MATLAB在控制系统仿真教学中的应用

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第0年 O 2 8 6月 2 1卷第期 05

唐山等院学报§J un l f a gh nC l g o r a o n s a o l e T e

Vo. 8 N 0 2 11 .

J n 2 0 u .0 5

MATL AB在“制系统仿真’学中的应用控’教吕宏丽，雅静，国旭张张(山学院信息工程系，唐河北唐山 0 3 0 ) 6 0 0

摘要：阐述了系统仿真技术和 MA B语言的特点及其两者之间的关系，以实例说明了在控制 TI A并 系统仿真课程中引入 MA I T AB的易学性和实际意义。 关键词：控制系统仿真； T ;i l k仿真算法 MA I AB Smui; n中图分类号： 3 1 9文献标识码： TP 9 . A文章编号 i6 2 4 X(0 5 0—0 8 1 7—3 9 20 ) 2 0 2—0 2

Applc to o A TLAB n a hi nt o y t m m u a in ia i n fM i Te c ng ofCo r lS s e Si l to

L o gl Z A G Y -n, H N u -u U H n -, H N aj g Z A G G ox i i( p rme n o ma in E g n ei g,Ta g h nC l g,Ta g h n 0 3 0 Chn ) De a t nt I f r to n i e rn of n sa l e o e n s a 6 0 0, ia

Ab ta t T h sp p rp e e t h h r c e it so h e h oo y o y t m i u a in a d AT— sr c: i a e r s n st ec a a t rs i ft et c n l g f s e sm lto n M c s

IAB a gu g swel st er lto s i e we n t e ln a e a l a h ea i n h p b t e h m.I sp o e h ti i a y t e r AT— ti r v d t a t se s ola n M IAB ih i n r d c d i t n r l y t m i u a i n a d p a t a l in f a t . wh c si to u e n o Co t o s e S m lto n rc i l sg ii n . S c y c Ke o d: n r lS s e Si u a i n M A TIA B; i ui k; i u a in ag rt m y W r s C t o y t m m

lto o sm ln S m lto l o ih

O引言在工程技术界，系统仿真是通过对系统模型实验，研去究一个存在或设计中的系统，是建立在系统科学、系统辨识、 控制理论、计算机技术和计算方法等学科上的一种综合性很强的实验科学技术。因此在本科教育的自动控制专业中设置了“控制系统仿真”程，过计算机技术和控制理论的结课通合，以实现仿真技术在减少损失、节约经费开支、缩短开发周期、提高产品质量等方面的重要作用。 在控制系统仿真技术的诸多环节中，法和计算机程序算设计是很重要的环节，它直接影响到仿真模型是否能精确地替代实际系统，因此在现代教学中多使用国际上仿真领域最权威、实用的计算机工具一最 MA L B语言。 T A

果，人机交互性能好。

值得一提的是 S lk它是用于 M T A i i, mu n A L B下建立系统框图和仿真的环境，一种图形化的仿真工具，是由于支持

线性、非线性、连续、散、变量和混合式系统结构，i u离多 Sm -1 l几乎可分析任何一种类型的真实动态系统。 i‘ n

S l k使用更加便捷，户只需利用鼠标对模块库 i i的 mu n用中的模块进行拖放，根据系统方框图进行模块的联接，并就可以直接仿真，而且通过显示模块得到仿真结果。

2 MA AB语言在仿真教学中的应用 TL如果用其它计算机语言来编写系统仿真程序，须依据必所选定的仿真算法的具体形式，电就是说必须掌握各种仿真算法的特点和形式。例如要利用四阶龙格一库塔法[进行 1]仿真，就需要依据如下公式编写程序；

l MAT AB语言的易学性 LMATL AB是由美国 Mah r s司于 1 8 twok公 9 4年正式推出的，矩阵实验室” MATr A￣ rty的缩写，是一是“ ( lL x ao )它

弘l+ ( q 2 -4 吉K-+Kk )一 2 3K K -Kl - , 一^厂 Y ) (

种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，门针对科学、专工程计算及绘图的需求，主要适用于控制和信息处理领域的分析设计。与其它计算机语言相比，特点

是简洁和智能化，其 适应科技专业人员的思维方式和书写习惯，得编程和调试使效率大大提高。它用解释方式工作，人程序立即得出结键

K2 f( q h=h t - .,

+ ) KI

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K4^ (一 -+^, K3厂 Y+ )

收稿日期：0 4一1 20 0—0 4

作者简介：吕宏丽 (9 4 )女，师，士， 17一，讲硕主要从事现代传动研究。

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,.●● ll产 一●●, zz.二一 I● 一z●I●●,●‘●二第 2期吕宏丽，张雅静，国旭：张 MATL AB在“制系统仿真’学中的应用控’教乱一丑

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这样编写的仿真程序既繁琐又难懂。 在 MA L B语言中， T A它将各种仿真算法以 m文件的形式预先存放在内部函数库中，使用者直接调用函数即可。形象地说，开发商为用户编写好了大量的子程序函数，户只用需编写简单的主程序就可以了。

如果利用 Smuik也能简单地实现本系统的仿真，提 i l n前

是先进行模型的转换，微分方程形式改为相应的系统方框将图，在 S lk并 i i环境下绘制 (n 2所示 ) mu n i图。仿真运行后，在示波器显示模块中得到系统动态仿真结果，图 3所示。如

MA L T AB为用户提供了两个常用数值积分仿真算法函 数 oe3 ) o e5)分别采用二阶三级龙格一库塔法和四 d2 (和 d 4 (,阶五级龙格…库塔法求解常微分方程。随着 MA A版本 TL B的升高，又增加了 o e3 (,d l s) oe 1 (等函数。] d2 s) o e5 (,d l3 )[ 下面我们看一个应用实例。一

系统的数学模型为+6+4 M中输入 1+7一6其

M￡= 1￡。试用四阶龙格一库塔法编写一个程序，该系 () ()对统进行仿真。 在编写程序之前，要进行模型的转换，微分方程的需将形式转换成状态方程，即一阶微分方程组的形式： 图 2 Smuik仿真环境下的方框图 i l n

7 - 4 zz 6+M zl 1一 x3

。

可编写一个 MA L B函数 e. T A g m来描述系统的动态模型，内容为：其fn t nx o= e tx

u ci d t g(, ) ou 1;一

x o=E ( ) x 3; d t x 2; ( )一

7*x 1一 4 ( ) 1*x 2一 6 ( ) u; ( ) *x 3+]

编写主程序，调用 o e 5 )数对 e (函数描述的系统 d 4 (函 g)

进行数值求解，将结果进行图形显示 (n 1并 i图所示 )。图 3显示模块中的仿真结果

3结束语将简单易学的 MA A TL B语言应用于控制系统仿真课程中，仅使学生们掌握了一门计算机语言，不而且通过将计算机技术与控制理论相结合，之更深刻地理解了仿真技术使的实用性和重要性，获得了满意的教学效果。

参考文献：[ 7吴旭光， - 1王新民.计算机仿真技术与应用 I .安： -西 M]西

图 1 MA L B程序仿真结果 TAt—

北工业大学出版社，9 8 3 1 9,6—3 . 91 7薛定宇，阳泉.于 MA L B S un的系统仿真技 - 2陈基 T A/ i lk m i

f a= 5 i l 0; n

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术与应用 E 7北京： M_ .清华大学出版社， 0,4— 4. 2 2 13 17 0 (责任编校：李聪明)

[,] d4 (g I, f a,0; - x=o e5"- t n1 x ) t e,0 _ i]y= 6*x, ) (: 1; po (, ) lt t y

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