控制系統(tǒng)MATLAB仿真與應(yīng)用第1章課件

1、機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS控制系統(tǒng)MATLAB仿真與應(yīng)用機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS講課內(nèi)容第 1 章 概述第 2 章 MATLAB 程序設(shè)計基礎(chǔ)第 3 章 MATLAB 圖形設(shè)計第 4 章 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及其MATLAB描述第 5 章 控制系統(tǒng)計算機輔助分析第 6 章 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計第 7 章 控制系統(tǒng)Simulink仿真第 8 章 控制系統(tǒng)MATLAB仿真實例機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS第1章 概述1.1 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計概述1.2 MATLAB仿真簡介機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRE

2、SS1.1 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計概述1.1.1 變量定義與管理控制系統(tǒng)在社會的各個領(lǐng)域無處不在，已得到廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)方面，對于冶金、化工、機械制造等生產(chǎn)過程中遇到的各種物理量，包括溫度、流量、壓力、厚度、張力、速度、位置、頻率和相位等，都有相應(yīng)的控制系統(tǒng)。在軍事技術(shù)方面，自動控制的應(yīng)用實例有各種類型的伺服系統(tǒng)、火力控制系統(tǒng)、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)等。在航天、航空和航海方面，還包括導(dǎo)航系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)和各種仿真器。在辦公室自動化、圖書管理、交通管理乃至日常家務(wù)方面，自動控制技術(shù)也都有著實際的應(yīng)用。隨著控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴大，幾乎涉及生物、醫(yī)學(xué)、生態(tài)、經(jīng)濟和社會等

3、所有領(lǐng)域。機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS1.1 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計概述1.1.1 變量定義與管理1.建立數(shù)學(xué)模型為了分析對象的特征并解決控制的某些問題，需將表征對象所發(fā)生的物理、化學(xué)現(xiàn)象、生物現(xiàn)象等用數(shù)學(xué)表達式表征出來，這種數(shù)學(xué)表達式就是系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。建立受控對象的數(shù)學(xué)模型途徑：根據(jù)物理規(guī)律，直接列寫出對象的動力學(xué)方程。系統(tǒng)辨識（system identification）的方法。即對受控對象施加一定的試驗信號，通過測量輸入和輸出數(shù)據(jù)，并對它們進行分析、處理，從而辨識出對象的數(shù)學(xué)模型。 機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS1.1 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)

4、計概述1.1.1 變量定義與管理2.確定系統(tǒng)約束條件、性能指標(biāo)為了對各種控制系統(tǒng)的性能進行統(tǒng)一的評價，必須先確定一些典型的輸入信號。通常是選用幾種確定性函數(shù)作為典型輸入信號（目前在工程實際中常用的典型輸入信號有階躍函數(shù)、脈沖函數(shù)、斜坡函數(shù)和正弦函數(shù)）在典型輸入信號作用下，系統(tǒng)的性能應(yīng)能反映出系統(tǒng)在實際工作條件下的性能。應(yīng)用于不同場合的控制系統(tǒng)，其性能要求也不同。但從控制工程的角度來看，對控制系統(tǒng)卻有一些共同的要求，一般可歸結(jié)為穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確。機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS1.1 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計概述1.1.1 變量定義與管理3.控制系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析是進行系統(tǒng)設(shè)計的

5、根據(jù)，它通過研究系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)及其對典型信號輸入下的解，來認識系統(tǒng)的動態(tài)運動規(guī)律，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性、獲得系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)，并找出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與這些性能指標(biāo)間的關(guān)系。控制系統(tǒng)的分析方法主要有時域分析法、根軌跡法和頻域特性法。4.控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計方法主要包括：經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論。機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS1.1 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計概述1.1.2 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計的發(fā)展及應(yīng)用控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計（CACSD）是一門以計算機為工具進行控制系統(tǒng)設(shè)計與分析的技術(shù)，它是在控制系統(tǒng)計算機仿真基礎(chǔ)上發(fā)展而來的方法。1.CACSD技術(shù)的發(fā)展2

6、.CACSD技術(shù)的應(yīng)用控制系統(tǒng)開發(fā)流程如下，計算機輔助控制系統(tǒng)建模計算機輔助控制系統(tǒng)分析和設(shè)計控制系統(tǒng)的計算機仿真機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS1.2 MATLAB簡介1.2.1 MATLAB安裝與啟動MATLAB具有以下特點：計算功能強大，繪圖方便，功能強大的工具箱以及完整的幫助功能。當(dāng)用戶在計算機上成功安裝了MATLAB R2015a后，用戶自定義的安裝目錄便包含了一系列文件和文件夾，如圖所示。機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS1.2 MATLAB簡介1.2.2 程序界面環(huán)境雙擊MATLAB R2015a安裝目錄內(nèi)bin文件夾中的MATLAB.exe

7、圖標(biāo)，啟動MATLAB R2015a，出現(xiàn)啟動界面，啟動后彈出用戶界面，分別如下所示。機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS1.2 MATLAB簡介1.2.2 程序界面環(huán)境1.菜單/工具欄新建：用于建立新的.m文件，圖形，模型和圖形用戶界面。新建腳本：用于建立新的.m文件腳本。打開：用于打開MATLAB的.m文件，.fig文件，.mat文件，.mdl文件，.cdr文件等。導(dǎo)入數(shù)據(jù)：用于從其他文件導(dǎo)入數(shù)據(jù)，單擊后彈出對話框，選擇導(dǎo)入文件的路徑和位置。保存工作區(qū)：用于把工作區(qū)數(shù)據(jù)存放到相應(yīng)的路徑文件中。設(shè)置路徑：設(shè)置工作路徑。預(yù)設(shè)：用于設(shè)置命令窗的屬性。機械工業(yè)出版社CHINA MA

8、CHINE PRESS1.2 MATLAB簡介1.2.2 程序界面環(huán)境2.命令行窗口命令行窗口是MATLAB最重要的窗口。用戶輸入各種指令、函數(shù)、表達式等，都在命令行窗口中完成的。3.工作區(qū)工作區(qū)窗口顯示當(dāng)前內(nèi)存中所有MATLAB變量的變量名、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、字節(jié)數(shù)及數(shù)據(jù)類型等信息，不同變量類型分別對應(yīng)不同的變量名圖標(biāo)。機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS1.2 MATLAB簡介1.2.2 程序界面環(huán)境4. MATLAB R2015a的通用命令常用命令機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS1.2 MATLAB簡介1.2.2 程序界面環(huán)境4. MATLAB R2015a的

9、通用命令輸入內(nèi)容編輯標(biāo)點機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS1.2 MATLAB簡介1.2.3 目錄設(shè)置與文件管理工作文件夾窗口可顯示或改變當(dāng)前文件夾，還可以顯示當(dāng)前文件夾下的文件，以及提供文件搜索功能。與命令行窗口類似，該窗口也可以成為一個獨立的窗口。機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS1.2 MATLAB簡介1.2.3 目錄設(shè)置與文件管理下面將介紹MATLAB搜索路徑的查看和設(shè)置方法。1）查看MATLAB搜索路徑單擊MATLAB主界面菜單/工具欄中的“設(shè)置路徑”按鈕，打開“設(shè)置路徑”對話框，如下圖。該對話框分為左右兩部分，左側(cè)的幾個按鈕用來添加目錄到搜索路徑

10、，還可以從當(dāng)前的搜索路徑中移除選擇的目錄；右側(cè)的列表框列出了已經(jīng)被MATLAB添加到搜索路徑的目錄。機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS1.2 MATLAB簡介1.2.3 目錄設(shè)置與文件管理2）設(shè)置MATLAB的搜索路徑MATLAB提供了3種方法來設(shè)置搜索路徑：在命令行窗口中輸入：edit path或者pathtool或者通過MATLAB主界面菜單欄上的File-Set Path菜單，進入Set Path對話框，然后通過該對話框編輯搜索路徑。在命令行窗口中輸入：path(path, path)。其中，path是待添加目錄的完整路徑。在命令行窗口中輸入：addpath pathbegin。其中，path是待添加目錄的路徑，將新目錄添加到搜索路徑的開始機械工業(yè)出版社CHINA MACHINE PRESS1.2 MATLAB簡介1.2.4 Simulink仿真環(huán)境Simulink的出現(xiàn)給控制系統(tǒng)分析與設(shè)計帶來了福音，它有兩個主要功能：Simu(仿真)和link(連接)，即該軟件可以利