《MALAB Simulink与控制系统仿真第》的课件 第章 自动控制系统与仿真概述

《MATLAB/Simulink与控制系统仿真（第3版）》

电子工业出版社出版2012.1作者：王正林王胜开等联系邮箱：本书8年的发展历程第1版，2005.7月出版第2版，2008.7月出版第3版，2012.1月出版1.1引言1.2自动控制系统基本概念1.3自动控制系统分类 1.4控制系统仿真基本概念 1.5MATLAB/Simulink下的控制系统仿真1.6MATLAB中控制相关的工具箱第1章自动控制系统与仿真概述内容提要本章描述自动控制系统的基本概念及自动控制系统仿真的基本知识，介绍自动控制系统与仿真的概念、组成、分类以及MATLAB控制系统仿真等基础知识。通过本章，读者对自动控制系统与仿真以及本书的主要内容能有整体的认识。1.2自动控制系统基本概念1.2.1开环控制系统与闭环控制系统图1.2闭环控制示意图

图1.1开环控制示意图1.2.2闭环控制系统组成结构（1）给定环节：它是设定被控制量的给定值的装置。（2）比较环节：比较环节将所检测的被控制量和给定量进行比较，确定两者之间的偏差量。（3）中间环节：中间环节一般是放大元件，将偏差信号变换成适于控制执行机构工作的信号。（4）执行机构：一般由传动装置和调节机构组成，执行机构直接作用于控制对象，使被控制量达到所要求的数值。（5）控制对象或调节对象：它是指要进行控制的设备或过程。（6）检测装置或传感器：用于检测被控制量，并将其转换为与给定量统一的物理量。通常把比较环节、校正环节和放大环节合在一起称为控制装置。1.2.3反馈控制系统品质要求反馈控制系统品质要求可以归结为稳、快、准。1．稳定性稳定性对于不同的系统有不同的要求。稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定，与外界因素无关。2．快速性快速性是指对过渡过程的形式和快慢提出的要求，一般称为动态性能或暂态性能。3．准确性准确性通常用稳态误差来表示，所谓稳态误差是指系统达到稳态时，输出量的实际值和期望值之间的误差。1.3自动控制系统分类线性系统和非线性系统线性控制系统是由线性元件组成的系统，该系统的特征方程式可以用线性微分方程描述。如果系统微分方程的系数与自变量有关，则为非线性微分方程，由非线性微分方程描述的系统称为非线性控制系统。连续系统和离散系统连续系统各部分信号均以模拟的连续函数形式表示；离散系统的某一处或几处信号是以脉冲序列或数字形式表示的。恒值系统和随动系统恒值系统要求被控制量保持在恒定值，其给定量是不变。在随动系统中，给定量是按照事先不知道的时间函数变化，要求输出量跟随给定量的变化而变化。1.4控制系统仿真基本概念系统仿真作为一种特殊的试验技术，在20世纪30～90年代的半个多世纪中经历了飞速发展，到今天已经发展成为一种真正的、系统的实验科学。仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求对真实过程的认识，它所遵循的基本原则是相似性原理。1.煤4.肌1计算千机仿绪真基查本概阳念1模型模型太可以蹈分为夏（1）物愉理模更型。萌（2）数缎学模兔型。猛（3）仿垒真模拿型2仿真奥分类从模席型角蛛度可这分为茅物理胆仿真尿和数蜻学仿叙真。从计滥算机乱类型霸角度慰可分危为模痒拟仿嫂真、妈数字盐仿真趟、混芳合仿努真、淡现代蔽计算方机仿戚真。3仿真破应用仿真掀技术详有着械广泛培的应贡用，愁而且寒应用旱的深上度和豆广度效也越驳来越乞大，搅目前折主要抛应用为在（1）航槽空与胀航天踪蝶工业洁。（2）电习力工出业。源（3）原遮子能熟工业患。（4）石碧油、促化工著及冶懂金工泼业。骗（5）非浴工程未领域怎，如若医学尘、社锹会学警、宏惜观经闹济和摩商业购策略鞋的研穷究等4仿真乓技术邮应用发意义仿真错技术据的应哭用具港有重骄要的顽意义锋，主邻要体详现在吉（1）经户济。述（2）安税全。且（3）快厘捷。扑（4）具扭有优争化设引计和伶预测膝的特免殊功啦能1.优4.世2控制桌系统沃仿真控制嘴系统损仿真参是系鸭统仿宴真的园一个迷重要钢分支切，它后是一轨门涉骑及自煌动控讽制理岂论、窜计算奶数学桨、计勿算机坛技术赖、系卧统辨叉识、垮控制右工程熊以及亭系统罚科学鸣的综衫合性倾新型级学科榜。它威为控甩制系里统的露分析瓣、计嚼算、腾研究竭、综至合设珠计以执及控允制系椅统的摘计算志机辅训助教稀学等返提供洽了快焰速、汪经济道、科桨学及怒有效糟的手炼段。控制昂系统翼仿真舍就是甜以控腊制系拘统模告型为软基础姻，采肌用数刘学模恐型替寸代实忙际控营制系臭统，阁以计晓算机巨为工闸具，芬对控殊制系馅统进苏行实织验、钥分析加、评统估及脱预测袖研究钞的一糖种技划术与信方法觉。控制驾系统历仿真渡通过营控制迈系统径的数挪学模雄型和悬计算归方法期，编妹写程咽序运尼算语戚句，芒使之被能自条动求旷解各恭环节完变量珠的动踏态变脆化情幕况，党从而乓得到昨关于便系统忽输出仗和所阿需要雄的中注间各塌变量驳的有侧关数耀据、咱曲线狭等，励以实泪现对减控制降系统督性能桂指标狱的分夫析与概设计捕。1.振4.比3控制局系统稼计算肥机仿痒真基台本过近程1.纸4.逮4计算卸机仿好真技溪术发添展趋丝式势（1）硬脱件方附面：带基于督多CP拉U并行锯处理唇技术奋的全何数字徐仿真采将有推效提哈高仿陷真系贴统的机速度肚，大芳大增焰强数致字仿阴真的盟实时咏性。（2）应唇用软循件方五面：玻直接错面向饮用户纤的数皱字仿每真软训件不吼断推闸陈出广新，枪各种柱专家还系统堆与智皮能化董技术金将更开深入辈地应芽用于回仿真是软件倦开发舒之中惨，使齐得在咬人机蓝界面劝、结套果输绍出、殿综合抹评判辣等方谜面达钓到更园理想畏的境而界。（3）分过布式在数字拉仿真悦：充侵分利鞭用网愚络技财术进锄行分瓶布式拼仿真梁，投耽资少潮，效唯果好窃。（4）虚统拟现少实技息术：防综合悬了计傻算机宇图形女技术弹、多出媒体诸技术齐、传进感器曲技术厉、显塔示技把术以笑及仿处真技准术等土多学畜科，沿使人民仿佛残置身狡于真就实环暂境之汽中，洪这就猴是“县仿真同”追戒求的熄最终卖目标固。1.梳5宫M股AT侄LA摄B/答Si马mu笛li谢nk下的盼控制顺系统依仿真控制决系统灯的MA决TL码AB逃/S希im尖ul市in贷k仿真伙有两拴种途及径：（1）在MA讯TL兵AB的命唉令窗通口下恭，运倦行M文件适，调椅用指练令和缸各种绵用于蹈系统课仿真弦的函呼数，动进行剑系统吴仿真胸。（2）直屡接在Si打mu煮li本nk窗口贞上进狸行面痛向系缘瑞统结义构方至框图促的系误统仿孩真1.浴5.估1崇M乒AT贵LA扶B适合缩慧控制卖系统倍仿真掌的特宣点MA愧TL以AB具有简以下者主要身特点言，非车常适钱合于袍控制言系统舞的仿及真。（1）强四大的昼运算嘱功能宣。（2）特亲殊功颂能的TO蜓OL公BO仓X工具桃箱。（3）高扭效的陷编程排效率钉。（4）简茂单易五学的里编程性语言黎。（5）方工便友授好的句编程沙环境粒。1.葱5.史2跑S团im掠ul洪in树k适合塌控制氏系统亮仿真毒的特薯点Si泥mu谋li闲nk它采惹用系佳统模考块直吩观地训描述庆系统皂典型粉环节痛，因忘此可浴十分箭方便械地建油立系疤统模真型而俯不需袄要花消较多艰时间出编程钥。正烂由于鉴这些路特点捉，Si员mu供li洽nk广泛查流行搞，被捉认为摘是最蝇受欢敬迎的念仿真剧软件圣。Si哀mu炕li讲nk实进吵行系劲统仿毅真非哲常简冰单，载只需有要如汽下的屋几个卷步骤以：（1）启匀动Si连mu罩li庆nk，进别入Si默mu乎li驶nk窗口裙；（2）在Si戴mu称li疲nk窗口岛下，步借助Si召mu欠li数nk模块敬库，扫创建烧系统皇框图融模型碎并调平整模闪块参丢数；（3）设承置仿但真参适数后双，启约动仿燥真；（4）输姜入仿智真结亏果。1.床6丑M仪AT自LA煌B中控互制相争关的阿工具删箱MA窜TL岁AB中与兄控制症相关己的基盖础工税具箱帐主要坛有6个：控制堆系统凤工具衰箱（Co训nt吴ro煤l意Sy誉st肃em辩T缴oo咽lb秒ox）系统占辨识夕工具唱箱（Sy价st燃em逐I丧de脏nt伸if班ic勉at设io布n秧To迹ol聚bo些x）模型加预测赤控制砌工具科箱（Mo都de笔l棍Pr焰ed圆