控制工程基础课程设计电路系统的传递函数

课 程 设 计 说 明 书学生姓名:学 号：学 院:机械工程学院班 级:机械124题 目:控制工程基础课程设计电路系统的传递函数指导教师： 职称: 教 授 2015 年 6 月 14 日目 录一、MATLEB简介2二、GUI简介.2三、机械工程控制论的研究对象与任务.2四、控制系统的工作原理与组成.3五、系统分析及过程.4六、计算过程.6七、操作过程.8八、心得体会.10九、参考文献.11一、MATLEB简介MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。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。  二、GUI简介     GUI（Graphical User Interfaces）是由窗口、图标、菜单、文本、按钮等图形图案对构成的用户界面。用户通过一定的方法（如鼠标或 键盘）选择、激活这些图形对象，使用计算机产生某种动作或变化， 实现计算、绘图等功能，其目的是让使用者了解软件产品，学会如何 使用软件产品，GUI相当于软件开发者和使用者之间交流的桥梁。三、机械工程控制论的研究对象与任务  机械工程控制论的研究对象是机械工程技术中广义系统的动力学问题。具体地讲，机械控制路是研究系统及其输入、输出三者之间的动态关系，也就是研究机械工程广义系统在一定的外界条件下，从系统的一定初始条件出发，所经历有内部的固有属性所决定的整个动态历程。就系统及其输入、输出三者之间动态关系而言，机械工程控制论的任务主要研究一下几方面的为题： （1）当系统已定，输入已知时，求出系统的输出（响应），并通过输出来研究系统本身的有关为题，称系统分析。 （2）当系统已定，系统的输出也已给定是，要确定系统的输出尽可能符合给定的最佳要求，称系统的最优控制。 （3）当输入已知输出也一给定时，要确定系统，使其可能符合给定的最佳要求，称最优设计。 （4）当输入和输出均已知时，求系统的结构参数，即建立系统的数学模型，称系统的便是或系统识别。 （5）当系统已定输出已知时，要识别输出输出输入的有关信息，成滤波与预测。四、控制系统的工作原理与组成  所谓控制系统，是指系统的输出能按照要求的参考输入或控制输出进行调节的系统。控制系统的工作原理可以归纳如下： （1） 检测被控量或输出量的实际值。 （2） 将实际值与给定值进行比较得出的偏差值。 （3） 用片擦偏差值产生控制调节作用去消除偏差。 控制系统分为闭环控制系统和开环控制系统。闭环控制系统一般由给定元件、反馈元件、比较元件、放大元件、执行元件及矫正元件等单元组成。当一个系统没有反馈回路时，称之为开环系统。开环系统较闭环系统简单，其系统组成没有反馈元件和比较元件。五、系统分析及过程（1）系统分析。控制系统工具箱不仅支持对单输入单输出系统的分析，也支持对多输入所输出系统的分析。系统的频率特性，可支持系统的Bode图、Nyquist图和Nichols图的计算和绘制。对系统的时域响应，可支持对系统的单位阶跃响应、单位脉冲响应、零输入响应，以及更广泛的对任意输入信号的响应进行分析和仿真。 （2）系统设计。控制系统工具箱可计算系统的各种特性，如可控和可观Gramian矩阵、系统的可控和可观矩阵、传递函数零极点；频域特性如稳态裕度、阻尼系数，以及根轨迹的增益选择等。可支持系统的可控、可观标准型实现、均衡实现、降价实现以及输入延时的Pade估计。可进行系统的极点配置，观测器设计以及LQ和LQG最优控制等。 （3）用MATLAB分析时间响应 在MATLAB中可以用impulse函数、step函数和lsim函数对线性连续系统的时间相应进行仿真计算。在求出系统的单位阶跃响应后，根据系统瞬态性能指标的定义，可以得到系统的上升时间、峰值时间、最大超调量和调整时间等性能指标。 （4）利用MATLAB分析频率特性 Nyquist图和Bode图是系统频率特性的两种重要的图形表达形式，也是对系统进行频率进行特性分析的的重要方法。无论是Nyquist图还是Bode图，都非常适用于用计算机进行绘制。MATLAB提供了绘制系统那个的频率特性极坐标的图的nyquist函数和绘制对数坐标的bode函数，通过这些函数，不仅可以得到系统的频率特性图，而且还可以通过计算得到系统的频域特征量。 （5）利用MATLAB分析系统的稳定性 在MATLAB中，如果已知系统的特征方程，极易求出系统的特征根。根据特征根的分布情况，判定系统是否稳定。另外，在MATLAB中还提供了直接求解系统幅值裕度和相位裕度的函数，通过这些函数可以直接分析函数是否稳定以及系统的相对稳定性。 （6）利用MATLAB设计系统校正 系统设计校正的方法是基于Bode图的频率分析法。 3.6利用MATLAB绘制相轨迹 绘制系统的相轨迹图的关键在于如何求系统微分方程在一定条件下的数值解。而用MATLAB求微分方程数值解非常简单。 （7）利用MATLAB分析线性离散系统 与可用于线性连续系统函数分析相对应，MATLAB提供了用于线性离散系统分析的和设计的函数。 六、计算过程（1）电路系统的传递函数的电路图（2）根据电学定律得（3）拉氏变换得（4）从上边各拉氏变换函数中消除中间变量，最后得出（5）方块图七、操作过程（1）系统公式显示1、改名、截图，形成图片。2、放置轴控件，并调节其大小和设定参数。3、编辑程序，使图片在所设置的轴中显示。function *OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)axes(handles.axes1)photo1=imread('line.bmp');imshow(photo2);（2）描述系统（弹出窗口）1、放置按钮，并调节其大小和设定参数。2、布置弹出窗口在弹出的窗口设定“关闭”按钮。3、编辑程序，弹出窗口，并在窗口中显示需要内容。1、%关闭所有窗口close all2、%打开并运行新窗口run 弹出窗口的文件名（3）输入k值1、放置静态文本，并调节其大小和设定参数。2、放置可编辑文本，并调节其大小和设定参数。（4）运行按钮1、放置“运行”按钮，并调节其大小和设定参数。2、编辑程序，调用“可编辑文本”中的k值a=get(handles.edit1,string); %将输入的k赋值给aa=str2num(a);%将a转换成数据3、运算程序，将图形显示在安排的坐标框内。num=*,*,*;den=*,*,*;axes(handles.axes1);bode(num,den);hold ongrid off八、心得体会九、参考文献1.祝守新.邢英杰.韩连英.机械工程控制基础.北京：清华大学出版社 ；2013.122.杨咸启.工程控制理论基础.北京：北京航空航天大学出版社，2006.113.赵广元.MATLAB与控制系统仿真实践.北京：北京航空航天大学出版社，2012.74.玄兆燕.朱洪俊.杨秀萍.机械工程控制基础.北京：电子工业出版社，2006.81