計算機建模與仿真

1、實驗項目名稱：控制系統(tǒng)模型的建立與仿真 實驗學(xué)時:4同組學(xué)生姓名： 實驗地點： 實驗日期：2018.4 實驗成績：批改教師：批改時間：一、實驗?zāi)康暮鸵? .熟悉MATLA膠制系統(tǒng)工具箱中線性控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型的相關(guān)函數(shù)；2 .熟悉SIMULINK模塊庫，能夠使用SIMULINK進行控制系統(tǒng)模型的建立及仿真。二、實驗儀器和設(shè)備1、PC機1臺并安裝MATLAB7.以上版本。三、實驗過程1 .熟悉線性控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型的相關(guān)函數(shù)。(1) tf ()函數(shù)可用來輸入系統(tǒng)的傳遞函數(shù)該函數(shù)的調(diào)用格式為 G = tf ( num, den );其中num, den分別為系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分子和分母多項式系數(shù)

2、向量。返回的 G 為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)形式。但如果分子或分母多項式給出的不是完全的展開的形式， 而是若干個因式的 乘積，則事先需要將其變換為完全展開的形式， 兩個多項式的乘積在MATLAB借 用卷積求取函數(shù)conv()得出，其調(diào)用格式為：p=conv(p1,p2)MATLAB支持一種特殊的傳遞函數(shù)的輸入格式， 在這樣的輸入方式下，應(yīng)該 先用s=tf( ' s')定義傳遞函數(shù)算子，然后用數(shù)學(xué)表達式直接輸入系統(tǒng)的傳遞函 數(shù)。請自己通過下面兩個例子來演示和掌握tf ()和s=tf( ' s')算子這兩種輸入方式。s3 5s2 3s 2G -4 Z_3 2 Z -例1設(shè)系統(tǒng)

3、傳遞函數(shù) s 2s 4s 3s 1輸入方式一：num = 1,5, 3, 2; den = 1,2, 4, 3, 1; %分子多項式和分母多項式G = tf ( num, den ) %這樣就獲得系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型G輸入方式二：s=tf( ' s' )； G=( sA3 + 5* sA2 + 3* s + 2)/( sA4 + 2*sA3 + 4* sA2 + 3* s + 1)任務(wù)一：將下列傳遞函數(shù)分別采用上面兩種輸入方式進行輸入，并截圖記錄。s 5G -3s4 2s3 3s 4>> s=tf (?) ；C= (s+6) / (s 4+2*s 3+3*5-1-4)C-

4、=s + 5s十2 /3十3苫十4Continuous-time transfer function.危G5(s 2.4)G /八2/ 2八-2八 (s1M zpk ()函數(shù)可得到控制系統(tǒng)的零極點形式的傳遞函數(shù) 該函數(shù)的調(diào)用格式為G = zpk ( Z, P,K )其中K為系統(tǒng)傳函零極點形式的增益，Z, P分別為系統(tǒng)傳遞函數(shù)的零點和極 點列向量。返回的G為傳遞函數(shù)形式。小 (s 1.539)(s 2.7305 2.8538j)(s 2.7305 2.8538j) G 例2設(shè)系統(tǒng)傳遞函數(shù)(s 4)(s 3)(s 2)(s 1) 任務(wù)二：在MATLAB令窗口中驗證下面的命令，并截圖記錄。3s4)(

5、s1)提示：借助conv()函數(shù)獲得分子和分母多項式系數(shù)» s=tf C . ) :G= (5* (s+2,4)/ (-2* (s"2+3*s<-4)* (s-2+-1)C =5 s + 123飛 4- 5 s*5 + 12 -4 + 16 s-3 '+ 15 s2 + IL s + 4Cdntinuous-time transfer fuiLction.» z=-l, 539 ：-2. 7305+2-8538i：-2. 7305-2. S538L:P=L-l;-2;-3;-4：:zpk(Z,P) 1)G M(sM. 539) (5"2 +

6、 0,461s + 15.6)(s+l) (s+2) (s+3) (st)Continuous-tine zflro/pole/gain nodel.(3)已知傳遞數(shù)函的分子、分母多項式系數(shù)，可用 tf2zp()函數(shù)求出傳函的零點向量、極點向量和增益。該函數(shù)的調(diào)用格式為Z, P,K = tf2zp ( num, den )已知傳遞數(shù)函的零點、極點和增益，可用 zp2tf ()函數(shù)求出傳函的分子、分母多項式系數(shù)。該函數(shù)的調(diào)用格式為num, den= zp2tf ( Z, P,K)32s 5s 3s 2- ,G 4 Z32任務(wù)三：以 s 2s 4s 3s 1為例，練習(xí)這兩個函數(shù)的使用，并截圖記 錄

7、。» nufc=C J. 5, 3. 21 : den= Z, 4, 3. 11 : CZ. P, Kl = tf 2ac (ntiin, deniZnnB. denl = sp2ff (7, Pu K)- 4. 4241 小必 OOOOi- 0.2SeO + 0.6076i -0.2GS0 - 0.60761F - 0.5000 + 1.53681- 0.5OOO - 1.63SSi-a.5oao + a.36331 -Q 5000 - Q.num -fl i. ooao s_ oooo 3. ooaa 2_ ooso1. 00002. 00004. 00003. 00001- 0

8、000%、I任務(wù)四：在SIMULINK環(huán)境下搭建階躍響應(yīng)時的模型，并用示波器觀測輸出 波形，將示波器橫軸終值修改為50,記錄仿真圖及示波器波形并截圖記錄。G（s） 2s 1A） s 2s 2 （傳遞函數(shù)形式）/LapG(s)B)(s 1)(s 5)(s 6(零極點形式)2.求圖示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，其中 K1=10, K2=2Q» format corapactkl=10,k2=20；sl=tf (0. 2»lcl, 0, I, L 11):s2=tf CO. 8, CO-2, 0)：s3=spk(LI p 0: 1);sbl=f eedback (si, sZ):s=feed

9、baci series(sbl* §3)/k£)20 ee (s+7, 404) <S"2 - 7.404s + 64.83)Continiious-1ime sero/pcle/£ain. model.3 .已知系統(tǒng)狀態(tài)空間模型為：010xx u121y 1 3x u求其零極點模型。» Eys=ss(0 1;1 -2, CO:1!, Cl 31); lizispk (sys)lizy =3仁向M. 414) (s-Q. 4142)Continuous'tinie 3ero/poLe/gaiTi nodel44 .系統(tǒng)的零極點增益

10、模型如下:6( s 3)(s 1)(s 2)(s 5)求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型和狀態(tài)空間模型» sys=zpk(-3, -1 -2 -5, 6); cdh.s=tf (sys) ztix=ss(sys)cdhs =6 s + 18s3+8s2+17s+10Continuous-111e transfer function.x2xl1.414ulxlyi2. L211.5ulyiContinuous-tuestate-space model.四、實驗結(jié)果與分析1、寫出控制系統(tǒng)的幾種傳遞函數(shù)模型，它們之間是如何互相轉(zhuǎn)換的？G (s) =C(s)/R(s)二(bi Sm+b2Sm-1+ - +

11、bm)/(a iSn+aSn-1 +-+an)=num(s)/den(s)在MATLAEBK用函數(shù)命令tf()來建立控制系統(tǒng)的傳函模型，或者將零極點增 益模型、狀態(tài)空間模型轉(zhuǎn)換為傳函模型。tf()函數(shù)命令的調(diào)用格式為：(圓括號中的逗號不能用空格來代替)sys = tf(num,den)G=tf (num,den )其中，函數(shù)的返回變量 sys或G為連續(xù)系統(tǒng)的傳函模型；函數(shù)輸入?yún)⒘縩um和den分別為系統(tǒng)的分子分母多項式的系數(shù)向量。conv()函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的MATLA的數(shù)，用來求取2個向量的卷積，多項式乘法也可用 此函數(shù)來計算。conv()函數(shù)允許任意地多層嵌套，從而表示復(fù)雜的計算。2、說說你在使

12、用MTAL啾件進行控制系統(tǒng)建模與仿真過程中所遇到的問題和解決的方法。(不少于50字)在本次實驗中，我加深了對此軟件的認(rèn)識， 了解其在自動控制中的重要作用。 通過從此 次實驗的鍛煉，提高了自己的動手能力和自我學(xué)習(xí)能力。 不懂時會查書籍和問題討論。 努力 鍛煉我對于這個軟件的運用能力跟理解能力。實驗項目名稱：復(fù)雜系統(tǒng)的仿真實驗學(xué)時: 8同組學(xué)生姓名： 實驗地點：C304實驗日期： 2018.5 實驗成績： 批改教師：批改時間：一、實驗?zāi)康暮鸵? .能夠結(jié)合根據(jù)本專業(yè)問題建立一個復(fù)雜系統(tǒng)的模型；2 .能夠使用SIMULINKT具進行復(fù)雜系統(tǒng)模型的建立及仿真。二、實驗儀器和設(shè)備1、PC機1臺并安裝M

13、ATLAB7.以上版本。三、實驗過程1、同步發(fā)電機的原理及短路分析的建模與仿真;2、單相半波可控整流電路的建模與仿真；3、單相橋式全控整流電路建模與仿真；4、三相半波可控整流電路建模與仿真；5、三相半波有源逆變電路建模與仿真；6、三相橋式半控整流電路建模與仿真。單相半波可控整流電路的建模與仿真 電路圖如下：PulseSvi m RLC BranchsVultBge r.l53Sdi5mentThyristor1、對模型參數(shù)做適當(dāng)設(shè)置如下：1）對 series RLC branch 模型，設(shè) R=1Q , L=0H, C=inf （電阻負(fù)載）2）對 detailed thyristor 模型，設(shè)

14、 Ron=0.001Q, Lon=0H,Vf=0.8V,Ic=0A,I1（ 擎 住電流）=0A,Tq（關(guān)斷時間）=0s, Rs=10Q ,Ls=250e-9.（注：Il和Tq設(shè)為零，是 為了提高工作速度）3）對AC voltage source 模型，幅值=100V,初相位=0度，頻率=50Hz=4）對pulse generator 模型，幅值二10V,周期=0.02s ,脈寬占整個周期=20% 相位延遲二（1/50） * （60/360） s=1/300s （即觸發(fā)角=60 度）5）對detailed thyristor 模型，具有個m輸出端，該端口可以用來測量晶閘管 上的電壓和電流。2、 設(shè)置仿真參數(shù)：在 simulatiom 菜單下用 configuration parameters 命令打 開仿真參數(shù)對話框.在對話框中設(shè)置開始時間0s和終止時間0.08s,選才lode23tb 算法，其他參數(shù)保持默認(rèn)值.3、將負(fù)載參數(shù)改為R=0 Q, L=0.001H, C=inf（電感負(fù)載），得波形如下：4、將負(fù)載參數(shù)改為R=8Q , L=0.07H, C=inf （阻感負(fù)載），并接有續(xù)流二極管（續(xù) 流管參數(shù)同品閘管參數(shù)），增加一個電流測量裝置用于測量負(fù)載電流，模型和