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1、基 于 MATLAB 的 直 流 电 机 双 闭 环调 速 系 统 的 设 计 与 仿 真班 级 ： 自 动 化 12-1 班姓 名 ：学 号 ：指 导 老 师 ：前 言MATLAB 是 一 种 对 技 术 计 算 高 性 能 的 语 言 ， 它 集 成 了 计 算 、 可 视 化 和 编 程 于 一 个 易 用 的环 境 中 。 在 此 环 境 下 ， 问 题 和 解 答 都 表 达 为 我 们 熟 悉 的 数 学 符 号 。 典 型 的 应 用 有 ： 1.数 学 和计 算 ； 2.算 法 开 发 ； 3.建 模 、 模 拟 和 原 形 化 ； 4.数 据 分 析 、 探 索 和 可 视
2、化 ； 5.科 学 与 工 程 制图 ； 6.应 用 开 发 ， 包 括 图 形 用 户 界 面 的 建 立 。MATLAB 在 信 号 与 系 统 中 的 应 用 主 要 包 括 符 号 运 算 和 数 值 计 算 仿 真 分 析 。 由 于 信 号 与 系统 课 程 的 许 多 内 容 都 是 基 于 公 式 演 算 ， 而 MATLAB 借 助 符 号 数 学 工 具 箱 提 供 的 符 号 运 算 功 能 ，能 基 本 满 足 信 号 与 系 统 课 程 的 需 求 。 例 如 解 微 分 方 程 、 傅 里 叶 正 反 变 换 、 拉 普 拉 斯 正 反 变 换和 z 正 反 变 换
3、 等 。 MATLAB 在 信 号 与 系 统 中 的 另 一 主 要 应 用 是 数 值 计 算 与 仿 真 分 析 ， 主 要 包括 函 数 波 形 绘 制 、 函 数 运 算 、 冲 击 响 应 与 阶 跃 响 应 仿 真 分 析 、 信 号 的 时 域 分 析 、 信 号 的 频 谱分 析 、 系 统 的 S 域 分 析 和 零 极 点 图 绘 制 等 内 容 。 数 值 计 算 仿 真 分 析 可 以 帮 助 学 生 更 深 入 地 理解 理 论 知 识 ， 并 为 将 来 使 用 MATLAB进 行 信 号 处 理 领 域 的 各 种 分 析 和 实 际 应 用 打 下 基 础 。
4、此 次 课 程 设 计 主 要 是 为 了 进 一 步 熟 悉 对 matlab软 件 的 使 用 ， 以 及 学 会 利 用 matlab对 直 流电 机 双 闭 环 调 速 系 统 这 种 实 际 问 题 进 行 处 理 ， 将 理 论 应 用 于 实 际 ， 加 深 对 它 的 理 解 。目 录前 言第 一 章 Matlab软 件 简 介1.1 Matlab的 产 生 和 历 史 背 景 11.2 Matlab的 语 言 特 点 2第 二 章 系 统 介 绍2.1 设 计 参 数 要 求 42.2 稳 态 参 数 计 算 42.3 电 流 环 设 计 52.4 转 速 换 设 计 8第
5、三 章 仿 真 调 试3.1 仿 真 结 果 分 析 113.2 转 速 电 流 双 闭 环 程 序 流 程 框 图 113.3 Matlab源 程 序 12第 四 章 总 结 14参 考 文 献Matlab 课 程 设 计 基 于 Matlab的 直 流 电 机 双 闭 环 调 速 系 统 的 设 计 与 仿 真1第 一 章 Matlab 软 件 简 介1.1 Matlab的 产 生 和 历 史 背 景在 20 世 纪 70 年 代 中 期 ， Cleve Moler 博 士 和 其 同 事 在 美 国 国 家 科 学 基 金 的 资 助 下 开 发了 调 用 EISPACK 和 LINPA
6、CK 的 FORTRAN 子 程 序 库 。 EISPACK 是 特 征 值 求 解 的 FORTRAN 程 序库 ， LINPACK是 解 线 性 方 程 的 程 序 库 。 在 当 时 ， 这 两 个 程 序 库 代 表 矩 阵 运 算 的 最 高 水 平 。到 20世 纪 70 年 代 后 期 ， 身 为 美 国 New Mexico大 学 计 算 机 系 系 主 任 的 Cleve Moler，在 给 学 生 讲 授 线 性 代 数 课 程 时 ， 想 教 学 生 使 用 EISPACK 和 LINPACK程 序 库 ， 但 他 发 现 学 生 用FORTRAN编 写 接 口 程 序
7、很 费 时 间 ， 于 是 他 开 始 自 己 动 手 ， 利 用 业 余 时 间 为 学 生 编 写 EISPACK和 LINPACK的 接 口 程 序 。 Cleve Moler 给 这 个 接 口 程 序 取 名 为 MATLAB， 该 名 为 矩 阵 （ matrix）和 实 验 室 （ laboratory） 两 个 英 文 单 词 的 前 三 个 字 母 的 组 合 。 在 以 后 的 数 年 里 ， MATLAB 在多 所 大 学 里 作 为 教 学 辅 助 软 件 使 用 ， 并 作 为 面 向 大 众 的 免 费 软 件 广 为 流 传 。在 当 今 30 多 个 数 学 类
8、 科 技 应 用 软 件 中 ， 就 软 件 数 学 处 理 的 原 始 内 核 而 言 ， 可 分 为 两 大类 。 一 类 是 数 值 计 算 型 软 件 ， 如 MATLAB、 Xmath、 Gauss 等 ， 这 类 软 件 长 于 数 值 计 算 ， 对 处理 大 批 数 据 效 率 高 ； 另 一 类 是 数 学 分 析 型 软 件 ， 如 Mathematica、 Maple 等 ， 这 类 软 件 以 符号 计 算 见 长 ， 能 给 出 解 析 解 和 任 意 精 度 解 ， 其 缺 点 是 处 理 大 量 数 据 时 效 率 较 低 。 MathWorks公 司 顺 应 多
9、 功 能 需 求 之 潮 流 ， 在 其 卓 越 数 值 计 算 和 图 示 能 力 的 基 础 上 ， 又 率 先 在 专 业 水 平 上开 拓 了 其 符 号 计 算 、 文 字 处 理 、 可 视 化 建 模 和 实 时 控 制 能 力 ， 开 发 了 适 合 多 学 科 、 多 部 门 要求 的 新 一 代 科 技 应 用 软 件 MATLAB。 经 过 多 年 的 国 际 竞 争 ， MATLAB 已 经 占 据 了 数 值 型 软 件 市场 的 主 导 地 位 。在 MATLAB 进 入 市 场 前 ， 国 际 上 的 许 多 应 用 软 件 包 都 是 直 接 以 FORTRAN
10、和 C语 言 等 编 程语 言 开 发 的 。 这 种 软 件 的 缺 点 是 使 用 面 窄 、 接 口 简 陋 、 程 序 结 构 不 开 放 以 及 没 有 标 准 的 基 库 ，很 难 适 应 各 学 科 的 最 新 发 展 ， 因 而 很 难 推 广 。 MATLAB 的 出 现 ， 为 各 国 科 学 家 开 发 学 科 软 件提 供 了 新 的 基 础 。 在 MATLAB问 世 不 久 的 20 世 纪 80 年 代 中 期 ， 原 先 控 制 领 域 里 的 一 些 软 件包 纷 纷 被 淘 汰 或 在 MATLAB上 重 建 。时 至 今 日 ， 经 过 MathWorks
11、 公 司 的 不 断 完 善 ， MATLAB 已 经 发 展 成 为 适 合 多 学 科 、 多 种工 作 平 台 的 功 能 强 劲 的 大 型 软 件 。 在 国 外 ， MATLAB 已 经 经 受 了 多 年 考 验 。 在 欧 美 等 高 校 ，MATLAB 已 经 成 为 线 性 代 数 、 自 动 控 制 理 论 、 数 理 统 计 、 数 字 信 号 处 理 、 时 间 序 列 分 析 、 动态 系 统 仿 真 等 高 级 课 程 的 基 本 教 学 工 具 ； 成 为 攻 读 学 位 的 大 学 生 、 硕 士 生 、 博 士 生 必 须 掌 握的 基 本 技 能 。 在
12、设 计 研 究 单 位 和 工 业 部 门 ， MATLAB 被 广 泛 用 于 科 学 研 究 和 解 决 各 种 具 体 问题 。Matlab 课 程 设 计 基 于 Matlab的 直 流 电 机 双 闭 环 调 速 系 统 的 设 计 与 仿 真21.2 Matlab的 语 言 特 点一 种 语 言 之 所 以 能 如 此 迅 速 地 普 及 ， 显 示 出 如 此 旺 盛 的 生 命 力 ， 是 由 于 它 有 着 不 同 于其 他 语 言 的 特 点 。 正 如 同 FORTRAN和 C等 高 级 语 言 使 人 们 摆 脱 了 需 要 直 接 对 计 算 机 硬 件 资 源进 行
13、 操 作 一 样 ， 被 称 作 为 第 四 代 计 算 机 语 言 的 MATLAB， 利 用 其 丰 富 的 函 数 资 源 ， 使 编 程 人员 从 繁 琐 的 程 序 代 码 中 解 放 出 来 。 MATLAB的 最 突 出 的 特 点 就 是 简 洁 。 MATLAB用 更 直 观 的 、符 合 人 们 思 维 习 惯 的 代 码 ， 代 替 了 C 和 FORTRAN 语 言 的 冗 长 代 码 。 MATLAB 给 用 户 带 来 的 是最 直 观 、 最 简 洁 的 程 序 开 发 环 境 。以 下 简 单 介 绍 一 下 MATLAB的 主 要 特 点 。 语 言 简 洁
14、紧 凑 ， 使 用 方 便 灵 活 ， 库 函 数 极 其 丰 富 。 MATLAB 程 序 书 写 形 式 自 由 ， 利 用其 丰 富 的 库 函 数 避 开 繁 杂 的 子 程 序 编 程 任 务 ， 压 缩 了 一 切 不 必 要 的 编 程 工 作 。 由 于 库 函 数 都由 本 领 域 的 专 家 编 写 ， 用 户 不 必 担 心 函 数 的 可 靠 性 。 可 以 说 ， 用 MATLAB 进 行 科 技 开 发 是 站在 专 家 的 肩 膀 上 。具 有 FORTRAN和 C等 高 级 计 算 机 语 言 知 识 的 读 者 可 能 已 经 注 意 到 ， 如 果 用 FO
15、RTRAN或 C语 言 去 编 写 程 序 ， 尤 其 当 涉 及 矩 阵 运 算 和 画 图 时 ， 编 程 会 很 麻 烦 。 例 如 ， 如 果 用 户 想 求 解 一个 线 性 代 数 方 程 ， 就 得 编 写 一 个 程 序 块 读 入 数 据 ， 然 后 再 使 用 一 种 求 解 线 性 方 程 的 算 法 （ 例如 追 赶 法 ） 编 写 一 个 程 序 块 来 求 解 方 程 ， 最 后 再 输 出 计 算 结 果 。 在 求 解 过 程 中 ， 最 麻 烦 的 要算 第 二 部 分 。 解 线 性 方 程 的 麻 烦 在 于 要 对 矩 阵 的 元 素 作 循 环 ， 选 择 稳 定 的
