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1、大学学士毕业论文MATLAB 在自动控制原理教学中的应用2011届届学学士士学学位位论论文文MATLAB 在自动控制原理在自动控制原理教学中的应用教学中的应用系系别别 : :电子信息系专专业业 : :电子信息科学与技术学学号号: :姓姓名名: :_ _指指 导导 教教 师师: :指导教师职称指导教师职称: :教授2011 年 4 月 20 日学士学位论文MATLAB 在自动控制原理教学中的应用MATLAB 在自动控制原理教学中的应用摘要通过对自动控制原理课程的学习了解到它主要讲述自动控制系统的基本概念、控制系统的各种数学模型以及控制系统的三种分析方法等。将控制系统仿真软件 Matlab 引入到
2、传统的教学方法上来,运用 Matlab 分析 LTI 模型的单位冲激响应、 LTI 模型任意输入的响应函数开环系统 H(s)的 Nyquist 曲线和单位冲击响应为例说明 MATLAB 在自动控制中的应用。关键字自动控制;MATLAB;教学方法;单位冲激响应;学士学位论文MATLAB 在自动控制原理教学中的应用The Application of MATLAB in the Teachingof Automatic Control PrinipleAbstractThrough the learning of Automatic control principle,I know that it
3、 ismainly about the conceptual framework of automatic, various mathematicalmodels,three analyzing ways of control system and so on.I will explain the application of MATLAB in automatic control principle by leadingthe imitate true software Matlab of control system to go into the traditional teachingm
4、ethod and analyzing the unit of LTI pattern blunt arouse response, LTI patternarbitrarily Nyquist curve and unit of the inward response function open loop systemH(s) to pound at response.Key-wordscontrol system; MATLAB;teaching method; the unit impactresponds学士学位论文MATLAB 在自动控制原理教学中的应用目目录录1 1 引言引言 .5
5、.52 2 MATLABMATLAB 基本知识介绍基本知识介绍662.12.1 MATLABMATLAB 的发展历程及其影响的发展历程及其影响662.22.2 MATLABMATLAB 的语言特性的语言特性772.32.3 MATLABMATLAB 的应用与组成部分的应用与组成部分883 3 自动控制系统基础知识自动控制系统基础知识10103.13.1 自动控制系统的概述自动控制系统的概述.10.103.23.2 自动控制系统基本控制方式自动控制系统基本控制方式.10.103.33.3 自动控制的分类自动控制的分类.10.103.43.4 对自动控制系统的要求对自动控制系统的要求.11.113
6、.53.5 自动控制系统应用示例自动控制系统应用示例.12.123.63.6 自动控制系统的分析与设计工具自动控制系统的分析与设计工具.12.124 4 MATLABMATLAB 在自动控制原理中的应用在自动控制原理中的应用13134.14.1 引入引入 MATLABMATLAB 的必要性与可行性分析的必要性与可行性分析13134.24.2 MATLABMATLAB 在自动控制原理中的应用在自动控制原理中的应用14145 5 结束语结束语.20.20学士学位论文MATLAB 在自动控制原理教学中的应用1 引引 言言自动控制原理 是高校电类、 机械类及相关本科专业的一门重要的专业基础课程,是本科
7、生后续课程和研究生课程的基础。它主要讲述自动控制系统的基本概念、控制系统的各种数学模型以及控制系统的三种分析方法等。在实际教学过程中教师可能会遇到一些困难：内容抽象难懂，学生没有兴趣；计算工作量大，很浪费课堂时间；传统手工方法绘图，精度低且分析质量差；学生对高阶系统望而生畏；针对这一系列情况，如何将抽象问题具体化、如何能够调动学生的学习积极性、如何创造良好的教学效果便成为高校自动控制教师不得不面临的巨大挑战。 在近两年的教学过程中高校教师们尝试将控制系统仿真软件Matlab 引入到传统的教学方法上来,这样可以充分利用计算机的表现能力来加深学生对课程内容的理解和掌握,提高了课堂效率和学生的实际动
8、手能力,同时也激发了学生学习本门课程的热情。通过实践,取得了良好的效果1。学士学位论文MATLAB 在自动控制原理教学中的应用2MATLAB 的基本知识介绍的基本知识介绍2.1 MATLAB 的发展历程及其影响MATLAB 的名字是由 Matrix（矩阵）和 Laboratory（实验室）两个词的前3 个字母组合而成。20 世纪 70 年代后期，Cleve Moler 博士和他的同事构思并为学生设计了一组调用 LINPACK 和 EISPACK 库程序的“通俗易用”的接口，就是用 Fortran 编写萌芽状态的 MATLAB。以后几年，MATLAB 作为免费软件在大学里被广泛使用，深受大学生的
9、欢迎。1984 年 John Little 、Cleve Moler 和 Steve Bangert 合作成立了 MathWorks公司专门从事 MATLAB 软件的开发，并把 MATLAB 正式推向市场。1993 年，MathWorks 公司推出了 MATLAB 4.0 版本；1995 年 MathWorks 公式推出MATLAB 4.2C 版（For Win3X） ；1997 年 MathWorks 公司推出 MATLAB 5.0；2000 年 10 月推出了 MATLAB 6.0；2002 年 8 月，推出了 MATLAB 6.5，从此MATLAB 拥有了强大的、成系列的交互式界面。20
10、04 年 7 月，又进一步发展了MATLAB 7.0。在 MATLAB 7.0 中，仿真模块发展到了 Simulink 6.0。MATLAB R 系列是从 2006 年开始发布的， MathWorks 公司在技术层面上实现了一次飞跃。MathWorks 公司于 2008 年 11 月 7 日发布了 MATLAB R2009a。相比以前版本而言， MATLAB R2009a 不仅包括 MATLAB 和 Simulink 的新特性，还包含 81 个其他产品模块的升级和 bug 修正2。目前，MATLAB 已经成为国际最流行的科学与工程计算软件之一。在欧、美大学的应用代数、数理统计、自动控制、数字信
11、号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书中，都把 MATLAB 作为其中的内大学学士毕业论文MATLAB 在自动控制原理教学中的应用容。在国际学术界，MATLAB 已经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多的国际学术刊物上（尤其是信息科学刊物） ，都可以看到 MATLAB 的应用。在设计研究单位和工业部门，MATLAB 被认为是 进行高效研究、开发的首选软件工具，如美国 National Instrument 公司信号测量分析软件 LabVIEW，Cadence 公司信号和通信分析设计软件 SPW 等，都是以 MATLAB 为主要支撑的3。2.2 MATLAB 的
12、语言特性MATLAB 语言除了具有强大数值计算和图形功能以外，还有其他语言难以比拟的功能，如其提供的应用于许多领域的工具箱。此外，MATLAB 与其他语言的接口能够保证它可以和各种强大的计算机软件相结合，发挥更大的作用。目前， MATLAB 可以在各类计算机上运行， 如 PC、 Sun Space 工作站、 SiliconGraphics 工作站和惠普工作站。如果单纯地使用 MATLAB 语言进行编程，则编写的程序可直接移植到其他机型上使用。 可以说 MATLAB 是和机器类型及操作系统基本上无关的软件。MATLAB 语言具有较高的运算精度。如果矩阵的条件数很大，则矩阵中一个参数的微小变化，就
13、可能会是最终结果发生极大地变化，这种现象在数学上被称为坏条件问题。对于这类问题，如果采用的算法不当，最后得出的结果可能不正确。 使用 MATLAB 语言一般不会出现这类错误， 即 MATLAB 是可靠的、数值稳定的4。2.3 MATLAB 的应用与组成部分典型应用MATLAB 是一个高精度的科学计算语言，它将计算、可视化和编程结合在大学学士毕业论文MATLAB 在自动控制原理教学中的应用一个容易使用的环境中。在这个环境中，用户可以把提出的问题和解决问题的办法用熟悉的数学符号表示出来。MATLAB 的典型应用包括：*数学和计算。*运算法则。*建模和仿真。*数据分析、研究和可视化。*科学的工程图形
14、。*应用程序开发，包括创建图形用户接口。组成部分MATLAB 系统由下面 5 个主要部分组成。（1） MATLAB 开发环境（2） MATLAB 数学函数库（3） MATLAB 语言（4） MATLAB 图形处理系统（5） MATLAB 应用程序接口学士学位论文MATLAB 在自动控制原理教学中的应用3 自动控制系统基础知识自动控制系统基础知识3.1自动控制系统的概述在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术骑着越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器） ，使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动的按
15、照预定的规律运行。例如，数控车床按照预定程序自动地切削工件；化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定；雷达和计算机组成的导弹发射和制导系统，自动地将导弹引导到敌方目标等等这一切都是以应用高水平的自动控制技术为前提的5。3.2自动控制系统基本控制方式（1）反馈控制方式（2）开环控制方式（3）复合控制方式3.3自动控制系统的分类自动控制系统有多种分类方法。例如，按控制方式可分为开环控制、反馈控制、复合控制等；按元件类型可分为机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统等一般，为了全面反映自动控制系统的特点，常常将上述各种分类方法组合应用6。大学学士毕业论文MATLAB 在自动控制原理教学
16、中的应用线性连续控制系统恒值控制系统随动系统程序控制系统线性定常离散控制系统非线性控制系统3.4对自动控制系统的基本要求自动控制理论是研究自动控制共同规律的一门科学。尽管自动控制系统有不同的类型，对每个系统都有不同的特殊要求，但是，对没一类系统被控量变化全过程提出的共同基本要求都是一样的，即（1） 稳定性（2） 快速性（3） 准确性73.5自动控制系统应用示例函数记录仪飞机-自动驾驶仪系统大学学士毕业论文MATLAB 在自动控制原理教学中的应用电阻炉微型计算机温度控制系统锅炉液位控制系统胰岛素注射控制系统磁盘驱动读取系统3.6自动控制系统的分析与设计工具在 MATLAB 工具箱中，常用的有如下6个控制类工具箱：（1） 系统辨识工具箱（2） 控制系统工具箱（3） 鲁棒控制工具箱（4） 模型预测控制工具箱（5） 模糊逻辑工具箱（6） 非线性控制设计模型8学士学位论文MATLAB 在自动控制原理教学中的应用4.4.MATLAB 在自动控制系统教学中的应用在自动控制系统教学中的应用4.1引入
