电子信息毕业设计（论文）：时域分析的matlab实现论文.docx

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1、兰州商学院本科生毕业论文（设计）论文（设计）题目：时域分析的Matlab实现学 院、系:信息工程学院计算机科学与技术系专年学指业（方向）:电子信息工程级、 班：2007级名:李代强导教师:尚庆生2011 年5月 25日本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师的指导下取得的成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业论文（设计）成果归兰州商学院所有。特此声明毕业论文（设计）作者签名:时域分析的Mat lab实现摘要分析和设计系统的首要工作是确定系统的数学模型。一旦建立了合理的、便于分析的数学模型

2、，就可以对已组成的控制系统进行分析，从而得出系统性能的改进方法。经典控制理论中，常用时域分析法、根轨迹法或频率分析法来分析控制系统的性能。本文采用MATLAB语言编程实现了高阶系统时域分析，分析了其稳定性、快速性、准确性。用户只需键入传递函数即可获得所需各种特性曲线和时域性能指标。为提高高阶系统分析和设计效率提供了一种新的工具，应用实例验证了它的有效性。关键词时域分析高阶系统MATLAB实现ABSTRACTAnalysis and design of the systems top priority is to determine the mathematical model. Once ar

3、easonable model to facilitate the analysis, to be composed of the control system have beenanalyzed to arrive at the system performance enhancement. Classical control theory, commonlyused time domain analysis, root locus or frequency analysis to analyze the control systemperformance. In this paper, t

4、he MATLAB programming language domain analysis of high-endsystem, analyzes its stability, speed, accuracy. Users simply type the transfer function can beobtained for all kinds of characteristic curves and time-domain performance. To improve theefficiency of high-end systems analysis and design provi

5、des a new tool, the application exampleshows its effectivenessKey words Time domain analysis, High-end systems, Matlab, To achieve一、引言1二、时域分析基础理论1（-）典型输入信号和时域性能指标21、典型输入信号22、时域性能指标4（-）一阶系统的时域分析51、单位阶跃响应62、单位斜坡响应73、单位脉冲响应8（三）高阶系统的时域分析8三、基于MATLAB实现高阶系统的时域分析10四、高阶系统时域分析的MATLAB实现12（）应用经典法求解12（二）MATLAB 实

6、现131、系统稳定性分析132、系统的快速性分析163、系统的准确性分析17（三）应用MATLAB分析系统的动态特性18五、结论19参考文献20致谢21时域分析的Mat lab实现一、引言信号与系统的分析在通信、信息系统、信号处理、自动控制、检测等领域都有十分重要的作用。信号与系统的分析一般先抽象为数学模型，然后讨论系统本身的初始状态以及不同激励时的响应。对于高阶的微分方程,由于计算量庞大，人工计算难于实现。经典控制理论对高阶系统进行时域分析通常采用拉氏反变换的方法求系统响应，系统阶次越高，进行拉氏反变换的困难就越大，因此，用经典法对高阶系统进行时域分析是一件较困难的事。本文采用MATLAB语

7、言编程，设计了对高阶系统进行时域性能辅助分析程序BSTT,充分发挥了 MATLAB人机交互性好、函数调用方便、数学运算与绘图功能强大的优势，使分析效率和准确性大为提高。二、时域分析基础理论时域分析是指控制系统在一定的输入下，根据输出量的时域表达式，分析系统的稳定性、瞬态和稳态性能。由于时域分析是直接在时间域中对系统进行分析的方法，所以时域分析具有直观和准确的优点。系统输出量的时域表示可由微分方程得到，也可由传递函数得到。在初值为零时,一般都利用传递函数进行研究，用传递函数间接的评价系统的性能指标。具体是根据闭环系统传递函数的极点和零点来分析系统的性能。此时也称为复频域分析。(一)典型输入信号和

8、时域性能指标1、典型输入信号控制系统的输出响应是系统数学模型的解。系统的输出响应不仅取决于系统本身的结构参数、初始状态，而且和输入信号的形式有关。初始状态可以作统一规定，如规定为零初始状态。如再将输入信号规定为统一的形式，则系统响应由系统本身的结构、参数来确定，因而更便于对各种系统进行比较和研究。自动控制系统常用的典型输入信号有下面几种形式：1 .阶跃函数定义为u(t) = 00 r 00r0u(t) = 20r0)由此可见，一阶系统的阶跃响应是一条初始值为0,按指数规律上升到稳态值1的曲线，见图2-7o由系统的输出响应可得到如下的性能。y(t)ot图2-7 一阶系统的阶跃响应曲线1 .由于Y

9、的终值为1,因此系统稳态误差为0。2.当t=T时，Y(T)=0.632o这表明当系统的单位阶跃响应达到稳态值的63.2%时的时间，就是该系统的时间常数T。单位阶跃响应曲线的初始斜率为%=1At /=0 TT这表明一阶系统的单位阶跃响应如果以初始速度上升到稳态值1,所需的时间恰好等于T。3 .根据暂态性能指标的定义可以求得调节时间为ts =3T(s)(5%的误差带)ts =4T(s)(2% 的误差带)延迟时间为td=0.69T(s)上升时间为t=2.20T(s)峰值时间和超调量都为0。2、单位斜坡响应当输入信号u(t)=t时，U(s)=l/s2,系统输出量的拉氏变换为(r0)5、11 T i T

10、2s -s2(Ts+1) -F? TS + 1对上式取拉氏反变换，得单位斜坡响应为IY(t) =(t-T) + Te7tQ其中(t-T)为稳态分量，Te-t为暂态分量。单位斜坡响应曲线如2-8。y(t)0Ti图2-8单位斜坡响应曲线由一阶系统单位斜坡响应可分析出，系统存在稳态误差。因为U(t)=3输出稳态为t -T,所以稳态误差为e,s=t - (t - T尸T。从提高斜坡响应的精度来看，要求一阶系统的时间常数T要小。3、单位脉冲响应当u二6时，系统的输出响应为该系统的脉冲响应。因为L 6 (t)=L一阶系统的脉冲响应的拉氏变换为Y(s) = G(s)=1/Ts + !T对应单位脉冲响应为Y(t)(r0)单位脉冲响应曲线如图2-9。时间常数T越小，系统响应速度越快。图2-9脉冲响应曲线(三)高阶系