線性系統(tǒng)的多種建模和仿真方法

1、實(shí)驗(yàn)三題目：線性系統(tǒng)的多種建模和仿真方法實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^ MATLAB和SIMULINK中的多種建模和仿真方法構(gòu)建線性系統(tǒng)，了解系統(tǒng)建模的靈活性，鍛煉創(chuàng)造性建模的思維和能力。實(shí)驗(yàn)要求：對一個(gè)電路線性系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析并建模，用 MATLAB編程，傳遞函數(shù)的建模，信號流圖的建模，狀態(tài)方程的建模以及S函數(shù)的建模等等多種建模和仿真方法來仿真系統(tǒng)，對各種建模和仿真結(jié)果進(jìn)行對比。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：(1)線性代數(shù)方程組的 SIMULINK求解任務(wù)：求解方程組：vi10一)v - vv -15 v v_20( 2 - - -J2254v2v 2C(-一 v22v9 - 4 v. - v9 - 102 - J2)104首

2、先根據(jù)方程畫出信號流程：學(xué)習(xí)利用反饋支路建立等式的方法。方框圖其實(shí)就是方程的另外一種表示。當(dāng)然，可以將方程化簡以后再建立信號流程。這里故意演示復(fù)雜方程的建模流程。由于方程是代數(shù)方程，所以建模模型中含有代數(shù)環(huán)，simulink仿真時(shí)會(huì)出現(xiàn)告警。但不影響結(jié)果的正確性。IC模塊用來設(shè)置初解，可不用。建模例如：口叵區(qū)untit led.1 *運(yùn)行求解得出:V1= 10 VV2= 6 V(2)線性微分方程組的求解任務(wù)：求解微分方程組:dR 11 L(t) iL(t) - - uc(t )-f(t)dt L L L L c LT uc(t)Q)C由此畫出求解信號流圖:-1/L ，一1almt TOC o

3、1-5 h z HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 1/L1/s1/Cs1,X HYPERLINK l bookmark30 o Current Document f ，*X1X2-R/L請對該信號流圖建立 SIMULINK模型，并進(jìn)行封裝，使得能夠通過對話框輸入R,L,C參數(shù)。要求仿真得出R=1歐,L=1亨利,C=0.01法拉時(shí)電容電壓 Uc的階躍響應(yīng)波形?！?Mask editor :SubsysteIcon Parameters Initialization Documentation國岡士國Dialog parametersOptions

4、 for selected parameterType of control in dialogPopups (one per line): In dialog: 0 Show parameter 3 Enable parameterDialog callback:UnmaskOK Cancel HelpApply口區(qū)3 Block Parameters: Subsystem（3）求出（2）所給出的方程所決定的輸出為電容電壓Uc的傳遞函數(shù)，通過 simulink中的傳遞函數(shù)模塊，求 R=1歐,L=1亨利，C=0.01法拉時(shí)電容電壓 Uc的階躍響應(yīng)波形。并與（2）中的結(jié)果作對比。A,B,C,D

5、,通過simulink中的狀態(tài)方程模塊，求（4）求出（2）所給出的方程的狀態(tài)矩陣R=1歐,L=1亨利,C=0.01法拉時(shí)電容電壓Uc的階躍響應(yīng)波形。并與2）中的結(jié)果作對比。11A=一11L ,C0J得到 A=,-1 -1 L B = I1 Lc = 0 1, D=0100 0 _：0J LH Block Parameters: State-SpaceState SpaceStat-*sace zcdel:dx/dt = Ax - 5u y = Cx DuQKCancelHelpApplyWarning: Using a default value of 0. 2 for maximum ste

6、p size. The simulation step size will R=l;L=l;C=0.01;Warning: Using a default value of 0. 2 for maximum step size. The simulation step size will I File Edi t Vi ew Simulation Form at Tools HelpL23B昌型口！21 ID MZ三11軍因國多 日awWi： 士至。加45(5)用simulink 中的S函數(shù)模板編寫對應(yīng)于(4)狀態(tài)矩陣 A,B,C,D的S函數(shù)，并通過 S 函數(shù)模塊求R=1歐,L=1亨利,C=0

7、.01法拉時(shí)電容電壓 Uc的階躍響應(yīng)波形。 并與(4)中的結(jié) 果作對比。S函數(shù)代碼如下：function sys,x0,str,ts = statefun(t,x,u,flag,R,L,C) A = -R/L,-1/L;1/C,0;B = 1/L;0;C = 0,1;D = 0;switch flag,case 0,sys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes;case 1,sys=mdlDerivatives(t,x,u,A,B,C,D);case 3,sys=mdlOutputs(t,x,u,A,B,C,D);case 2,4,9sys=;otherwiseerror(

8、 Simulink:blocks:unhandledFlag, num2str(flag);endfunction sys,x0,str,ts,simStateCompliance=mdlInitializeSizes sizes = simsizes;sizes.NumContStates = 2;sizes.NumDiscStates = 0;sizes.NumOutputs = 1;sizes.NumInputs = 1;sizes.DirFeedthrough = 0;sizes.NumSampleTimes = 1;% at least one sample time is need

9、edsys = simsizes(sizes);% initialize the initial conditionsx0 = 0;0;% str is always an empty matrixstr =;% initialize the array of sample timests = 0 0;functionsys=mdlDerivatives(t,x,u,A,B,C,D)sys = A*x+B*u;functionsys=mdlOutputs(t,x,u,A,B,C,D) sys = C*x;（6）對（5）中的模型進(jìn)行封裝，使得同（2）中得出的模型有相同的封裝，對用戶提供相同的接口

10、。Time oflset: 0ode45 TOC o 1-5 h z untit led4 *口 Xfile Edi t ewon Format 工 qa5 jfelpD 以 IH 昌 |X 池 ig| g u| |io.o| 威mg.ApSijfcijfittnrScccH Dlock ParaBeters: Subfrst ew?XSutiy&k一 ?EJTEZitEr5C.IOKCancelH*lpApply. （60分）對實(shí)驗(yàn)步驟（1）-（6）的建模、實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置、實(shí)驗(yàn)中碰到的問題和解決方 法以及波形結(jié)果對比等作詳細(xì)描述。.完成思考題。（30分）.實(shí)驗(yàn)報(bào)告請?jiān)趯?shí)驗(yàn)完成后一周內(nèi)提交。（10分）思考題：（20分）比較實(shí)驗(yàn)步驟（1）（6）的建模方法，用你自己的建模感受說明這些建模方法各自的特點(diǎn)。答：子系統(tǒng)封裝的特點(diǎn)是安全、穩(wěn)定，不易受外界因素影響；未封裝的建模方式的特點(diǎn)是簡單、直接、清晰、明了。（10分）敘述SIMULINK仿真調(diào)用S函數(shù)的過程。答：調(diào)用S函數(shù)的過程需經(jīng)歷三個(gè)階段：初始化階段、