自动控制原理及系统仿真课程设计

自动控制原理及系统仿真课程设计
自动控制原理及系统仿真课程设计

自动控制原理及系统仿

真课程设计

学号:1030620227

姓名:李斌

指导老师:胡开明

学院:机械与电子工程学院

2013年11月

目录

一、设计要求 (1)

二、设计报告的要求 (1)

三、题目及要求 (1)

(一)自动控制仿真训练 (1)

(二)控制方法训练 (19)

(三)控制系统的设计 (23)

四、心得体会 (27)

五、参考文献 (28)

自动控制原理及系统仿真课程设计 一:设计要求:

1、 完成给定题目中,要求完成题目的仿真调试,给出仿真程序和图形。

2、 自觉按规定时间进入实验室,做到不迟到,不早退,因事要请假。严格遵守实验室各项规章制度,实验期间保持实验室安静,不得大声喧哗,不得围坐在一起谈与课程设计无关的空话,若违规,则酌情扣分。

3、 课程设计是考查动手能力的基本平台,要求独立设计操作,指导老师只检查运行结果,原则上不对中途故障进行排查。

4、 加大考查力度,每个时间段均进行考勤,计入考勤分数,按照运行的要求给出操作分数。每个人均要全程参与设计,若有1/3时间不到或没有任何运行结果,视为不合格。

二:设计报告的要求: 1.理论分析与设计

2.题目的仿真调试,包括源程序和仿真图形。

3.设计中的心得体会及建议。 三:题目及要求 一)自动控制仿真训练

1.已知两个传递函数分别为:s

s x G s x G +=+=

22132)(,131)(

①在MATLAB中分别用传递函数、零极点、和状态空间法表示;

MATLAB代码:

num=[1]

den=[3 1]

G=tf(num,den)

[E F]=zero(G)

[A B C D]=tf2ss(num,den)

num=[2]

den=[3 1 0]

G=tf(num,den)

[E F]=zero(G)

[A B C D]=tf2ss(num,den)

仿真结果:

num =2

den =3 1 0

Transfer function:

2

---------

3 s^2 + s

E = Empty matrix: 0-by-1

F = 0.6667

A =-0.3333 0

1.0000 0

B= 1

C = 0 0.6667

D = 0

num = 1

den =3 1

Transfer function:

1

-------

3 s + 1

E =Empty matrix: 0-by-1

F =0.3333

A = -0.3333

B =1

C =0.3333

D =0

②在MATLAB中分别求出通过反馈、串联、并联后得到的系

统模型。

MATLAB代码:

num1=[1]

den1=[3 1]

G1=tf(num1,den1) num2=[2]

den2=[3 1 0]

G2=tf(num2,den2) G3=G1*G2

G4=G1+G2

仿真结果:

num1 =1

den1 =3 1 Transfer function:

1

-------

3 s + 1

num2 =2

den2 = 3 1 0 Transfer function:

2

---------

3 s^2 + s Transfer function: 2 ----------------- 9 s^3 + 6 s^2 + s Transfer function: 3 s^2 + 7 s + 2 ----------------- 9 s^3 + 6 s^2 + s

2.系统的传递函数模型为24

50351024

247)(2

3423+++++++=s s s s s s s s G ,判断系统的稳定性。 MATLAB 代码: num=[1 7 24 24] den=[1 10 35 50 24] G=tf(num,den) p=eig(G) p1=pole(G) r=roots(den) 仿真结果:

num = 1 7 24 24 den = 1 10 35 50 24

Transfer function:

s^3 + 7 s^2 + 24 s + 24 --------------------------------- s^4 + 10 s^3 + 35 s^2 + 50 s + 24 p =-4.0000 -3.0000 -2.0000 -1.0000 p1=-4.0000 -3.0000 -2.0000 -1.0000 r =-4.0000 -3.0000 -2.0000 -1.0000

3.单位负反馈系统的开环传递函数为

)22)(73.2()(2+++=

s s s s k

s G ,

绘制根轨迹图,并求出与实轴的分离点、与虚轴的交点及对应的增益。 MATLAB 代码: num=1

den=conv([1 2.73 0],[1 2 2])

rlocus(num,den)

axis([-8 8 -8 8])

figure(2)

r=rlocus(num,den);

plot(r,'-')

axis([-8 8 -8 8])

gtext('x')

gtext('x')

gtext('x')

仿真结果:

num =1

den =1.0000 4.7300 7.4600 5.4600 0

4.已知系统的开环传递函数为

)15.0)(12.0()

110(5)(2++++=

s s s s s s G ,绘制系

统的Bode 图和Nyquist,并能够求出系统的幅值裕度和相角裕

度。

MATLAB代码:

s=tf('s')

G=5*(10*s+1)/(s*(s^2+0.2*s+1)*(0.5*s+1)) figure(1)

bode(G)

grid

figure(2)

nyquist(G)

grid

axis([-2 2 -5 5])

仿真结果:

Transfer function:s

Transfer function:

50 s + 5

-------------------------------

0.5 s^4 + 1.1 s^3 + 0.7 s^2 + s

5.考虑如图所示的反馈控制系统的模型,各个模块为

4

324

)(23+++=

s s s s G ,33)(+-=s s s G c

,1

01.01

)(+=

s s H ,用MATLAB

语句分别得出开环和闭环系统的阶跃响应曲线。

MATLAB代码:num=[4]

den=[1 2 3 4]

G=tf(num,den)

G0=feedback(G,1) step(G0)

[y,t]=step(G0) plot(t,y)

num=[1 -3]

den=[1 3]

G=tf(num,den)

G0=feedback(G,1) step(G0)

[y,t]=step(G0) plot(t,y)

num=[1]

den=[0.01 1]

G=tf(num,den)

G0=feedback(G,1) step(G0)

[y,t]=step(G0) plot(t,y)

num1=[4]

den1=[1 2 3 4]

G1=tf(num1,den1) num2=[1 -3]

den2=[1 3]

G2=tf(num2,den2) num3=[1]

den3=[0.01 1]

G3=tf(num3,den3) G=G1*G2

G0=feedback(G,G3) step(G0)

[y,t]=step(G0) plot(t,y)

figure(2)

step(G)

[y,t]=step(G)

plot(t,y)

仿真结果:

num =4

den =1 2 3 4 Transfer function:

4

---------------------

s^3 + 2 s^2 + 3 s + 4 Transfer function:

4

---------------------

s^3 + 2 s^2 + 3 s + 8

y =1.0e+024 *0

……

-0.8394

2.3467

-3.8466

4.9206

-5.0901

3.9226

t = 0

1.4293

2.8586

4.2879

5.7172

7.1465

8.5758

. .……464.5216 465.9509 467.3802 468.8094

num =1 -3 den =1 Transfer function: s - 3

-----

s + 3

Transfer function: s - 3

-----

2 s

y = 1.0e+004 *

num =1

den =0.0100 1.0000 Transfer function:

1

----------

0.01 s + 1

Transfer function:

1

----------

0.01 s + 2

y =0

t=0

num1 =4

den1 =1 2 3 4 Transfer function:

4

---------------------

s^3 + 2 s^2 + 3 s + 4

num2 =1 -3

den2 =1 3

Transfer function:

s - 3

-----

s + 3

num3 =1

den3 =0.0100 1.0000 Transfer function:

1

----------

0.01 s + 1

Transfer function:

4 s - 12

-------------------------------

s^4 + 5 s^3 + 9 s^2 + 13 s + 12 Transfer function:

控制系统仿真课程设计报告.

控制系统仿真课程设计 (2011级) 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2014年6月

控制系统仿真课程设计一 ———交流异步电机动态仿真 一 设计目的 1.了解交流异步电机的原理,组成及各主要单元部件的原理。 2. 设计交流异步电机动态结构系统; 3.掌握交流异步电机调速系统的调试步骤,方法及参数的整定。 二 设计及Matlab 仿真过程 异步电机工作在额定电压和额定频率下,仿真异步电机在空载启动和加载过程中的转速和电流变化过程。仿真电动机参数如下: 1.85, 2.658,0.2941,0.2898,0.2838s r s r m R R L H L H L H =Ω=Ω===, 20.1284Nm s ,2,380,50Hz p N N J n U V f =?===,此外,中间需要计算的参数如下: 21m s r L L L σ=-,r r r L T R =,22 2 s r r m t r R L R L R L +=,10N m TL =?。αβ坐标系状态方程: 其中,状态变量: 输入变量: 电磁转矩: 2p m p s r s L r d ()d n L n i i T t JL J βααωψψβ=--r m r r s r r d 1d L i t T T ααβαψψωψ=--+r m r r s r r d 1d L i t T T ββαβψψωψ=-++22s s r r m m m s r r s s 2r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ααβαα σψωψ+=+-+22 s s r r m m m s r r s s 2 r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ββαββ σψωψ+=--+[ ] T r r s s X i i αβαβωψψ=[ ] T s s L U u u T αβ=()p m e s s s s r n L T i i L βααβ ψψ=-

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.

自动控制原理课程设计

审定成绩: 自动控制原理课程设计报告 题目:单位负反馈系统设计校正 学生姓名姚海军班级0902 院别物理与电子学院专业电子科学与技术学号14092500070 指导老师杜健嵘 设计时间2011-12-10

目录一设计任务 二设计要求 三设计原理 四设计方法步骤及设计校正构图五课程设计总结 六参考文献

一、 设计任务 设单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 12.0)(11.0()(0 ++= s s s K s G 用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计,使系统满足如下动态和静态性能: (1) 相角裕度0 45 ≥γ ; (2) 在单位斜坡输入下的稳态误差05.0<ss e ; (3) 系统的剪切频率s /rad 3<c ω。 二、设计要求 (1) 分析设计要求,说明校正的设计思路(超前校正,滞后校正或滞后-超前 校正); (2) 详细设计(包括的图形有:校正结构图,校正前系统的Bode 图,校正装 置的Bode 图,校正后系统的Bode 图); (3) 用MATLAB 编程代码及运行结果(包括图形、运算结果); (4) 校正前后系统的单位阶跃响应图。 三、设计原理 校正方式的选择。按照校正装置在系统中的链接方式,控制系统校正方式分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正4种。串联校正是最常用的一种校正方式,这种方式经济,且设计简单,易于实现,在实际应用中多采用这种校正方式。串联校正方式是校正器与受控对象进行串联连接的。本设计按照要求将采用串联校正方式进行校。校正方法的选择。根据控制系统的性能指标表达方式可以进行校正方法的确定。本设计要求以频域指标的形式给出,因此采用基于Bode 图的频域法进行校正。 几种串联校正简述。串联校正可分为串联超前校正、串联滞后校正和滞后-超前校正等。 超前校正的目的是改善系统的动态性能,实现在系统静态性能不受损的前提下,提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节,利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度,改变系统的开环频率特性。一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。

排队系统仿真matlab实验报告

M/M/1排队系统实验报告 一、实验目的 本次实验要求实现M/M/1单窗口无限排队系统的系统仿真,利用事件调度法实现离散事件系统仿真,并统计平均队列长度以及平均等待时间等值,以与理论分析结果进行对比。 二、实验原理 根据排队论的知识我们知道,排队系统的分类是根据该系统中的顾客到达模式、服务模式、服务员数量以及服务规则等因素决定的。 1、 顾客到达模式 设到达过程是一个参数为λ的Poisson 过程,则长度为t 的时间内到达k 个呼叫的概 率 服从Poisson 分布,即e t k k k t t p λλ-=!)()(,?????????=,2,1,0k ,其中λ>0为一常数,表示了 平均到达率或Poisson 呼叫流的强度。 2、 服务模式 设每个呼叫的持续时间为i τ,服从参数为μ的负指数分布,即其分布函数为{}1,0t P X t e t μ-<=-≥ 3、 服务规则 先进先服务的规则(FIFO ) 4、 理论分析结果 在该M/M/1系统中,设 λρμ=,则稳态时的平均等待队长为1Q ρλρ=-,顾客的平均等待时间为T ρ μλ=-。 三、实验内容 M/M/1排队系统:实现了当顾客到达分布服从负指数分布,系统服务时间也服从负指数分布,单服务台系统,单队排队,按FIFO (先入先出队列)方式服务。 四、采用的语言 MatLab 语言 源代码: clear; clc;

%M/M/1排队系统仿真 SimTotal=input('请输入仿真顾客总数SimTotal='); %仿真顾客总数;Lambda=0.4; %到达率Lambda; Mu=0.9; %服务率Mu; t_Arrive=zeros(1,SimTotal); t_Leave=zeros(1,SimTotal); ArriveNum=zeros(1,SimTotal); LeaveNum=zeros(1,SimTotal); Interval_Arrive=-log(rand(1,SimTotal))/Lambda;%到达时间间隔Interval_Serve=-log(rand(1,SimTotal))/Mu;%服务时间 t_Arrive(1)=Interval_Arrive(1);%顾客到达时间 ArriveNum(1)=1; for i=2:SimTotal t_Arrive(i)=t_Arrive(i-1)+Interval_Arrive(i); ArriveNum(i)=i; end t_Leave(1)=t_Arrive(1)+Interval_Serve(1);%顾客离开时间LeaveNum(1)=1; for i=2:SimTotal if t_Leave(i-1)

计算机仿真课程设计报告

、 北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2010 ~2011 学年第 2学期 学生姓名:林泽佳专业班级:08自动化1班指导教师:钟秋海工作部门:信息学院一、课程设计题目 : 《控制系统建模、分析、设计和仿真》 本课程设计共列出10个同等难度的设计题目,编号为:[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。 学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。例如,学号为8xxxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。 二、课程设计内容 (一)《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计内容|

! " [2 有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见(二)。 (二)《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计要求及评分标准【共100分】 , 1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB描述。(2分) 2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。(4分) 3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。(2分) 4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际 闭环系统稳定的要求。(6分) 5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式,满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳 定的要求。(8分)

6、根据4、5、列写方程组,求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。 (12分) 7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。 (3分) ! 8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。(7分) 9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。 (8分) 10、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际 闭环系统稳定的要求。(6分) 11、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式,满足控制器Dw(z)可实现、无波纹、最少拍和实际 闭环系统稳定的要求。(8分) 12、根据10、11、列写方程组,求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。 (12分) 13、求针对单位速度信号输入的最少拍无波纹控制器Dw(z)并说明Dw(z)的可实现性。(3分) 14、用程序仿真方法分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。(7分) 15、用图形仿真方法(Simulink)分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。 & (8分) 16、根据8、9、14、15、的分析,说明有波纹和无波纹的差别和物理意义。(4分) 三、进度安排 6月13至6月14:下达课程设计任务书;复习控制理论和计算机仿真知识,收集资料、熟悉仿真工具;确定设计方案和步骤。 6月14至6月16:编程练习,程序设计;仿真调试,图形仿真参数整定;总结整理设计、 仿真结果,撰写课程设计说明书。 6月16至6月17:完成程序仿真调试和图形仿真调试;完成课程设计说明书;课程设计答 辩总结。 [ 四、基本要求

自动控制原理MATLAB仿真实验

传递函数及方框图的建立(典型环节) 一、实验目的 1.熟悉MATLAB 桌面和命令窗口,初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。 2.通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性,加深对各典型环节响应曲线的理解。 3.定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、SIMULINK 的使用 MATLAB 中SIMULINK 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。利用SIMULINK 功能模块可以快速的建立控制系统的模型,进行仿真和调试。 1.运行MATLAB 软件,在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink 命令,按Enter 键或在工具栏单击按钮,即可进入如图1-1所示的SIMULINK 仿真环境下。 2.选择File 菜单下New 下的Model 命令,新建一个simulink 仿真环境常规模板。 3.在simulink 仿真环境下,创建所需要的系统。 以图1-2所示的系统为例,说明基本设计步骤如下: 1)进入线性系统模块库,构建传递函数。点击simulink 下的“Continuous ”,再将右边窗口中“Transfer Fen ”的图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口。 2)改变模块参数。在simulink 仿真环境“untitled ”窗口中双击该图标,即可改变传递函数。其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数,数字之间用空格隔开;设置完成后,选择OK ,即完成该模块的设置。 3)建立其它传递函数模块。按照上述方法,在不同的simulink 的模块库中,建立系统所需的传递函数模块。例:比例环节用“Math ”右边窗口“Gain ”的图标。 4)选取阶跃信号输入函数。用鼠标点击simulink 下的“Source ”,将右边窗口中“Step ”图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口,形成一个阶跃函数输入模块。 5)选择输出方式。用鼠标点击simulink 下的“Sinks ”,就进入输出方式模块库,通常选用“Scope ”的示波器图标,将其用左键拖至新建的“untitled ”窗口。 6)选择反馈形式。为了形成闭环反馈系统,需选择“Math ” 模块库右边窗口“Sum ”图1-1 SIMULINK 仿真界面 图1-2 系统方框图

自动控制原理课程设计速度伺服控制系统设计样本

自动控制原理课程设计题目速度伺服控制系统设计 专业电气工程及其自动化 姓名 班级 学号 指引教师 机电工程学院 12月

目录一课程设计设计目 二设计任务 三设计思想 四设计过程 五应用simulink进行动态仿真六设计总结 七参照文献

一、课程设计目: 通过课程设计,在掌握自动控制理论基本原理、普通电学系统自动控制办法基本上,用MATLAB实现系统仿真与调试。 二、设计任务: 速度伺服控制系统设计。 控制系统如图所示,规定运用根轨迹法拟定测速反馈系数' k,以 t 使系统阻尼比等于0.5,并估算校正后系统性能指标。 三、设计思想: 反馈校正: 在控制工程实践中,为改进控制系统性能,除可选用串联校正方式外,经常采用反馈校正方式。常用有被控量速度,加速度反馈,执行机构输出及其速度反馈,以及复杂系统中间变量反馈等。反馈校正采用局部反馈包围系统前向通道中一某些环节以实现校正,。从控制观点来看,采用反馈校正不但可以得到与串联校正同样校正效果,并且尚有许多串联校正不具备突出长处:第一,反馈校正能有效地变化

被包围环节动态构造和参数;第二,在一定条件下,反馈校正装置特性可以完全取代被包围环节特性,反馈校正系数方框图从而可大大削弱这某些环节由于特性参数变化及各种干扰带给系统不利影响。 该设计应用是微分负反馈校正: 如下图所示,微分负反馈校正包围振荡环节。其闭环传递函数为 B G s ()=00t G s 1G (s)K s +()=22t 1T s T K s ζ+(2+)+1 =22'1T s 21Ts ζ++ 试中,'ζ=ζ+t K 2T ,表白微分负反馈不变化被包围环节性质,但由于阻尼比增大,使得系统动态响应超调量减小,振荡次数减小,改进了系统平稳性。 微分负反馈校正系统方框图

课程设计之matlab仿真报告

西安邮电大学 专业课程设计报告书 院系名称:电子工程学院学生姓名:李群学号05113096 专业名称:光信息科学与技术班级:光信1103 实习时间:2014年4月8日至2014年4月 18日

一、课程设计题目: 用matlab 仿真光束的传输特性。 二、任务和要求 1、用matlab 仿真光束通过光学元件的变换。 ① 设透镜材料为k9玻璃,对1064nm 波长的折射率为1.5062,镜片中心厚度为3mm ,凸面曲 率半径,设为100mm ,初始光线距离透镜平面20mm 。用matlab 仿真近轴光线(至少10条)经过平凸透镜的焦距,与理论焦距值进行对比,得出误差大小。 ② 已知透镜的结构参数为101=r ,0.11=n ,51=d ,5163.121==' n n (K9玻璃), 502-=r ,0.12=' n ,物点A 距第一面顶点的距离为100,由A 点计算三条沿光轴夹角分别为10、20、 30的光线的成像。试用Matlab 对以上三条光线光路和近轴光线光路进行仿真,并得出实际光线的球差大小。 ③ 设半径为1mm 的平面波经凸面曲率半径为25mm ,中心厚度3mm 的平凸透镜。用matlab 仿 真平面波在透镜几何焦平面上的聚焦光斑强度分布,计算光斑半径。并与理论光斑半径值进行对比,得出误差大小。(方法:采用波动理论,利用基尔霍夫—菲涅尔衍射积分公式。) 2、用MATLAB 仿真平行光束的衍射强度分布图样。(夫朗和费矩形孔衍射、夫朗和费圆孔衍射、夫朗和费单缝和多缝衍射。) 3、用MATLAB 仿真厄米—高斯光束在真空中的传输过程。(包括三维强度分布和平面的灰度图。) 4、(补充题)查找文献,掌握各类空心光束的表达式,采用费更斯-菲涅尔原理推导各类空心光束在真空中传输的光强表达式。用matlab 对不同传输距离处的光强进行仿真。 三、理论推导部分 第一大题 (1)十条近轴光线透过透镜时,理想情况下光线汇聚透镜的焦点上,焦点到像方主平面的距离为途径的焦距F ,但由于透镜的折射率和厚度会影响光在传输过程中所走的路径(即光程差Δ)。在用MATLAB 仿真以前先计算平行光线的传输路径。,R 为透镜凸面的曲率半径,h 为入射光线的高度,θ1为入射光线与出射面法线的夹角,θ2为出射光线与法线的夹角,n 为透镜材料的折射率。设透镜的中心厚度为d ,则入射光线经过透镜的实际厚度为:L=(R-d) 光线的入射角为:sinq1=h/R 折射角度满足:sinq2=nsinq1 而实际的光束偏折角度为:θ2-θ1。 由此可以看出,当平行光线照射透镜时,在凸面之前光线平行于光轴,在凸面之后发生了偏折,于光轴交汇一点,这一点成为焦点f ,折线的斜率为(-tan(θ2-θ1))。 (2)根据题意可得,本题所讨论的是与光轴夹角不同的三条光线,经过透镜的两次反射后的成像问题。利用转面公式计算。

自动控制原理课程设计MATLAB仿真

目录 概述 (1) 一、实验目的 (1) 二、简述MATLAB语言的特点及其主要功能 (1) 三、控制系统仿真时常用的方法和指令 (2) 1、控制系统仿真时常用的方法 (2) a、数学仿真 (2) b、半物理仿真 (2) c、全物理仿真 (2) 2、控制系统仿真时常用的指令 (2) 1)、Bode图 (2) ①、绘制Bode图 (2) ②、系统的增益裕度和相角裕度 (2) 2)、Nichols图 (3) 3)、Nyquist图 (3) 4)、一般频率响应图 (3) 5)、频率响应的奇异值图 (3) 6)、绘制根轨迹 (4) 四、实验内容 (4) 五、心得体会 (22) 六、参考文献 (22)

概述 MATLAB 是一种直观、高效的计算机语言,同时也是一个科学计算平台。 它的伴随工具Simulink 是用来对真实世界的动力学系统建模、模拟仿真和分析的软件。我们可将综合性和设计性实验项目通过MATLAB 在计算机上仿真,使系统的观察实验的动态过程。目前,MATLAB 已经成为我们当代大学生必须掌握的基本技能,在设计研究单位和工业部门,MATLAB 已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件。在完成了验证性、综合性和设计性实验后,课程设计必不可少。课程设计是工科实践教学的一个重要的环节,目的是培养我们综合运用理论知识分析和解决实际问题的方法和能力,实现由知识向技能的初步化。所以课程设计是培养我们思维创造能力最有效的途径。 一、实验目的 1、培养理论联系实际的科学态度,训练综合运用经典控制理论和相关课程知识 的能力。 2、掌握自动控制原理的时域分析法,根轨迹法,频域分析法,以及各种(矫正) 装置的作用及用法,能够利用不同的分析方法对给定系统进行性能分析,能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计,并调试满足系统的指标。 3、学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统的仿真与调试。 4、锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力。 二、简述MATLAB语言的特点及其主要功能 MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连 matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

自动控制设计(自动控制原理课程设计)

自动控制原理课程设计 本课程设计的目的着重于自动控制基本原理与设计方法的综合实际应用。主要内容包括:古典自动控制理论(PID)设计、现代控制理论状态观测器的设计、自动控制MATLAB 仿真。通过本课程设计的实践,掌握自动控制理论工程设计的基本方法与工具。 1 内容 某生产过程设备如图1所示,由液容为C1与C2的两个液箱组成,图中Q 为稳态液体流量)/(3s m ,i Q ?为液箱A 输入水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,1Q ?为液箱A 到液箱B 流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,2Q ?为液箱B 输出水流量对稳态值的微小变化)/(3s m ,1h 为液箱A 的液位稳态值)(m ,1h ?为液箱A 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,2h 为液箱B 的液位稳态值)(m ,2h ?为液箱B 液面高度对其稳态值的微小变化)(m ,21,R R 分别为A,B 两液槽的出水管液阻))//((3s m m 。设u 为调节阀开度)(2m 。 已知液箱A 液位不可直接测量但可观,液箱B 液位可直接测量。 图1 某生产过程示意图

要求 1. 建立上述系统的数学模型; 2. 对模型特性进行分析,时域指标计算,绘出bode,乃示图,阶跃反应曲线 3. 对B 容器的液位分别设计:P,PI,PD,PID 控制器进行控制; 4. 对原系统进行极点配置,将极点配置在-1+j 与-1-j;(极点可以不一样) 5. 设计一观测器,对液箱A 的液位进行观测(此处可以不带极点配置); 6. 如果要实现液位h2的控制,可采用什么方法,怎么更加有效?试之。 用MATLAB 对上述设计分别进行仿真。 (提示:流量Q=液位h/液阻R,液箱的液容为液箱的横断面积,液阻R=液面差变化h ?/流量变化Q ?。) 2 双容液位对象的数学模型的建立及MATLAB 仿真过程 一、对系统数学建模 如图一所示,被控参数2h ?的动态方程可由下面几个关系式导出: 液箱A:dt h d C Q Q i 111?=?-? 液箱B:dt h d C Q Q 22 21?=?-? 111/Q h R ??= 222/Q h R ??= u K Q u i ?=? 消去中间变量,可得: u K h dt h d T T dt h d T T ?=?+?++?222122221)( 式中,21,C C ——两液槽的容量系数 21,R R ——两液槽的出水端阻力 111C R T =——第一个容积的时间常数 222C R T =——第二个容积的时间常数 2R K K u =_双容对象的放大系数

单服务台排队系统建模与仿真研究报告

物流系统建模与仿真 单服务台排队系统仿真研究报告 ——选大学A区门口中国银行分行某一服务窗口为单服务台排队系统研究对象一、系统基本背景 社会的进步越来越快,人们的生活节奏也随之越来越快。在科技的发展,新技术的普及下, 我国的银行业以计算机和信息技术、互联网技术为前提, 通过大量资金和科技的投入, 不断地开发出新产品和新业务。另外有网上银行、支付宝等新业务的出现, 大大提高了工作效率。然而现代的金融服务并不是都可以靠刷卡来解决, 许多技术还不完善, 这些新技术也并不适合所有顾客群,去银行办理业务的顾客仍然经常性地出现排队现象。顾客等待时间过长, 造成顾客满意度下降, 矛盾较为突出, 因此本报告试利用单服务台排队论的方法, 定性定量地对具有排队等候现象的银行服务系统进行统计调查与分析研究,希望能帮助改进银行工作效率, 优化系统的运营。 本报告研究对象为中国银行大学处分行某一服务窗口,数据取自银行唯一非现金业务柜台。研究对象的选取虽然不是最典型的,但是综合考虑了研究地域围和小组成员作业时间有限,另有其他方案由于各种原因无法进行,故选择离学校

较近的有代表性的中国银行中的服务窗口作为最终方案。 中国银行简介:中国银行是中国历史最为悠久的银行之一,在大家对银行的概念中有着一定地位。中国银行主营传统商业银行业务,包括公司金融业务、个人金融业务和金融市场业务。公司业务以信贷产品为基础,致力于为客户提供个性化、创新的金融服务和融资、财务解决方案。个人金融业务主要针对个人客户的金融需求,提供包括储蓄存款、消费信贷和银行卡在的服务。作为中国金融行业的百年品牌,中国银行在稳健经营的同时,积极进取,不断创新,创造了国银行业的许多第一,在国际结算、外汇资金和贸易融资等领域得到业界和客户的广泛认可和赞誉。 二、系统描述 该银行工作时间为上午8:30至下午16:30(周一至周日),另周末不办理对公业务,属于每天8小时工作制。系统调查对象为银行唯一非现金业务柜台,可知到达的顾客中,需要办理非现金业务的顾客在正常现金业务柜台忙碌的情况下可以选择该服务台。在队列中,等待服务的顾客和服务台构成了一个排队系统。由于银行前台出纳员逐个接待顾客,当顾客较多的时候就会出现排队等待的现象。其中,顾客的到达是随机的,每两个先后到达的顾客的到达间隔时间是不确定的。 本排队系统用顾客的数目、到达模式、服务模式、系统容量和排队规则来描述。 为探求此排队系统的规律, 首先需确定顾客流在一定时间到达的概率分布

基于Simulink仿真双闭环系统综合课程设计报告书

课程设计 双闭环直流调速系统设计及仿真验证 学院年级:工程学院08级 组长:陈春明学号200830460102 08自动化1班成员一:陈木生学号 200830460103 08自动化1班 指导老师: 日期: 2012-2-28 华南农业大学工程学院

摘要 转速、电流双闭环调速系统是应用最广的直流调速系统,由于其静态性能良好,动态响应快,抗干扰能力强,因而在工程设计中被广泛地采用。现在直流调速理论发展得比较成熟,但要真正设计好一个双闭环调速系统并应用于工程设计却有一定的难度。 Matlab是一高性能的技术计算语言,具有强大的科学数据可视化能力,其中Simulink具有模块组态简单、性能分析直观的优点,方便了系统的动态模型分析。应用Simulink来研究双闭环调速系统,可以清楚地观察每个时刻的响应曲线,所以可以通过调整系统的参数来得出较为满意的波形,即良好的性能指标,这给分析双闭环调速系统的动态模型带来很大的方便。 本研究采用工程设计方法,并利用Matlab协助分析双闭环调速系统,依据自动控制系统快、准、稳的设计要求,重点分析系统的起动过程。 关键词:双闭环直流调速 Simulink 自动控制

目录 1、直流电机双闭环调速系统的结构分析....................... 1.1 双闭环调速系统的组成............................... 1.2 双闭环调速系统的结构.................................... 2 、建立直流电机双闭环调速系统的模型............................ 2.1 小型直流调速系统的指标及参数......................... 2.2 电流环设计............................................... 2.3 转速环设计................................................ 3、直流电动机双闭环调速系统的MATLAB仿真.................... 3.1 系统框图的搭建............................................. 3.2 PI控制器参数的设置...................................... 3.3 仿真结果.................................................... 4、结论与总结....................................................... 5、参考资料.......................................................

自动控制原理课程设计报告

自控课程设计课程设计(论文) 设计(论文)题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计(论文)成绩

单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G (ksm7) 1、画出未校正系统的根轨迹图,分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正,要求校正后的系统满足指标: (1)在单位斜坡信号输入下,系统的速度误差系数=10。 (2)相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 (3)系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前,校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图,并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节,观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响(自由发挥)。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹,它是开环系统某一参数从0变为无穷时,闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1)、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点,终于开环零点;本题中无零点,极点为:0、-1、-2 。故起于0、-1、-2,终于无穷处。 2)、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等,连续并且对称于实轴;本题中分支数为3条。

多服务台排队系统的仿真

实验3--- 多服务台排队系统的仿真 姓名:学号: 一、目标任务 已知一个系统有N 个服务员,能力相等,服务时间服从指数分布。顾客的到达时间间隔服从指数分布。用Monte-Carlo 仿真,分别求按下列方案的总体平均排队时间: ①M|M|N 。 ②N 个单通道系统并列,按1/N 概率分裂到达流。 ③N 个单通道并列,挑选最短的队。 要求: ①给出程序设计的过程。 ②如果采用固定的N,则要求N>2。 ③至少取p二和p二两种强度运行程序。 ④对结果进行分析。 二、编程语言 Matlab 三、关键代码

N = 3; % 服务员人数 r = 6; % 顾客到达流强度 u = 20; % 服务员服务强度 T = 1000000; % 仿真运行时间 avg_wait_time = []; % 平均等待时间 for i=1:100 % 模拟排队函数 server_time = [, , ]; % 用来保存服务员下一空闲时间 time = 0; % 绝对时钟,初始为 0 client_num = 0; % 顾客总数,初始为 0 CRTime = 0; % 顾客到达时间间隔 ServeTime = 0; % 顾客服务时间 server_id = 0 ; % 当前进入排队窗口的服务员编号 total_wait_time = 0;% 系统中到达顾客的总等待时间 while 1 按 1..N 的顺序循环排入服务

员窗口 if server_id ==0 server_id = N; end if server_time(1, server_id) <= time % 如果当前 server_id 号 服务员空闲, 则直接接收服务 server_time(1, server_id) = time + ServeTime; % 服务员下 一空闲时间为当 前绝对时钟加上当前服务时间 else % 否则所有服务员都在忙碌,顾客要排队等候 total_wait_time = total_wait_time + server_time(1, server_id) - time; % 顾客排队等候时间为当前服务员下一空闲时间减去绝对时 钟 server_time(1, server_id) = server_time(1, server_id) + ServeTime; end end avg_wait_time = [avg_wait_time, total_wait_time/client_num]; end % 计算平均等待时间 mean_avg_wait_time = mean(avg_wait_time); CRTime = exprnd(1/r); % 按指数分布产生顾客到达时间间隔 time = time + CRTime; % 更新系统的绝对时钟 if time > T break; end client_num = client_num + 1; % 顾客数加 1 ServeTime = exprnd(1/u); % 按指数分布产生顾客服务间隔 server_id = mod(client_num, N); %

MATLAB仿真课程设计报告

北华大学 《MATLAB仿真》课程设计 姓名: 班级学号: 实习日期: 辅导教师:

前言 科学技术的发展使的各种系统的建模与仿真变得日益复杂起来。如何快速有效的构建系统并进行系统仿真,已经成为各领域学者急需解决的核心问题。特别是近几十年来随着计算机技术的迅猛发展,数字仿真技术在各个领域都得到了广泛的应用与发展。而MATLAB作为当前国际控制界最流行的面向工程和科学计算的高级语言,能够设计出功能强大、界面优美、稳定可靠的高质量程序,而且编程效率和计算效率极高。MATLAB环境下的Simulink是当前众多仿真软件中功能最强大、最优秀、最容易使用的一个系统建模、仿真和分析的动态仿真环境集成工具箱,并且在各个领域都得到了广泛的应用。 本次课程设计主要是对磁盘驱动读取系统校正部分的设计,运用自动控制理论中的分析方法,利用MATLAB对未校正的系统进行时域和频域的分析,分析各项指标是否符合设计目标,若有不符合的,根据自动控制理论中的校正方法,对系统进行校正,直到校正后系统满足设计目标为止。我组课程设计题目磁盘驱动读取系统的开环传递函数为是设计一个校正装置,使校正后系统的动态过程超调量δ%≤7%,调节时间ts≤1s。 电锅炉的温度控制系统由于存在非线性、滞后性以及时变性等特点,常规的PID控制器很难达到较好的控制效果。考虑到模糊控制能对复杂的非线性、时变系统进行很好的控制, 但无法消除静态误差的特点, 本设计将模糊控制和常规的PI D控制相结合, 提出一种模糊自适应PID控制器的新方法。并对电锅炉温度控制系统进行了抗扰动的仿真试验, 结果表明, 和常规的PI D控制器及模糊PI D复合控制器相比,模糊自适应PI D控制改善了系统的动态性能和鲁棒性, 达到了较好的控制效果。

自动控制原理MATLAB仿真实验

自动控制原理MATLAB仿真实验 实验一典型环节的MATLAB仿真 一、实验目的 1.熟悉MATLAB桌面和命令窗口,初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。 2.通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性,加深对各典型环节响应曲线的理解。 3.定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、SIMULINK的使用 MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型,进行仿真和调试。 1.运行MATLAB软件,在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令,按Enter 键或在工具栏单击按钮,即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。 2.选择File菜单下New下的Model命令,新建一个simulink仿真环境常规模板。 图1-1 SIMULINK仿真界面图1-2 系统方框图

3.在simulink 仿真环境下,创建所需要的系统。 以图1-2所示的系统为例,说明基本设计步骤如下: 1)进入线性系统模块库,构建传递函数。点击simulink 下的“Continuous ”,再将右边窗口中“Transfer Fen ”的图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口。 2)改变模块参数。在simulink 仿真环境“untitled ”窗口中双击该图标,即可改变传递函数。其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数,数字之间用空格隔开;设置完成后,选择OK ,即完成该模块的设置。 3)建立其它传递函数模块。按照上述方法,在不同的simulink 的模块库中,建立系统所需的传递函数模块。例:比例环节用“Math ”右边窗口“Gain ”的图标。 4)选取阶跃信号输入函数。用鼠标点击simulink 下的“Source ”,将右边窗口中“Step ”图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口,形成一个阶跃函数输入模块。 5)选择输出方式。用鼠标点击simulink 下的“Sinks ”,就进入输出方式模块库,通常选用“Scope ”的示波器图标,将其用左键拖至新建的“untitled ”窗口。 6)选择反馈形式。为了形成闭环反馈系统,需选择“Math ” 模块库右边窗口“Sum ”图标,并用鼠标双击,将其设置为需要的反馈形式(改变正负号)。 7)连接各元件,用鼠标划线,构成闭环传递函数。 8)运行并观察响应曲线。用鼠标单击工具栏中的“”按钮,便能自动运行仿真环境下的系统框图模型。运行完之后用鼠标双击“Scope ”元件,即可看到响应曲线。 三、实验原理 1.比例环节的传递函数为 221211()2100,200Z R G s R K R K Z R =-=-=-== 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。

自动控制原理课程设计

扬州大学水利与能源动力工程学院 课程实习报告 课程名称:自动控制原理及专业软件课程实习 题目名称:三阶系统分析与校正 年级专业及班级:建电1402 姓名:王杰 学号: 141504230 指导教师:许慧 评定成绩: 教师评语: 指导老师签名: 2016 年 12月 27日

一、课程实习的目的 (1)培养理论联系实际的设计思想,训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力; (2)掌握自动控制原理的时域分析法、根轨迹法、频域分析法,以及各种校正装置的作用及用法,能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分析,能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计,并调试满足系统的指标; (3)学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试; (4)学会使用硬件搭建控制系统; (5)锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力,为今后从事控制相关工作打下较好的基础。 二、课程实习任务 某系统开环传递函数 G(s)=K/s(0.1s+1)(0.2s+1) 分析系统是否满足性能指标: (1)系统响应斜坡信号r(t)=t,稳态误差小于等于0.01; (2)相角裕度y>=40度; 如不满足,试为其设计一个pid校正装置。 三、课程实习内容 (1)未校正系统的分析: 1)利用MATLAB绘画未校正系统的开环和闭环零极点图 2)绘画根轨迹,分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能(稳定性、快速性)。 3)作出单位阶跃输入下的系统响应,分析系统单位阶跃响应的性能指标。 4)绘出系统开环传函的bode图,利用频域分析方法分析系统的频域性能指标(相角裕度和幅值裕度,开环振幅)。 (2)利用频域分析方法,根据题目要求选择校正方案,要求有理论分析和计算。并与Matlab计算值比较。 (3)选定合适的校正方案(串联滞后/串联超前/串联滞后-超前),理论分析并计算校正环节的参数,并确定何种装置实现。

相关文档
最新文档