MATLAB与仿真系统课程设计报告

自动化专业课程设计报告 《MATLAB与仿真系统课程设计报告》 -----模型仿真 班级：自动化09-1 姓 名 ：许丹阳 学 号 ：0918120123 时 间 ：2011年12月12号至12月16号 地 点 ：电信实验中心EDA机房 指导教师 ：崔新忠 大连海洋大学信息工程学院 自 动 化 研 究 室 指导教师： 崔新忠 学号 ： 0918120123 地点 : 目 录 1 课程设计的目的与要求3 1.1 课程设计目的3 1.2 课程设计要求3 2 课程设计课题的分析3 3 课程设计的内容和安排3 4 课程设计的步骤4 4.1 根轨迹的概述4 4.2 根轨迹的基本概念4 4.3 举例5 5 课程设计的结果10 6 课程设计的心得和体会11 7 参考文献11 大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸 学院: 专业班级: 姓名: 学号: 一、课程设计的目的与要求 1、课程设计目的： (1)进一步理解和消化书本知识，运用所学知识和技能进行简单的设计。 (2)通过课程设计提高应用能力，为专业课的学习打下基础。 (3)培养查阅资料的习惯,训练和提高独立思考和解决问题的能力。 (4)对选定模型仿真，培养知识综合运用能力和技巧。 2、课程设计要求 从课程设计的目的出发，通过设计工作的各个环节，达到以下要求： (1)能够正确理解课程设计的题目和意义，全面思考问题。 (2)运用科学合理的方法，认真按时完成。 二、课程设计课题的分析 既然根轨迹是系统特征方程的根随着某个参数变动在s平面上移动的轨迹，那么，根轨迹的形状不同，闭环特征根就不同，系统的性能就不一样。工程上，为了改善系统的性能，往往需要对根轨迹进行改造。 从前面的分析可知，系统根轨迹的形状、位置完全取决于系统的开环传递函数中的零点和极点。因此，可通过增加开环零、极点的手段来改造根轨迹，从而实现改善系统性能的目的。 根据根轨迹的绘制法，增加开环零、极点和偶被子对系统根轨迹的影响总结如下。 三、课程设计的内容与安排 根据所学知识，设计系统并建立数学模型，选择适当的模块，进行仿真试验，并对所建立的模块合理封装。 时间安排参考如下教学时间安排 教学安排 周一 布置任务，查阅资料 周二 设计 周三 设计 周四 仿真、调试 周五 验收、总结报告 4、 课程设计的步骤 开环零、极点对根轨迹的影响 (一)根轨迹概述 闭环系统的动态性能与闭环极点在s平面上的位置密切相关,系统的闭环极点也就是特征方程式的根.当系统的某一个或某些参量变化时,特征方程的根在s平面上运动的轨迹称为根轨迹. 根轨迹法即直接由开环传递函数求取闭环特征根的方法。 (2) 根轨迹的基本概念 一个二阶系统 极点为： p1=0, p2=-2 讨论： k1=0时，s1=0, s2=-2 ; k1=1时，s1=-1=s2 ; k1=2时，s1=-1+j, s2=-1-j ; . (3) 举例 已知一个三阶系统开环传递函数 讨论：零点对根轨迹的影响？ 在不加任何零点的情况下： num=[1]; den=[1 2 2 0]; rlocus(num,den); title( 无零点 ); 在加零点的情况下： num=[1 0]; den=[1 2 2 0]; subplot(2,1,2); rlocus(num,den); title( 增加零点-z=0 ); num=[1 2]; den=[1 2 2 0]; subplot(2,2,1); rlocus(num,den); title( 增加零点-z=2 ); num=[1 3]; den=[1 2 2 0]; subplot(2,2,2); rlocus(num,den); title( 增加零点-z=3 ) 从图中可以看出，增加开环零点后，使得根轨迹图形向s左半平面弯曲或移动，从而使闭环的稳定性提高。而且，零点-z值愈大，即零点愈靠近虚轴，改善的效果愈明显。 讨论：开环极点对根轨迹的影响 已知一个二阶开环传递函数 在不加任何极点的情况下： num=[1]; den=[1 2 0]; rlocus(num,den); title( 不加极点 ); 在加极点的情况下： num=[1]; den=[1 6 8 0]; subplot(2,1,2); rlocus(num,den); title( 增加极点-p=-4 ); num=[1]; den=[1 3 2 0]; subplot(2,2,1); rlocus(num,den); title( 增加极点-p=-1 ); num=[1]; den=[1 2 0 0]; subplot(2,2,2); rlocus(num,den); title( 增加极点-p=0 ); 增加开环极点，使得根轨迹向右弯曲或移动，相对稳定性变差。而且，当极点值愈接近原点，系统的性能变得愈差。当极点值-p=0时，系统将始终处于不稳定状态。 5、 课程设计的结果 增加开环零点对根轨迹的影响 由绘制根轨迹的法则，增加一个开环零点，对系统的根轨迹有以下影响： (1) 改变了根轨迹在实轴上的分布。 (2) 改变了根轨迹渐近线的条数、倾角及截距。 (3) 若增加的开环零点和某个极点重合或距离很近，构成开环偶极子，则两者相互抵消。因此，可加入一个零点来抵消有损于系统性能的极点。 (4) 根轨迹曲线将向左偏移，有利于改善系统的动态性能，而且，所加的零点越靠近虚轴，影响越大。 增加开环极点对根轨迹的影响 由绘制根轨迹的法则，增加一个开环极点，对系统的根轨迹有以下影响： (1) 改变了根轨迹在实轴上的分布。 (2) 改变了根轨迹渐近线的条数、倾角和截距。 (3) 改变了根轨迹的分支数。 (4) 根轨迹曲线向右偏移，不利于改善系统的动态性能。所增加的极点越靠近虚轴，这种影响就越大。 六、课程设计的心得与体会 短短的一周matalab课程设计，让我得到最大的心得和体会是：有时候一件挺简单的事，想象起来应该是挺容易办到的，但是实际操作起来因为自身缺乏的知识太多而遭到处处碰壁，比如说在课程设计报考里，如何将简简单单的传函表达式写在word文档里，想想很easy，但是实际操作起来真的很麻烦，需要查阅资料方法，最后才通过百度查询在插入菜单中找到公式编辑器。 在此次课程设计中，我真真切切感觉到matalab强大的功能，第一次让我感觉到什么叫做学以致用，以及让我体会到理论与实际直接的结合，让我更加明白极点和零点的变化将改变这个系统动态性能，我觉得matalab真的是一门很强大的工具，我想在以后的学习以及工作中将受益无穷。 7、 参考文献 【1】刘卫国。陈兆平，张颖MATLAB程序设计与应用 北京：高等教育出版社，2006年7月第2版 【2】崔新忠MATLAB与仿真系统实验指导书自编教材 2007年 【3】崔新忠主编 李向军审 MATLAB与仿真系统课程设计指导书 2007年 【4】孟华主编 自动控制原理 机械工业出版社 2007年9月