Лабораторные работы

Исследование систем автоматического
управления в Matlab

Что это такое?

     Цикл лабораторных работ задуман как введение в анализ, синтез и моделирование систем управления в среде Matlab, которая стала фактически общепринятым стандартным средством численных расчетов в области теории управления.

Предполагается, что студенты знакомы с классической теорией линейных систем автоматического управления (САУ), например, в объеме учебника Е.П. Попова (Теория линейных систем автоматического регулирования и управления), и обладают некоторыми навыками работы в Matlab. Лабораторные работы могут проводиться во время изучения теории нелинейных систем (1-ый семестр 3 курса).

Основное внимание уделяется использованию пакета Control Toolbox и среды моделирования Simulink. Поскольку суть явлений лучше понимается на простых примерах, вместо того, чтобы рассматривать запутанные схемы, предлагается исследовать несложную одноконтурную систему, продемонстрировав на ней основные возможности среды Matlab.

В силу вводного характера, в этих лабораторных работах не затрагиваются сложные вопросы, требующие существенной теоретической подготовки. Рассмотрение ограничено кругом классических задач, решаемых преимущественно в частотной области.

Перечень работ

1. Исследование разомкнутой линейной системы
   Ввод и преобразование моделей линейных систем. Статический коэффициент усиления. Полоса пропускания. Карта нулей и полюсов. Импульсная и переходная характеристики. Частотная характеристика. Модуль LTIViewer. Копирование графиков в документ Word.

   	Краткие теоретические сведения (архив ZIP, 85 Кб)
   	Описание лабораторной работы (архив ZIP, 45 Кб)

2. Проектирование регулятора для линейной системы
   Параллельное и последовательное соединение, замыкание обратной связью. Минимальная реализация. Построение ЛАФЧХ (диаграмма Боде). Модуль SISOTool. Пропорциональный (П-) регулятор. Пропорционально-дифференциальный (ПД-) регулятор. Передаточные функции замкнутой системы. Астатизм.

   	Краткие теоретические сведения (архив ZIP, 85 Кб)
   	Описание лабораторной работы (архив ZIP, 65 Кб)

3. Моделирование систем управления в пакете Simulink
   Создание и редактирование моделей в Simulink. Источники сигналов (Sources). Средства отображения результатов (Sinks). Передача результатов в рабочую область Matlab. Компенсация постоянных возмущений с помощью пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД-) регулятора.

   	Краткие теоретические сведения (архив ZIP, 32 Кб)
   	Описание лабораторной работы (архив ZIP, 103 Кб)

4. Моделирование нелинейных систем управления
   Модели с подсистемами. Использование нелинейных блоков. Сравнение линейной и нелинейной моделей. Мультиплексоры, векторные сигналы. Применение скриптов в Matlab. Настройка свойств элементов графика.

   	Краткие теоретические сведения (архив ZIP, 47 Кб)
   	Описание лабораторной работы (архив ZIP, 89 Кб)

5. Программирование в среде Matlab
   Передача данных из рабочей области в модель. Функции, аргументы и возвращаемые значения. Стандартные функции Matlab. Функции пользователя. Циклические вычисления. Грубость (робастность) системы.

   	Краткие теоретические сведения (архив ZIP, 16 Кб)
   	Описание лабораторной работы (архив ZIP, 72 Кб)

6. Оптимизация нелинейных систем
   Компенсация нелинейностей типа «насыщение» (anti-windup). Численная оптимизация нелинейных систем. Использование пакета NCD Blockset.

   	Краткие теоретические сведения (архив ZIP, 57 Кб)
   	Описание лабораторной работы (архив ZIP, 112 Кб)

7. Дискретизация непрерывного регулятора
   Задача дискретизации непрерывного регулятора. Компьютер в контуре управления. Линейные цифровые фильтры. Методы переоборудования Эйлера, обратных разностей, Тастина. Выбор интервала квантования.

   	Краткие теоретические сведения (архив ZIP, 80 Кб)
   	Описание лабораторной работы (архив ZIP, 100 Кб)