MATLAB在自动控制系统中应用研究.pdf

简介：
MATLAB软件是Mathworks公司推出的一种面向工程和科学运算的交互式计算软件，它已经成为国际公认的优秀科技应用软件。MATLAB具有以下三大特点：一是功能强大，它集成了数值计算、符号计算、计算结果可视化、数学和文字处理、离线和在线计算等功能；二是界面友好、语言自然，以复数矩阵为计算单元，指令表达与标准教科书的数学表达式相近；三是开放性强，具有很好的可扩充性，可以作为高级编程语言来编写各种通用或专用应用程序。MATLAB在自动控制系统设计中具有重要的应用价值，它包含了一系列进行控制系统分析与设计所必须的工具箱函数。控制系统工具箱涵盖了经典控制理论和现代控制理论的主要内容，提供的函数包括模型建立、模型交换、模型简化、模型实现、模型特性、方程求解、时域响应、频域响应和根轨迹等。在经典控制系统设计方法中，最常用的两种设计方法是根轨迹法和频率法。根轨迹法通过分析传递函数参数（如增益）变化时闭环系统极点位置的轨迹，可以确定闭环系统的绝对稳定性和相对稳定性。频率法则使用伯德图法来确定闭环系统的稳态误差、阻尼系数、自然频率和稳定裕量。不过，对于最小相位系统而言，使用奈奎斯特稳定性判据来确定系统稳定性更为合适。在调节系统的状态空间设计方法中，调节系统负责在干扰或参数变化情况下保持输出不变。设计调节系统时，主要依据期望的动态性能指标，例如跟随系统的动态响应和稳态误差必须符合要求的性能指标。MATLAB在电力系统自动控制领域中的应用同样重要。电力设备的安全运行要求控制系统具备明确的性能指标，这些性能指标包括系统稳定性、准确性和快速性。时域分析是评估系统性能的一个重要方面，它涉及到峰值时间、调节时间、上升时间以及超调量等参数。对于具有延迟环节的电力控制系统，如多容水箱，MATLAB环境下可以采用两种方法建立数学模型。第一种方法是在MATLAB命令窗口中利用pade函数简化传递函数。第二种方法则是使用符号函数simplify对表达式进行简化。SIMULINK是MATLAB的一个重要辅助工具，它可以对真实世界中的物理系统建立模型，并通过计算机仿真来实现。SIMULINK在自动控制系统中的应用，可以轻松构建模型，灵活修改参数，方便改变系统结构或进行模型转换，并可以获取大量关于系统设计的充分和直观的曲线数据，使之成为国际控制界首选的计算机工具软件。总而言之，MATLAB及其伴随工具SIMULINK在自动控制系统的设计、分析、仿真实验以及教学和科研中扮演着重要角色，提供了强大的计算和仿真支持，极大地推动了自动控制技术的发展与应用。