得到模型参数。当然, 我们也可在已知对象模型的情况下, 利用MATLAB，通过使用step ( ) 函数得到对象模型的开环阶跃响应曲线。在被控对象的阶跃响应中, 可获取K 、L 和T参数, 也可在MATLAB中由dcgain ( ) 函数求取 K值。