发布时间 : 星期四 文章基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业论文设计更新完毕开始阅读ca151d1cabea998fcc22bcd126fff705cd175c56
基于MATLAB控制系统仿真应用研究
1引言
MATLAN是1984年有美国的MathWorks公司推出的产品，它的名字由Matrix和Laboratory两词的前三个字母组成的，是一套高性能的数值分析和计算软件，其功能不断的扩充，版本不断升级，发展至今，它已经发展成为一个集数值分析，矩阵计算，程序设计，系统建模，图形显示，系统仿真于一体，它支持控制系统设计过程的每个环节：系统建模，分析，仿真到控制器设计和实现，并科研用于不同领域的系统设计，如制造、机械、航空航天、通信和计算机等领域。 它使用方便，用户界面友好的可视化软件，被誉为第四代编程语言，是世界上最流行的计算语言之一。目前，它被广泛的应用于信号与图像处理、控制系统设计、计算机应用、通信仿真等诸多领域。
MATLAB在中国流行起来是在20世界90年代，目前已经成为广大科研工作者进行科学研究，工程计算的必备工具。其中的仿真集成环境SIMULINK工具箱，是进行系统分析与设计的有力工具。在系统开发直接，通过仿真科研优化系统参数，大大缩短了系统开发的时间，并提高了系统的性能 。
在控制系统领域有大量复杂繁琐的计算与仿真曲线绘制任务。随着计算机的广泛应用，MATLAB及其工具箱和Simulink仿真工具的出现为控制系统的设计与仿真提供了一个强有力的工具，使控制系统发生了革命性的变化。
2绪论
2.1课题背景
MATLAB语言是当今国际控制界最为流行的控制系统计算机辅助设计语言，
它的出现为控制系统的计算机辅助分析和设计带来了全新的手段。其中图形交互式的模型输入计算机仿真环境SIMULINK，为MATLAB应用的进一步推广起到了积极的推动作用。现在，MATLAB语言已经风靡全世界，成为控制系统CAD领域最普及、也是最受欢迎的软件环境。
随着计算机技术的发展和应用，控制理论和技术在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，成为现代社会生活中不可缺少的一部分。随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探知未来，认识和改造自然，建设高度文明和发达社会的活动中，自动控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。作为一个工程技术人员，了解和掌握自动控制的有关知识是十分必要的。
现代控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化，极大地提高了劳动生产率，而且减轻了人的劳动强度。自动控制使工作具有高度的准确性，大大地提高了武器的命中率和战斗力，例如火炮自动跟踪系统必须采用计算机控制才能打下高速高空飞行的飞机。某些人们不能直接参与工作的场合就更离不开自动控制技术了，例如原子能的生产、火炮或导弹的制导等等。利用MATLAB软件中SIMULINK仿真工具来实现对自动控制系统建模、分析与设计、仿真。能够直观、快速地分析系统的动态性能和稳态性能。并且能够灵活的改变系统的结构和参数，通过快速、直观的仿真达到系统的优化设计。
2.2现代控制系统的发展及现状
仿真是对真实事物的模拟，它形成于40年代二战末期对火炮及飞行控制动 力学系统的研究，1948年电子微分分析器在美国的BELL实验室的研制成功开
创了计算机仿真的新纪元。50年代至60年代初对洲际导弹和宇宙飞船姿态及轨道控制动力学的研究，促进了混合仿真技术的发展。70年代，系统工程被广泛用于社会、经济、生态等非工程系统，促进了离散事件系统仿真技术的发展。 仿真技术是以相似原理、系统技术、信息技术、网络技术及其应用领域有 关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对真
实的或设想的系统进行动态试验研究的一门学科综合性技术。控制系统仿真是系
统仿真技术在控制领域的应用。其重要作用可以概括为如下几点：（1）在系统尚未建立之前利用仿真技术可以论证系统方案及其可行性，可以避免许多不必要的挫折并为系统设计打下扎实的基础；（2）在系统设计过程中利用仿真技术可以帮助设计人员建立系统的模型，进行模型验证与模型简化并进行最优化设计；（3）在系统建成后，利用仿真技术可以分析系统工作的状况，寻求系统改进的途径，以及找出最佳运行参数，尤其对于复杂控制系统，要采用智能的高级控制算法，而每一种算法在建立前是不成熟的．这就需要采剧仿真技术改进算法，并进行优化设计。
控制系统仿真经历了物理模型仿真，模拟计算机仿真和数字计算机仿真三个过程。物理模型仿真是以物理过程相似、几何尺寸相似及环境条件相似为基础的仿真。数学仿真是以综合参数比例相似及信息规律传递相似为基础的仿真。物理仿真的优点是能最大限度地反映系统的物理本质，具有直观性及形象化的特点，它能将模型中发生的综合过程在模型中全面反映出来。但它的缺点是为建造物理模型所需的费用高、周期长、技术复杂等。而数学仿真不仅经济、方便、而且通用性强，在一定程度上满足了小系统或简单系统的仿真。但是对于复杂的系统，数字仿真的局限性就明显表现出来，首先它建立的数学模型描述能力有局限性，它不能或难以描述复杂系统的某些问题或现象：它所使用的仿真方法主要是近似的数值解法，缺少知识推理、逻辑判断和学习训练等智能特性。因此，把仿真技术和人工智能技术相结合发展智能仿真技术，成为仿真技术发展的一个新的焦点。
当前仿真研究的前沿课题主要有：仿真与人工智能技术的结合，分布式仿
真与仿真模型的并行处理，图形与动画仿真，建模环境与仿真支持系统等。
2.3 MATLAB简介及其仿真现状
MATLAB（Matrix laboratory)语言，早期只是数值线性代数软件包Linpack和Eispack的接口工具，用Fortran编程，后用C语言编写，八十年代中期，Mathwork公司将ＭＡＴＬＡＢ推向市场，并逐步拓展其数值计算、符号解析运算、文字处理、图象处理功能，并采用面向对象的超高级的语言作为用户界面，使MATLAB成为一个多领域、多学科、多功能的优秀的应用软件，它的版本也从基于windowsｗ3.1x的16位的MATLAB4.2到今天基于windows 95，windows NT，Unix及Macintosh操作系统的32位的应用程序MATLAB52，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线形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之中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多学科领域提供一种简捷、高效的编程工具。其几大功能可概括如下：
1．作为科学和工程计算的MATLAB
MATLAB以矩阵（或称数组）为计算单元，定义域为复数域，求解数值问题采用了有关领域中的先进技术和最新成果，其算法效率高、数值稳定性好、使用方便，对计算数学领域的特定问题类型用MATLAB系统求解，可以得到各种高效算法。MATLAB5.1版本增加了五个新的常微分方程求解程序，包括支持刚性系统和事件定位；更快、更精确的Bessel函数，支持复数；稀疏矩阵迭代法、稀疏矩阵特征值和奇异值；2维积分：多维内插：不规则采样数据显示：16位立体声（pc、Mac）：支持科学计算标准的开放式可扩充结构。 2．智能化程序设计语言
MATLAB不仅提供了极其结构化的程序设计语言，而且拥有超过任一高级语言系统调试技术，使用MATLAB的调试技术可以自动设置清除断点，在函数多层嵌套调用中可以考察改变多级工作空间的状态，在 MATLAB工作过程中不必考虑数据类型，对数组无须事先定义其类型、名称及规模，系统本身会随机扩大或缩小，程序中既可以操作数组元素，也可以操作数组的一行或几行，还可以访问数组变量的整体，同时MATLA也拥有灵活多样的智能运算符这使