基于matlab的非线性系统研究与设计(附件)【字数：10017】
摘 要现如今，自动控制技术已经被广泛于各种产业部门，比如制造业、农业、交通业、航空航天业等等。大幅度地提高了人们的生产水平以及生产速率，节约了社会劳动时间；改善了劳动生产环境，提高了人们的生活水平同时也给人们的日常生活带来了便利。随着科技的大力发展，并且在控制技术需求的推波助澜下，控制理论日趋取得了显著的进步，在从线性系统近似到非线性系统的研究中获得了巨大的新成就。对于非线性的研究是具有非常重要的意义的,并是目前最为重要的研究方向，因为它是工程技术领域和自然界中最为普遍的现象，借助MATLAB固有的非线性模块,来着手研究非线性系统的控制。但是由于非线性系统相对线性系统来说比较复杂，所以研究起来的难度也大大增加了。本论文是以自动控制原理作为基础，对典型线性系统的PID控制器的控制原理、结构、性能、MATLAB仿真等进行着力研究。在对非线性系统进行分析的同时，为了对非线性控制系统的控制性能进行分析提出了一种MATLAB软件包中的Simulink模块分析方法。并且本文还研究了简单非线性切换系统的基于闭环模式的控制问题，进行了稳定性分析，并且还进行了数值仿真的操作。
目 录
第一章 前言 1
1.1 论文研究的意义 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3 研究的内容与研究的方法 2
1.3.1 研究的内容 2
1.3.2 研究的方法 2
第二章 自动控制系统及仿真概述 3
2.1 自动控制系统的概述 3
2.1.1 自动控制原理 3
2.1.2 自动控制基本的控制方式 3
2.1.3 自动控制系统的分类 3
2.2 过程控制系统的MATLAB计算及仿真 4
2.2.1 控制系统计算机仿真 4
2.2.2 控制系统的MATLAB计算与仿真 5
第三章 PID控制简介及仿真实例分析 7
3.1 PID控制简介 7
3.1.1 PID控制原理 7
3.1.2 PID控制的特点 8
3.2 仿真案例分析 8
3.2.1 未加入校正装置的系统单位阶跃响应曲线 9
3.2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
2 比例校正装置设计 10
3.2.3 比例微分校正装置设计 11
3.2.4 比例积分微分校正装置设计 12
第四章 基于Simulink非线性控制系统分析 14
4.1 非线性系统的概述 14
4.2 非线性环节对系统结构的影响 14
4.2.1 不灵敏区特性 14
4.2.2 饱和特性 14
4.2.3 回环特性 15
4.2.4 继电特性 15
4.3 非线性系统仿真实例分析 16
第五章 非线性系统的数字验证 19
5.1 简单非线性系统基于闭环模式的控制 19
5.2 数值仿真 19
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 前言
1.1 论文研究的意义
在如今科学技术的各个领域里，自动控制技术有着重要的作用。它是研究自动控制共同规律的技术科学，它起源于自动控制技术的应用。如今计算机技术在大力地发展和应用，自动控制理论和技术在很多高新技术的领域中被广泛的应用，比如：机器人控制、宇航控制以及导弹制导等等。在自动控制技术的各个方面应用中，不仅实现了生产过程的自动化，劳动生产率在很大程度上提高了，劳动时间也节约了，人们的劳动强度也减轻了，更具有人性化。所以了解并且掌握自动控制的有关专业知识理论，对于工程技术人员来说是十分必要的，这样会使人们的生活变得更加便利，生活水平也会快速地提高。
非线性控制系统的运动微分方程是由非线性的常微分方程描述的。早期出现的液面高度调节器、瓦特蒸汽调节器等控制系统大都被视为线性的。事实上，真实的系统被系统的一个线性模型来代替。随着科学技术的不断发展与进步，系统的被控对象存在的种类在日趋增加，与此同时，控制装置也变得越来越复杂，并且对系统控制的精准性要求也更高了，所以线性系统模型就不太适用了。工程技术的需要也促进了非线性控制系统的进步与发展，控制理论的形成了一个分支，因此非线性控制系统的研究具有深远的现实意义。
1.2 国内外的研究现状
在工业过程控制中，PID控制方式是生命力最为顽强的，它历史悠久，也是现如今被运用最广泛的控制方法。比如很多的反馈回路都用PID控制的方法或者选用一些比较小的变形来控制。1915年1940年这段时间是PID控制器的发展时期，从1940开始到现在，一直在推出各种更为先进的控制方法，但是由于PID控制器的结构简单、对于模型的误差具备鲁棒性并且操作起来简单方便等优点，成为了冶金化工、电力及机械类大力追捧地对象。根据1990年日本调查委员会的统计，日本大概有九成的控制回路是采用的PID调节器来控制的。在美国的控制工程类的杂志的一位编辑曾说过，PID调节器在美国工业控制器的使用大约有百分之九十以上。对于我们中国来说，PID调节器的应用就更加普遍了。PID属于典型的线性系统同时也是研究非线性系统的基石。
自1980年以来，人们对非线性的研究越来越重视了，比如：物理方面的非线性动力学、数学方面的非线性分析，都在大力地发展与突破。与此同时，有很多知名的专家致力于对非线性的系统的研究上，使得非线性系统理论被广泛地应用与发展。还有一些工程师在运用非线性系统理论来建造控制器方面，已经取得了显著的成就。
1.3 研究的内容与研究的方法
1.3.1 研究的内容
首先，了解自动控制原理的基础知识，以及掌握MATLAB的相关操作对PID控制器进行仿真模拟，并且对典型系统PID控制器的工作原理、工作参数、工作方法以及性能指标等进行更深层次的了解。对简单的非线性系统采用线性化处理的方式，再进行仿真模拟操作。具体分为以下两个方面：
（1）查阅自动控制原理的书籍，对控制系统的工作原理、工作性能以及它的工作方式进行深入的了解。
（2）研究PID控制器的仿真模拟，采用线性化的方式对非线性系统进行处理，对于非线性系统进行的仿真，要基于Matlab操作。
（3）研究简单非线性切换系统的基于闭环模式的控制问题，进行稳定性分析，并且进行了数值仿真的操作。
1.3.2 研究的方法
翻阅资料，学习有关于自动控制原理的知识，并且了解控制系统的工作原理、工作方式、相关性能指标等等。深入学习典型的PID线性控制系统的设计，并且了解它的特点及应用；熟悉基本控制系统Matlab计算、Matlab仿真操作方法。知道线性系统与非线性系统之间的区别，着重学习非线性系统分析方法以及它的线性化处理的方式。
第二章 自动控制系统及仿真概述
目 录
第一章 前言 1
1.1 论文研究的意义 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3 研究的内容与研究的方法 2
1.3.1 研究的内容 2
1.3.2 研究的方法 2
第二章 自动控制系统及仿真概述 3
2.1 自动控制系统的概述 3
2.1.1 自动控制原理 3
2.1.2 自动控制基本的控制方式 3
2.1.3 自动控制系统的分类 3
2.2 过程控制系统的MATLAB计算及仿真 4
2.2.1 控制系统计算机仿真 4
2.2.2 控制系统的MATLAB计算与仿真 5
第三章 PID控制简介及仿真实例分析 7
3.1 PID控制简介 7
3.1.1 PID控制原理 7
3.1.2 PID控制的特点 8
3.2 仿真案例分析 8
3.2.1 未加入校正装置的系统单位阶跃响应曲线 9
3.2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
2 比例校正装置设计 10
3.2.3 比例微分校正装置设计 11
3.2.4 比例积分微分校正装置设计 12
第四章 基于Simulink非线性控制系统分析 14
4.1 非线性系统的概述 14
4.2 非线性环节对系统结构的影响 14
4.2.1 不灵敏区特性 14
4.2.2 饱和特性 14
4.2.3 回环特性 15
4.2.4 继电特性 15
4.3 非线性系统仿真实例分析 16
第五章 非线性系统的数字验证 19
5.1 简单非线性系统基于闭环模式的控制 19
5.2 数值仿真 19
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 前言
1.1 论文研究的意义
在如今科学技术的各个领域里，自动控制技术有着重要的作用。它是研究自动控制共同规律的技术科学，它起源于自动控制技术的应用。如今计算机技术在大力地发展和应用，自动控制理论和技术在很多高新技术的领域中被广泛的应用，比如：机器人控制、宇航控制以及导弹制导等等。在自动控制技术的各个方面应用中，不仅实现了生产过程的自动化，劳动生产率在很大程度上提高了，劳动时间也节约了，人们的劳动强度也减轻了，更具有人性化。所以了解并且掌握自动控制的有关专业知识理论，对于工程技术人员来说是十分必要的，这样会使人们的生活变得更加便利，生活水平也会快速地提高。
非线性控制系统的运动微分方程是由非线性的常微分方程描述的。早期出现的液面高度调节器、瓦特蒸汽调节器等控制系统大都被视为线性的。事实上，真实的系统被系统的一个线性模型来代替。随着科学技术的不断发展与进步，系统的被控对象存在的种类在日趋增加，与此同时，控制装置也变得越来越复杂，并且对系统控制的精准性要求也更高了，所以线性系统模型就不太适用了。工程技术的需要也促进了非线性控制系统的进步与发展，控制理论的形成了一个分支，因此非线性控制系统的研究具有深远的现实意义。
1.2 国内外的研究现状
在工业过程控制中，PID控制方式是生命力最为顽强的，它历史悠久，也是现如今被运用最广泛的控制方法。比如很多的反馈回路都用PID控制的方法或者选用一些比较小的变形来控制。1915年1940年这段时间是PID控制器的发展时期，从1940开始到现在，一直在推出各种更为先进的控制方法，但是由于PID控制器的结构简单、对于模型的误差具备鲁棒性并且操作起来简单方便等优点，成为了冶金化工、电力及机械类大力追捧地对象。根据1990年日本调查委员会的统计，日本大概有九成的控制回路是采用的PID调节器来控制的。在美国的控制工程类的杂志的一位编辑曾说过，PID调节器在美国工业控制器的使用大约有百分之九十以上。对于我们中国来说，PID调节器的应用就更加普遍了。PID属于典型的线性系统同时也是研究非线性系统的基石。
自1980年以来，人们对非线性的研究越来越重视了，比如：物理方面的非线性动力学、数学方面的非线性分析，都在大力地发展与突破。与此同时，有很多知名的专家致力于对非线性的系统的研究上，使得非线性系统理论被广泛地应用与发展。还有一些工程师在运用非线性系统理论来建造控制器方面，已经取得了显著的成就。
1.3 研究的内容与研究的方法
1.3.1 研究的内容
首先，了解自动控制原理的基础知识，以及掌握MATLAB的相关操作对PID控制器进行仿真模拟，并且对典型系统PID控制器的工作原理、工作参数、工作方法以及性能指标等进行更深层次的了解。对简单的非线性系统采用线性化处理的方式，再进行仿真模拟操作。具体分为以下两个方面：
（1）查阅自动控制原理的书籍，对控制系统的工作原理、工作性能以及它的工作方式进行深入的了解。
（2）研究PID控制器的仿真模拟，采用线性化的方式对非线性系统进行处理，对于非线性系统进行的仿真，要基于Matlab操作。
（3）研究简单非线性切换系统的基于闭环模式的控制问题，进行稳定性分析，并且进行了数值仿真的操作。
1.3.2 研究的方法
翻阅资料，学习有关于自动控制原理的知识，并且了解控制系统的工作原理、工作方式、相关性能指标等等。深入学习典型的PID线性控制系统的设计，并且了解它的特点及应用；熟悉基本控制系统Matlab计算、Matlab仿真操作方法。知道线性系统与非线性系统之间的区别，着重学习非线性系统分析方法以及它的线性化处理的方式。
第二章 自动控制系统及仿真概述
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/81.html
