1、畢 業 設 計（論 文）說 明 書題 目：控制系統計算機仿真實驗設計系 別：專業班級：學生姓名：指導教師：教 研 室：提交時間：i- -本科畢業（設計）論文摘 要通過介紹控制系統計算機仿真與計算機輔助設計的基本概念，介紹控制系統仿真的基本算法。說明了計算機仿真在自動化專業的地位和作用。為了使學生能在較短的時間內學會并應用計算機進行仿真，選擇學習時間相對少點的控制系統計算機輔助設計軟件matlab為主要工具。并設計了3個必做實驗，既（matlab的控制工具箱及應用、全結構仿真、基于simulink的控制系統仿真）；2個選做實驗。通過這些實驗，能達到培養學生運用計算機分析和驗證自動控制原理和工程中

2、遇到問題的能力。希望以后能把學生上機操作的時間調多一點，并能在實驗完成后都有一定的收獲。 關鍵詞：matlab，控制原理，仿真，設計，實驗。abstractimitate through the introduction control system calculator to really lend support to the basic concept ofwith design with calculator, introduce a control system to imitate really basic calculate way. explained a calculator

3、 to imitate really be automating a professional position and the function.for make student can in the shorter academic association inside time combine an applied calculator to carry on imitate really, choice study time a little bit opposite and little control system calculator assistance design the

4、software matlab is main tool.design also 3 do an experiment necessarily, since;(matlab the control tool box and application,whole structure imitate really and according to the simulink control system imitate really)2s choose to do an experiment.pass these experiments, can attain development a studen

5、t to make use of the calculator analysis and verify an auto a control to meet the ability ofwith problem in the principle and engineering.hope hereafter can start up the operation to the student of time adjust more, and the ability all has certain results after test completion. key words: matlab, co

6、ntrol principle, imitate really, design, test。23- -四川理工學院本科畢業（設計）論文 目錄摘 要iabstractii第1章 引言21.1 仿真的基本概念21.2仿真的應用與發展31.3計算機仿真在自動化專業中的地位和作用4第2章matlab語言基礎521常量與變量52.2系統的在線幫助72.2.1 help 命令：72.2.2 lookfor命令82.3 常見的數學函數8第3章 計算機仿真的應用93.1全結構仿真93.2 simulink仿真工具箱113.2.1 simulink工具箱簡介113.2.2 simulink的優點11第4章 實驗

7、設計說明12第5章 結束語14致 謝15文獻綜述16參考文獻18附錄11附 錄22附錄311院本科畢業（設計）論文第1章 引言1.1 仿真的基本概念計算機仿真方法的成功應用，大大提高了這一方法在科學研究和技術開發中的地位，引起科學界和工業界的廣泛關注與重視。人們逐步認識到，系統仿真已成為繼理論分析和事物實驗（或演習）之后，認識客觀世界規律性的強有效的手段。它可以把復雜系統的運行過程放在實驗中進行，在輔助決策、計劃優化、管理調度、方案比較、規劃制定、軍事訓練、投資風險分析、輔助設計以及談判策略確定等方面均有巨大的應用潛力。 系統就是一些有特定功能的、相互間以一定規律聯系著的物體組成的一個總體。首

8、先，必須明確系統的整體性，也就是說，它是一個整體，它的各部分是不可分割的。正如人體一樣，它由頭、身軀、四肢等各部分組成，如果把這些部分各自拆開，那也就不成為人了，至于人們熟悉的自動控制系統，其基本組成部分（控制對象、測量元件、控制器等）同樣不可缺一。整體性是系統的第一特性。其次，要明確系統的相關性。也就是說，系統內部各部分之間相互以一定規律聯系著，它們的特定關系形成了具有特定性能的系統有時系統各要素之間的關系不是簡單的線性關系，而是呈現出復雜的非線性關系對于復雜的非線性關系必須研究復雜性與整體性。例如，人的雙眼視敏度是單眼視敏度的610倍，此外，雙眼有立體感，而單眼卻無此特點，因此相關性是系統

9、的第二特性。系統除整體性和相關性外，還具有有序性和動態性。比如，生命是一種高度有序的結構。它所具有的復雜功能組織，與現代化大工業生產的“裝配線”非常相似。這是一種結果上的有序性，對任何系統都是使適用的，又如，一個非平衡系統如果經過分支點a、b達到c，那么對c態的解釋就必暗含著對a態和b態的了解。這便是系統的動態性。建立系統概念的目的在于深入認識并掌握系統的運動規律，不僅能定性地了解系統，還要定量地分析、綜合系統，以便能更準確地解決工程、現代社會和自然界中種種復雜問題。定量地分析、綜合系統的最有效的方法是模型法。數學模型按建立方法的不同可分為機理模型、統計模型和混合模型。機理模型采用演繹方法，運

10、用已知定律，用推理方法建立數學模型；統計模型采用歸納法，它根據大量實例或觀察的數據，運用統計的規律估計系統的模型；混合模型是理論上的邏輯推理和實驗觀察數據的統計分析相結合的模型。按所描述的系統運動性質和運用的數學工具特征可將數學模型分為：線性、非線性、時變、定常、連續、離散、集中參數、分布參數、確定、隨機等系統模型。建立系統數學模型的目的是對系統進行定性分析、定量分析、優化處理，預測系統行為，并為系統提供設計、管理、控制的資料。1.1.2仿真系統仿真的基本定義是：設計一個實際系統的模型，對它進行實驗，以便理解及評價系統的各運算策略，其基礎是建立在系統的數學模型上，并以計算機為工具對系統進行實驗

11、研究的一種方法。仿真，就是模仿真實事物，也就是用一個模型來模仿真實系統。既然是模仿，兩者不可能完全等同，但是最基本的內容應該相同，即模型至少必須反映系統的主要特征。隨著現代工業的發展，科學研究的深入與計算機軟、硬件的發展，仿真技術已成為分析、綜合各類系統，特別是大系統的一種有效研究方法和有力的研究工具。1.2仿真的應用與發展仿真技術在發展初期多用于生物，原子物理等科學。隨著計算機科學的發展，仿真技術已經廣泛地應用于航天、航空系統、交通運輸系統、庫存系統，市場預測系統，以及人口、生態、能源規劃和國民經濟的各個領域中，并取得了明顯的效果。與物理仿真相比，數字仿真有以下優點：（1） 數字仿真是利用計

12、算機模型進行試驗，它具有利用模型進行試驗的一系列優點，如費用低、易于進行真實系統難以實現的各種試驗等。（2） 有些系統的模型難以用一般的數字形式表達；有的雖然能用數字形式表達，但沒有解析方法可以求解；有的雖然有解析，但其數學過程過于負責、計算量過大，用計算機仿真不受這些限制，從而便于仿真技術的推廣。（3） 在真實系統中要實現完全相同條件下的重復試驗是很困難的，在計算機仿真試驗中則很容易實現。正因為有以上一系列的優點，在計算機應用已經十分廣泛的今天，系統仿真已經成為計算機應用的一個重要方面，然而計算機仿真也存在一些缺點：仿真試驗多次重復行，數據量大這些特點使它占用相當多的機時和存貯空間，系統仿真

13、的工作量也很大，消耗的人力和計算機費用是十分可觀的；仿真方法得到的解是近似解而非精確解，而且其精度又不容易控制。計算機仿真的主要用途：（1）計算數學模型。例如求解代數方程，微分方程，偏微分方程，非線性方程或參數方程等，特別是對需要大量運算次數的統計分析和尋優計算特別有效。（2）設計新型控制系統，綜合控制方案及參數選擇、實現最佳規劃等。（3）實施大型企業的科學管理方案及生產、操作人員的仿真培訓工作。系統仿真隨著計算機技術的發展已形成一門新興的科學。仿真用計算機經歷了模擬計算機、數字計算機、混合計算機到現在已發展到全數字并行處理的仿真機。仿真軟件也由計算方法、仿真程序發展到仿真語言，并逐步擴大和豐

14、富，系統仿真的發展方興未艾。1.3計算機仿真在自動化專業中的地位和作用計算機仿真是自動化專業的一門選修課程，是利用計算機分析、研究、設計自動控制系統的有力工具，是控制領域技術人員必須掌握的一門技術，是學生具備了必要的數學、物理、計算機技術、控制原理等基礎知識后的一門專業選修課。通過這門課程的學習，進一步強化學生的計算機應用能力，使其明白計算機在科學計算，工程分析，方案檢驗，系統仿真與輔助設計等方面起著非常重要的作用。第2章matlab語言基礎21常量與變量系統的變量命名規則：變量名區分字母大小寫；變量名必須以字母打頭，其后可以是任意字母，數字，或下劃線的組合。此外，系統內部預先定義了幾個有特殊

15、意義和用途的變量，見下表：表 2.2特殊的變量、常量取 值ans用于結果的缺省變量名pi圓周率的近似值（3.1416）eps數學中無窮小（epsilon）的近似值（2.2204e - 016）inf無窮大，如 1/0 = inf （infinity）nan非數，如 0/0 = nan （not a number），inf / inf = nani，j虛數單位：i = j =2.1.1數值型向量（矩陣）的輸入任何矩陣（向量），可以直接按行方式輸入每個元素：同一行中的元素用逗號（，）或者用空格符來分隔；行與行之間用分號（；）分隔。所有元素處于一方括號（ ）內；例1： time = 11 12 1

16、2 3 4 5 6 7 8 9 10 x_data = 2.32 3.43；4.37 5.98系統中提供了多個命令用于輸入特殊的矩陣表 2.1函數功 能函數功 能compan伴隨陣toeplitztoeplitz矩陣diag對角陣vandervandermonde矩陣hadamardhadamard矩陣zeros元素全為0的矩陣hankelhankel矩陣ones元素全為1的矩陣invhilbhilbert矩陣的逆陣rand元素服從均勻分布的隨機矩陣kronkronercker張量積randn元素服從正態分布的隨機矩陣magic魔方矩陣eye對角線上元素為1的矩陣pascalpascal矩陣m

17、eshgrid由兩個向量生成的矩陣上面函數的具體用法，可以用幫助命令help得到。如：meshgrid(x,y)輸入 x=1 2 3 4; y=1 0 5; x,y=meshgrid(x, y)，則x = y = 1 2 3 4 1 1 1 1 1 2 3 4 0 0 0 0 1 2 3 4 5 5 5 5目的是將原始數據x，y轉化為矩陣數據x，y。2.3.2 符號向量（矩陣）的輸入1.用函數 sym定義符號矩陣：函數sym實際是在定義一個符號表達式，這時的符號矩陣中的元素可以是任何的符號或者是表達式，而且長度沒有限制。只需將方括號置于單引號中。例2： sym_matrix = sym（a b

18、 c；jack help_me no_way） sym_matrix = a, b, c jack, help_me, no_way2.用函數syms定義符號矩陣先定義矩陣中的每一個元素為一個符號變量，而后像普通矩陣一樣輸入符號矩陣。例3： syms a b c ； m1 = sym（classical）； m2 = sym（ jazz）； m3 = sym（blues）； a = a b c； m1， m2， m3；sym（2 3 5）a = a, b, c classical, jazz, blues 2, 3, 52.2系統的在線幫助2.2.1 help 命令：1.當不知系統有何幫助內容

19、時，可直接輸入help以尋求幫助: help（回車）2.當想了解某一主題的內容時，如輸入： help syntax（了解matlab的語法規定）3.當想了解某一具體的函數或命令的幫助信息時，如輸入： help sqrt （了解函數sqrt的相關信息）2.2.2 lookfor命令現需要完成某一具體操作，不知有何命令或函數可以完成，如輸入： lookfor line （查找與直線、線性問題有關的函數）2.3 常見的數學函數表2.2 常見數學函數函 數 名數 學 計 算 功 能函 數 名數 學 計 算 功 能abs（x）實 數 的 絕 對 值或 復 數 的 幅 值floor（x）對x朝-方向取整a

20、cos（x）反 余 弦 arcsinxgcd（m，n）求正整數m和n的最大公約數acosh（x）反雙曲余弦arccoshximag（x）求復數x的虛部angle（x）在四象限內求復數 x 的相角lcm（m，n）求正整數m和n的最小公倍數asin（x）反正弦arcsinxlog（x）自然對數（以為底數）asinh（x）反雙曲正弦arcsinhxlog10（x）常用對數（以10為底數）atan（x）反正切arctanxreal（x）求復數x的實部atan（x,y）在四象限內求反正切rem（m，n）求正整數m和n的m/n之余數atanh（x）反雙曲正切arctanhxround（x）對x四舍五入到最

21、接近的整數ceil（x）對x朝+方向取整sign（x）符號函數：求出x的符號conj（x）求復數x的共軛復數sin（x）正弦sinxcos（x）余弦cosxsinh（x）反雙曲正弦sinhxcosh（x）雙曲余弦coshxsqrt（x）求實數x的平方根：exp（x）指數函數 tan（x）正切tanxfix（x）對x朝原點方向取整tanh（x）雙曲正切tanhx2.4控制系統工具箱%creation of lti models.% tf% zpk% ss% dss% frd% filt% set% ltimodels% ltiprops%data extraction% tfdata% zpkd

22、ata% ssdata% dssdata% frdata% get%model dimensions and characteristics% class% isa% size% ndims% isempty% isct% isdt% isproper% issiso% reshape%conversions% tf% zpk% ss% frd% chgunits% c2d% d2c% d2d%overloaded arithmetic operations% +and-% *% % /% % % .% .% stack% inv%model dynamics% pole,eig% zero%

23、 pzmap% dcgain% norm% covar% damp% esort% dsort%time delays% hasdelay% totaldelay% delay2z% pade%state-space model% rss,drss% ss2ss% canon% ctrb,obsv% gram% ssbal% balreal% modred% minreal% sminreal%time response% ltiview% step% impulse% initial% lsim% gensig% stepfun%frequency response% ltiview% bo

24、de% sigma% nyquist% nichols% margin% freqresp% evalfr%system interconnections% append% parallel% series% feedback% lft% connect%c;assical design tools% rltool% rlocus% rlocfind% acker% place% estim% reg%lqg design tools% lqr,dlqr% lqry% lqrd% kalman% kalmd% lqgreg% augstate%matrix equation solvers%

25、lyap% dlyap% care% dare%demonstratons% ctrldemo% jetdemo% diskdemo% milldemo% kalmdemo第3章 計算機仿真的應用3.1全結構仿真我們知道控制系統的描述方法有很多種，方塊圖法也是其中的一種，每個方塊所示的功能可以是如傳遞函數，包括簡單的慣性、加法、減法、以及一些非線性環節。如果我們能用一系列函數來實現這些方塊的功能，那就很容易在計算機里得到這個系統的數字仿真模型。然而描述系統的方塊圖非常之多，各方塊的功能也不盡相同，每個方塊都用一個函數去實現以得到系統仿真算法模型的工作費時又費力。如果僅把加、減、慣性、實際微分、

26、積分、繼電等基本環節編寫成函數，組成一個功能函數庫，且這些函數在一個仿真系統中可重復多次調用，這樣，把一個系統模型等效為多個基本環節很容易得到系統的仿真模型。在仿真計算中功能函數的計算順序就是系統信號的傳遞順序。我們稱這種數字仿真方法叫全結構仿真。 單元號nf(代號)x1x2xny圖3.1基本環節要實現這一目的，關鍵是要建一個實現基本環節功能的功能函數庫。我們知道，任何一個運算都可以看成是函數運算特性，為了運算的需要，我們采用如下的函數結構：y=f(x1,x2,x3)這樣對于一個系統，我們就可以看成是若干個單元構成，將f編制成各種各樣的運算特性，就可以組成功能庫。使用時，將這個庫中的功能調出，

27、放在單元中進行運算即可。設計時將每種功能函數定義一個功能代碼，以代號直接找到相就的處理程序模塊。這種結構中，x1x2是三個輸入信號，它可以是某個環節的輸出信號，也可以是常數。信號的類別可以是數字，也可以是0和1的開關變量；單元的輸出y可以是數字，也可以是0和1的狀態，具體形式由所調用的功能模塊決定。單元號碼在仿真系統中，按運算的順序編號。程序就可以根據這個單元編號順序調用相就的功能函數。每一個步長內，將構成系統的所有單元都處理一次，這樣循環 表3.1 功能庫表功能代號功能名稱功能01階躍閘門函數y=x1*1(t-x3)+x202減法y=x1-x203加法y=x1+x204積分y=1/s*x1*

28、x205慣性y=x1*x2/(x3*s+1)06實際微分y=x1*x2/(x3*s+1)0708超前-滯后piy=x1*(x2*s+1)/(x3*s+1)y=(1+x3/s)*x2*x109pdy=(1+x3*s)*x2*x110pidy=(1+x3/s+x3*s)*x2*x111純滯后12選擇 x1 x3=0y= x2 x3!=013周期方波14乘法加法y=x1*x3+x215閘門斜坡信號y=x1(t-x3)*1(t-x3)+216閘門正弦信號y=x1*sin(x2(t-x3)*1(t-x3)17飽和非線性 x2*x1 |x1|x318死區非線性19小信號切除20死區滯環繼電下去從而可以得到

29、輸出的數字解或響應曲線。根據這樣的一種思路，程序結構如下圖3.1示。從圖中可以看到，程序的主體是功能庫。表3.2 全局變量語句說明global 定義全局變量的語句ymv全局中間數組變量t仿真時間sp中間變量數組單元指針ts仿真步長yd1 yd2純滯后數組tmax仿真終止時間spd1 spd2純滯后數組單元指針3.2 simulink仿真工具箱3.2.1 simulink工具箱簡介simulink是實現動態系統建模、仿真和分析的一個集成環境，使得mmatlab的功能得到進一不擴展，它可以非常容易的實現可視化建模，把理論研究和工程實踐有機的結合在一起。 大部分專用工具箱只要以matlab主包為基礎

30、就能運行，有少數工具箱（通訊工具箱、信號處理工具箱等）則要求有simulink工具箱的支持。由于matlab和simulink是集成在一起的，因此用戶可以在兩種環境下對自己的模型進行仿真、分析和修改。不用命令行編程，由方框圖產生m文件（s函數）。 當創建好的框圖保存后，相應的m文件就自動生成，這個m文件包含了該框圖的所有圖形及數學關系信息。框圖表示比較直觀，容易構造，運行速度比較快。3.2.2 simulink的優點（1）適應面廣：包括線性、非線性系統；離散、連續系統（2）結構和流程清晰：以方塊圖形式呈現，仿真精細、貼近實際323 simulink的模型： simulink模型在視覺上表現為方

31、框圖，在文件上則是擴展名為m的asc代碼；在數學上體現為一組微分方程或差分方程；在行為上模擬了物理期間構成的時間系統的動態特性。simulink的一般結構： 輸 入輸出系統 圖 4.2.1 3.2.4 仿真原理當在框圖視圖中進行仿真的同時,matlab時間上是運行保存于simulink內存中s函數的映象文件,而不是解釋運行該m文件。s函數并不是標準m文件，它m文件的一種特殊形式。姓名：論文題目第4章 實驗設計說明通過對計算機仿真全方面的了解以及對學校現狀的調查,對大概的情況有了一定的認識以后,我一共設計了5個實驗,其中3個是必做實驗,即:matlab控制工具箱及應用、全結構仿真以及基于simu

32、link的控制系統仿真。2個選做實驗是：任意實函數方程求實根和非線性系統的全結構仿真。由于我們進行的一系列仿真都是以控制系統計算機輔助設計軟件matlab為主要工具，因此首先應該了解控制工具箱的使用。所以第一個實驗主要是調用了兩類函數對方程求解，目的是讓同學們能近一步的熟悉matlab控制工具箱。接下來是一個選做實驗，任意函數方程求實根，這個實驗的主要原理和內容在實驗指導書部分會做很詳細的說明。實驗3是講的全結構仿真，要用到的是功能函數的選取和調用，目的是為了熟悉結構化編程的思想。而實驗所涉及到的功能函數都是比較簡單的，容易理解的，希望同學們能有時間根據自己的具體情況來做那個實驗。實驗4是基于

33、simulink的控制系統仿真，主要是應用simulink控制工具箱，調出系統的模型，然后更改其參數，進行仿真。這個系統是一個含有磁滯回環線性環節的控制系統。實驗5也是一個選做實驗，是全結構仿真的應用。這次的設計主要是為了讓同學們進一步的理解計算機仿真的應用，以及matlab語言的擴展。但是由于實驗室的資源有限，以及學習的時間不長，所以有所遺憾，但還是希望同學們能積極的和老師合作，將這門實驗課學好。四川理工學院本科畢業（設計）論文第5章 結束語文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本

34、文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本文本(結束語是對整個設計（論文）主要成果的總結。在結論中應明確指出本設計（論文）內容的成果或理論（含新見解、新觀點），對其應用前景和社會、經濟價值等加以預測和評價，并指出今后進一步在本研究方向進行研究工作的展望與設想。結論內容一般在1000字左右。)姓名：論文題目致 謝感謝一直以來始終支持我的指導老師老師。雖然他很忙，一個人要帶許許多多的同學做畢業設計論文而且還有課需要上，這讓我們很感動。他的不辭辛勞終于讓我完成了本次設計。在遇到問題的時候，他總是耐心地一個一

35、個給我們解答。每次答疑都讓我們學到很多的關于自己設計內容方面的知識。雖然他很年輕，但是在專業方面的知識是非常地完善。剛開始時，接到論文題目的我們都是一臉的茫然和無助，是他給了我們信心和希望。真的很感謝他。老師，謝謝你。此外，我還要對在這次設計中，幫助和支持我的同學，表示感謝！我對于word其實很生疏的，有很多關于word的使用都是請教的同寢室同學，他們的幫助讓本來已經沒有信心和耐心繼續做設計的我又重新找到了信心和動力，真的很感謝他們。沒有他們就沒有我此次的設計。四川理工學院本科畢業（設計）論文文獻綜述1、前言 通過了解到計算機仿真在自動化專業中的地位和作用，以及根據具體的教學安排，本次設計主要

36、是讓學生在較短的時間內能學會應用matlab語言進行計算機仿真，而設計的主要方向是實驗的設計，主要有5個實驗，其中3個是必做實驗，2個是選做。考慮到學生是在學習了高數，大學物理，計算機技術、控制原理、matlab語言等基礎課程的基礎上學習的，因此這些實驗主要有，matlab控制工具箱的應用、連續系統的全結構仿真、以及simulink的應用等實驗。 2正文計算機仿真的概念是從仿真的概念延伸而來的。簡單的是說，仿真就是對某個真實系統進行模擬分析的過程，亦即“模仿真實系統的行為變化”，通過這種模擬來達到對系統的了解和分析。仿真可以采用不同的方法進行。比如在工程實踐中，人們采用按照比例縮小的汽車模型或

37、飛機模型來模擬真實汽車的機械轉動系統或確定飛機形狀的空氣動力特性。而計算機仿真不過是使用計算機作為模擬的手段，模型則是一個由計算機程序和相關數據組成的抽象代表。比較準確的說，計算機仿真就是設計和建立一個計算機模型來代表某個真實系統，并利用該模型對真實系統的行為變化進行數值模擬實驗，通過這樣的模擬試驗達到對該系統在某些給定條件下的動態行為進行分析和了解的目的。由于計算機仿真所具備的各種優點，他已經成為模擬、分析和優化各種系統的有效工具。控制系統的計算機仿真是一門涉及到控制理論、計算數學與計算機技術的綜合性新型學科。 它包含控制系統分析、綜合、設計、檢驗等多方面的計算機處理。 模型，是對所要研究的

38、系統在某些特定方面的抽象。通過模型對原型系統進行研究，將具有更深刻、更集中的特點。模型分為物理模型和數學模型兩種。數學模型可分為機理模型、統計模型與混合模型。 系統仿真，就是以系統數學模型為基礎，以計算機為工具對系統進行實驗研究的一種方法。需特別指出，系統仿真是用模型（即物理模型或數學模型）代替實際系統進行實驗和研究，使仿真更具意義，仿真所遵循的基本原則是相似原理，即幾何相似、環境相似與性能相似。依據這個原理，仿真可分為物理仿真與數學仿真（即模擬計算機仿真與數字計算機仿真）。由于計算機仿真能夠為各種實驗提供方便、廉價、靈活而可靠的數學模型，因此凡是要用模型進行實驗的，幾乎都可以用計算機仿真來研

39、究被仿真系統的工作特點、選擇最佳參數和設計最合理的系統參數。 自動控制系統的計算機仿真，它是一門涉及到計算機技術、計算數學與控制理論、系統辨識、控制工程以及系統科學的綜合性學科。它為控制系統的分析、計算、研究、綜合設計以及自動控制的計算機輔助教學提供了快速、經濟、科學及有效的手段 3、總結 在正文中已經提到了計算機仿真的發展與應用，在這里就不重復的介紹，最后主要談一談目前學校的現狀以及需要改進的地方。學校的現狀：課時比較短，學習時間有限，還有很多涉及到的基礎科目已經先學了，因此就把重點放在了上機操作上；實驗室資源有限，所以實驗內容不易太多太復雜。需要改進的是，在實驗資源有限的情況下，就希望同學

40、能和老師配合好，希望每個同學都能實際的進行上機操作。姓名：論文題目參考文獻1 趙文峰.控制系統設計與仿真m. 西安電子科技大學出版社, 20022 王行仁.面向二十一世紀,發展系統仿真技術j.系統仿真學報,:. 3 熊光楞 彭毅.先進仿真技術與仿真環境mm.北京：國防工業出版社,1997 4 michacl p. introduction to computer simulationm. proceedings of wsc,94.7145 徐云飛 李海鷹.面向對象的智能仿真系統j.系統仿真學報,:.6 譚飛.計算機仿真及輔助設計講義c.自貢:四川理工學院,2003.17 鄭恩讓.控制系統仿真

41、m.北京: 北京大學出版社, 20068 薛定宇.控制系統計算機輔助設計m.北京:清華大學出版社, 20069 p.d.lawrence.real-time microcomuputer system designm.mcgraw-hill inc.,198710 k.dubey.power semiconductor controlled drivesm.gopal,1995附錄1 實驗室安全操作規程為了保證實驗工作的順利展開，為師生創造一個良好的、安全的實驗環境，在本實驗室操作者都必須遵守以下的安全操作規程：一、不準穿拖鞋進入實驗室，注意保持實驗室的清潔衛生；二、嚴格的按照儀器操作規程，正

42、確操作儀器；三、實驗室內不準使用明火，就座后不得隨意來回走動，以免觸碰電源、電纜等；四、實驗時若發現儀器設備出現故障或異常情況（如：有異味、冒煙等）時，應立即關閉電源開關，撥掉電源插頭，并及時向實驗室管理人員報告。遇到此類情況，實驗者不得擅自處理、或不報告就擅自更換儀器；五、實驗完畢，要關閉設備的電源、關好門窗、整理好儀器設備，并打掃衛生；六、實驗者還必須服從實驗室工作人員的管理和安排及實驗室管理制度中有關安全操作的規定；七、上述有關規程實驗者必須嚴格執行，如有違反，一經發現，按國家或學校相關條例進行處理并向有關領導報告，重者追究其法律責任附 錄2 實驗指導書實驗一 matlab的控制工具箱及

43、應用1實驗目的：熟悉matlab的控制工具箱，并能應用各種命令等 2主要儀器設備及其配套數：計算機matlab軟件 40套實驗2任意實函數方程求實根（選做）1.實驗目的：學會matlab語言的編程，調試及運行。2主要儀器設備及其配套數：計算機matlab軟件 403實驗原理：設任意實函數f(x)=0f(x)是x的非線性或線性函數，求它的單實根的方法很多，如二分法，弦截法，優選法，插值法等，各種方法大同小異。下面介紹弦截法求實函數在給定一個區間xmin, xmax中的所有單實根。這種方法求根分兩步進行。第一步，判斷某個小區間內是否有根存在，其原理是xb=xa+h, 自變量從原來的一個初值xa向前

44、跨出一步h, 如果在xa, xa+h中有根存在，則必有函數值f(xa)與f(xb)異號或f(xb)=0 ，這時轉到第二步，否則，xb xa ，繼續第一步的工作。第二步，以 (xa, f(xa) 和(xb, f(xb) 作一直線， 得到直線方程: 以y=0時的x值x0 作為試驗根，則 ，求得 f(x0)=y0。如果或，可以認為x0 是方f(x)=0 的一個根，如不滿足條件，根據y0的符號使得x0xa，y0ya或x0xb，y0yb，繼續第二步的操作，直到滿足條件。當xb+hxmax 時，搜索過程結束。計算步長選擇原則是，保證在一個步長區間內的根不能多于1個互異根（重根除外），否則將造成丟根現象，這

45、就要求h取得較小，但增加計算時間，所以應綜合考慮，對周期函數，h應小于周期的1/2。 控制精度的大小直接影響求根精度，應根據需要設定，一般可取10-5 10-10 ，可取0.1。附圖1實驗內容以及步驟：編寫一求解任意實函數實根的程序，包括相應的輔助函數：a、 求解方程sin(x)=0在x0，10域的所有實根；b、 求解方程在x0，5域的所有實根；matlab語言程序如下：（b）function m=qiugen(min,max,d,ch)m=;a=1;b=1;xa=min;xb=min;while xbmax xa=xb;ya=file1(xa,ch); xb=xa+d;yb=file1(xb

46、,ch); if ya*yb=0 for a=a+1, x0=xa-ya*(xb-xa)/(yb-ya); y0=file1(x0,ch); if abs(y0)10-8|abs(xb-xa)0 xa=x0; ya=y0; else xb=x0; yb=y0; end end end end end實驗3 全結構仿真1實驗目的：熟悉結構化編程的思想，全結構仿真的原理及編程2主要儀器設備及其配套數：計算機matlab軟件 403實驗內容及步驟：gc(s)e(-0.15s)/(0.5s+1)(0.4s+1)編寫全結構仿真思想的主程序及相應函數，完成如下內容：r(s) y(s)a、 輸入為單位階躍信號，當gc(s)為純比例控制時，通過仿真的方法得到此系統的震蕩周期tc；b、 gc(s)為pi控制器輸出u(t)=k*(e+1/tedt),當k取臨界增益kc的一半時，調整ti使得系統的超調量為20%，求得t1。c、 gc(s)為pid控制，控制器輸出u(t)=k*(e+1/tedt+td*de/dt),其中k=0.6kc,ti=0.5tc,td=0.12tc,描出系統的階躍響應曲線和斜坡響應曲線。a的matla