MATLAB在控制系统仿真与CAD中的应用——设计与实践

"这篇文档是关于‘控制系统仿真与CAD’的课程设计，主要涉及使用MATLAB进行控制系统建模、分析和仿真的实践操作。通过设计最小拍无波纹和有波纹控制器，深入理解MATLAB软件及其在控制系统中的应用。" 在控制系统仿真与CAD领域，MATLAB是一个重要的工具，它提供了强大的数学计算和仿真功能。MATLAB中的Simulink组件尤其适用于动态系统建模和仿真，包括控制系统。以下是对文档中提到的一些关键步骤的详细解释： 1. **建立被控对象的传递函数** (G(s)): - 使用`tf`函数创建传递函数模型。`num`和`den`分别代表分子和分母多项式的系数，`sys=tf(num,den)`则构建了传递函数。在本例中，传递函数为G(s) = (968s^2 + 10648s + 17424) / (s^5 + 13s^4 + 44s^3 + 32s^2)。 2. **转换为脉冲传递函数** (G(z)): - `c2d`函数用于将连续时间系统转换为离散时间系统。`Gz=c2d(Gs, Ts, 'zoh')`表示使用零阶保持器(ZOH)方法将G(s)转换为采样时间Ts的G(z)。结果显示为一个以z为变量的传递函数。 3. **转换为零极点增益模型**: - `zpkdata`函数提取传递函数的零点(z)、极点(p)和增益(k)。然后使用`zpk`函数将这些数据重新组合成零极点增益模型，并按照z-1的形式排列。这有助于分析系统的动态特性。 4. **确定误差脉冲传递函数** (Ge(z)): - 为了使闭环系统对单位加速度输入的稳态误差为零，并保持实际系统的稳定性，我们需要设计误差脉冲传递函数Ge(z)。这通常涉及到对控制器的设计，以便优化系统性能指标，如超调、调节时间和稳定裕度。 这些步骤展示了如何使用MATLAB进行控制系统的设计和分析。通过这样的实践，学生能够加深对控制系统理论的理解，提高MATLAB的使用技能，为将来在学习或工作中解决类似问题奠定基础。在实际应用中，控制系统工程师经常利用MATLAB和Simulink进行系统建模、控制器设计和系统性能评估，以实现精确控制和优化系统行为。