MATLAB在自动控制系统中的应用

1、.MATLAB在自动控制系统中的应用 姓名：李行 学号：08118100 自动化0812摘要：针对自动控制原理课程理论性强、现实模型在实验室较难建立的特点，提出用MATLAB中的SIMULINK进行仿真实验，并给出实例说明该方法的优越性。实践证明利用SIMULINK进行仿真实验，可以加深学生对课程的理解，调动学生学习的积极性，增强学生理论结合实际的能力，同时大大提高了学生深入思考问题的能力和创新能力。关键词：自动控制系统；MATLAB仿真；实验教学自动控制原理阐述的是建立在各种自动控制装置基础之上的统一理论，它通过对各种控制系统建模，进而分析系统的动态性能、稳态性能，从而对各种控制系统进行控制

2、，使其满足生产、生活的要求。它的特点是理论性强、数学含量大、计算繁杂，仅仅用概念和文字介绍这些数学模型，学生对它的理解只能停留在表面，难于深刻理解，实验手段正好弥补了这一缺陷，但是现有的实验设备高度集成化，可扩展性较差，学生只能进行较为简单的验证性实验，无法对实验进行深人的研究，对于设计性、创新性的实验较难开展，结果导致学生的学习积极性下降。另外一个原因，若要构建各种各样的实验模型，不仅投资大，且实验过程较长，学生在有限的实验学时下较难了解各种控制手段对系统的控制作用。MATLAB(MatrixLaboratory)是1984年美国MathWorks公司推出的产品，是目前国际上公认的最优秀的数

3、值计算和仿真软件。它具有功能强大、界面友善、开放性强的特点。SIMULINK是MATLAB的一个重要的伴随工具，它通过对真实世界中的各种物理系统建立模型，进而用计算机实现仿真的软件工具。将SIMULINK应用于自动控制系统，学生可以很容易构建出符合要求的模型，灵活的修改参数，方便的改变系统结构或进行转换模型，同时可以得到大量的有关系统设计的充分的、直观的曲线，可以进一步深刻的理解、运用有关自动控制原理的相关理论知识，大大提高学生的学习兴趣和创新能力。1建立模型通过对三容水箱的液位定值控制来说明SIMULINK在自动控制系统中的应用。三容水箱是由上、中、下三只水箱串联作为被控对象，下水箱的液位高

4、度为系统的被控制量。要求下水箱的液位稳定至给定量。完成系统的建模，分以下几步：建立单容水箱的数学模型：图1 单容水箱模型先从下水箱着手建立模型，并对偏离某一平衡状态设置：设下水箱进水量变化：Q ，出水量变化：Q：，水位变化：h，水箱截面积：A，存在以下关系式：由流体力学可知，流体在紊流情况下，液位与流量成非线性关系。为简化起见，经线性化处理，可近似认为与h成正比，与阻力 成反比，即：Q2=hR(2)将(1)、(2)两式经拉氏变换并消去中间变量Q：，可得到单容水箱的数学模型为：式中 为水箱时间常数，T=RC，C为水箱容量系数，K=R，为放大系数。建立三容水箱的数学模型根据要求，分别设T1=06，

5、K1=1； =06，K2=15；I3=1，K3=2，在SIMULINK中建立的数学模型如图2所示。分别运用P、PI、PID三种控制方案对系统进行SIMULINK仿真图3、图4和图5分别是对系统进行尸、PI、PID三种控制的三种SIMULINK仿真图，具体的参数如图所示，学生可以根据控制的需要对上述参数进行修改。最后，利用示波器进行仿真。上述仿真结果快速，准确、图6、图7、图8分别为P、P1、PID三种控制的结果。从图中可以看出，PID控制具有超调量小、调节时间短，保持了较好的动态性能与稳态性能。通过SIMULINK建立系统仿真模型，选择仿真菜单及参数设置启动仿真过程，用示波器观察系统的仿真效果，了解到对同一对象采用不同的控制方案，控制结果会有差别。SIMULINK中，可以方便的对控制参数进行修改，提高学生思考问题的积极性，争取用最优的方案对系统进行控制，如：超调量小，过渡时间短，系统稳定等。3结论通过对三容水箱液位控制系统的建立，学生不仅学会如何将现实问题抽象化为数学模型，进行