Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ)

Кафедра электротехники, вычислительной техники и автоматизации

ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ЛИНЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

для студентов всех специальностей

Санкт-Петербург

2007

Теория автоматического управления. Линейные системы. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу ТАУ для студентов всех специальностей. СПб, 2006.

Методические указания предназначены для выполнения лабораторного практикума по курсу "Теория автоматического управления. Линейные системы", составленного в целях практического закрепления знаний об основных свойствах линейных систем во временной и частотной областях. Практикум выполняется на персональных компьютерах с использованием системы MATLAB – Simulink.

Указания включают краткое изложение вопросов теории и пояснения к экспериментальному этапу работ.

Составители: канд. техн. наук, доц. О. П. Томчина,

канд. техн. наук, доц. О. Л. Шарякова,

канд. техн. наук, доц. А. Е. Епишкин,

канд.техн. наук В. А. Шаряков

Научный редактор д.т.н., проф. В.М. Шестаков

Методические указания утверждены на заседании кафедры

Рецензенты: д.т.н., проф. А.Л. Фрадков, ИПМаш РАН

к.т.н., доц. В.И. Репкин, ПИМаш

© Санкт-Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ), 2007

© Томчина О. П., Шарякова О. Л., Епишкин А. Е., Шаряков В. А., 2007

Введение

Настоящие методические указания служат пособием для студентов института, выполняющих лабораторные и курсовые работы по теории линейных систем автоматического управления и автоматизированному электроприводу. Целью практикума является закрепление теоретического материала по дифференциальным уравнениям, передаточным функциям, временным и частотным характеристикам звеньев и автоматических систем, их устойчивости, влиянию параметров и структуры систем на показатели качества процессов управления в переходном и установившемся режимах функционирования, исследованию систем с запаздыванием.

Особенностью данного практикума является его выполнение на персональных компьютерах с использованием системы MATLAB-Simulink, позволяющей автоматизировать процесс анализа систем управления, представленных в виде структурных динамических схем.

Практикум предусматривает выполнение шести лабораторных работ для приобретения практических навыков при анализе основных свойств линейных систем управления во временной и частотной областях.

Лабораторная работа № 1 изучение системы имитационного моделирования

MATLAB - SIMULINK

Цель работы

Ознакомление с системой MATLAB, приобретение практических навыков исследования систем автоматического управления (САУ) с помощью приложенияMATLAB– системой имитационного моделированияSimulink.

1.1. Основные сведения

MATLAB- это язык программирования сверхвысокого уровня, предназначенный для технических вычислений. Он включает в себя вычисления, визуализацию и программирование в легкой для использования среде, где задачи и решения представлены в общей математической форме.MATLABявляется интерактивной системой, в которой основные элементы данных представлены массивами, не требующими предварительного задания размерности. Это позволяет решать множество технических задач, особенно в матричной и векторной форме, а также писать программу на традиционных скалярных языках, таких как Си или Фортран.

Название "MATLAB" произошло от сокращения слов "matrixlaboratory". СистемаMATLABсостоит из пяти основных частей:

1. Язык программирования MATLAB. Это матрично-массивный язык высокого уровня с управлением состоянием, функциями, структурами данных, входом/выходом, и объектно-ориентированным программированием.

2. Рабочая среда MATLAB. Это графический интерфейс, с которым работает пользователь. Включает рабочий столMATLAB, командное окно, редактор и отладчик файловMATLAB, справочный броузер.

3. Графическая система MATLAB. Содержит команды высокого уровня для двухмерного и трехмерного представления данных, обработки изображений, анимации. Также содержит набор команд низкого уровня, позволяющих пользователю построить собственный интерфейс.

4. Библиотека математических функций MATLAB. Содержит набор вычислительных алгоритмов, начиная с элементарных арифметических функций (сложение/вычитание, тригонометрические функции) и заканчивая сложными функциями, такими как обращение матриц и преобразования Фурье.

5. Интерфейс прикладных программ MATLAB. Эта библиотека позволяет писать программы на языках Си и Фортран, взаимодействующие сMATLAB. Включает в себя устройства вызова изMATLAB(динамической связи), вызоваMATLABкак вычислительного механизма, и для работы сMAT-файлами.

Simulinkявляется программой для имитационного моделирования и анализа динамических систем, входящей в состав пакетаMATLAB.Simulinkпозволяет строить модели в виде унифицированных блоков на экране компьютера и может работать с линейными, нелинейными, непрерывными, дискретными моделями или их сочетаниями с большим числом переменных.