matlab在机械控制中的应用文档良心出品

1、Matlab在机械工程限制中的应用姓名：xxx学号：2021232专业：机械制造及其自动化Matlab在机械工程限制中的应用摘要：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.一、机械工程限制简介机械限制工程是研

2、究限制论在机械工程中应用的科学.它是一门跨限制论 和机械工程的边缘学科.随着工业生产和科学技术的不断向前开展,机械工程控 制论这门新兴学科越来越为人们所重视. 他不仅满足今天自动化技术高度开展的 需要,同时也与信息科学和系统科学紧密相关, 更重要的是它提供了辩证的系统 分析方法,即不但从局部,而且从整体上熟悉和分析机械系统, 改良和完善机械 系统,以满足科技的开展和工业生产的实际需要.1.1 机械工程限制论的研究对象与任务机械工程限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,机械限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,

3、 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,机械工程限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 给定的最正确要求,称系统的最优限制.(3)当输入输出也一给定时,要确定系统,使其可能符合给定的最正确 要求,称最优设计.(4)当输入和输出均时,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)当系统已定输出时,要识别输出输出输入的有关信息,成

4、滤波与预测1.2 限制系统的工作原理与组成所谓限制系统,是指系统的输出能根据要求的参考输入或限制输出进行调节 的系统.限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拟得出的偏差值.(3)用片擦偏差值产生限制调节作用去消除偏差.限制系统分为闭环限制系统和开环限制系统.闭环限制系统一般由给定元件、反馈元件、比拟元件、放大元件、执行元件及矫正元件等单元组成.当一个系统没 有反应回路时,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 馈元件和比拟元件.1. 3系统的数学模型为了从理论上对限制系统的性能进行分析, 首要任务就是建立系统的数学模 型

5、.系统的数学模型是描述系统的输入量、输出量以及内部变量之间关系的数学表达式,它揭示了系统结构及其参数与其性能之间的内在关系.系统的数学模型 有多种形式,这取决于变量与坐标的选择,在时域,数学模型一般采用微分方程 获一阶微分方程组表示；在频域,那么采用传递函数和频率特性来表示.建立系统的数学模型,通常采用解析法和实验法.解析法就是依据系统本身 所遵循的有关物理定律列写数学表达式,在列写方程的过程中往往要进行必要的 化简.实验法适用于较复杂的系统.当研究者对系统的构成、机理、信息传递等 缺乏了解,无法用解析法建立系统的数学模型是, 必须根据系统对某些典型输入 信号的响应或其他实验数据来建立系统的数

6、学模型,这种用实验数据建立的数学 模型的方法也称为系统辨识.二、 MATLA 简介MATLA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口Simulink两大局部.MATLABT以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创立用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、限制设计、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.MATLA诙品族可以用来进行一下各种工作：数值分析、数值和符号计算、工程与科学绘

7、图、限制系统的设计与仿真、数字图像处理、数字信号处理、通讯系统设计与仿真、财务与金融工程.Simulink是Matlab的重要组成局部,是面向结构的系统仿真软件,在可视化的动态系统仿真 中,它采用系统模块直观地描述系统, 可十分方便地建立系统模型,并可对系统 进行模拟或线性化处理.因此MATLAB系统的建模分析和设计提供了有力的手 段.三、MATLA流机械工程限制中的应用MATLAB名称源自MatLaboratory ,它是一种科学计算软件.专门以矩阵的 形式处理数据.MATLAB高性能的数值计算和可视化集成在一起.并提供了大量 的内置函数.从而被广泛地应用于科学计算、限制系统、信息处理等领域

8、的分析、 仿真和设计工作.而且利用MATLAB品的开放式结构.可以非常容易地对 MAllAB 的功能进行扩充.限制系统工具箱是MATLAB件包中专门针对限制系统工程设计 的函数和工具的集合.主要用于反应限制系统的分析、设计和仿真.所涉及的领 域涵盖经典限制理论和现代限制理论的大局部内容.包括根轨迹、极点设置和线 性二次最优限制器设计等.限制系统工具箱既可适用于连续时间系统,也适用于 离散时间系统.并且可以实现不同模型之间的相互转换.用户还能够轻松地绘制 系统的时域或频域响应和开环系统的根轨迹图.MATLA B身提供的开放式环境,可以让用户通过Mt件建立自己的限制模型和限制算法.3.1 数学模型

9、的MATLAB描述MATLAB限制系统工具箱,主要处理以传递函数为主要特征的经典限制和以 状态空间为主要特征的现代限制中的问题. 该工具箱为限制系统的建模、分析和 设计提供了一个完整的解决方案,是MATLAB有力和最根本的工具箱之一.概括 地说,限制系统工具箱具有以下几方面的功能：(1)系统建模.限制系统工具箱同时支持连续系统和离散系统,能够建 立系统的状态空间模型、传递函数模型及传递函数零极点增益模型,并可实现任 意两者之间的转换、可通过串联、并联、反应连接及更一般的框图建模来建立复 杂系统的模型；可通过多种方式实现连续系统的离散化、离散系统的连续化及重 采样.(2)系统分析.限制系统工具箱

10、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BoddS、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.(3)系统设计.限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古计.可进行系统的极点配置,观测器设 计以及LQf口LQGft优限

11、制等.3.2 用MATLAB析时间响应在MATLAB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.3.3 利用MATLAB析频率特性Nyquist图和Bode0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Bode0,都非常 适用于用计算机进行绘制.MATLAB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

12、,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.3.4 利用MATLAB析系统的稳定性在MATLAB,如果系统的特征方程,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.3.5 利用MATLAB计系统校正系统设计校正的方法是基于Bodes的频率分析法.3.6 利用MATLAB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微分方程数值解非常简单.3.7 利用MATLAB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供了用于线性离散系统分 析的和设计的函数.3.8 利用MATLAB计系统的模型四、结论：MATLAB一件系统建模、仿真和分析的强有力工具,Matlab 一个高级的矩阵 /阵列语言,它包含限制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点.用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步,也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序M仪件后再一起运行.新版本的MATLAB言是基于最为 流行的C+叫言根底上的,因此语法特征与C+胡言极为