计算机建模与仿真

精品文档 1欢迎下载 实验项目名称 控制系统模型的建立与仿真 实验学时 4 同组学生姓名 实验地点 实验日期 2018 4 实验成绩 批改教师 批改时间 一 实验目的和要求 1 熟悉 MATLAB 控制系统工具箱中线性控制系统传递函数模型的相关函数 2 熟悉SIMULINK 模块库 能够使用SIMULINK 进行控制系统模型的建立及仿真 二 实验仪器和设备 1 PC 机 1 台并安装 MATLAB7 0 以上版本 三 实验过程 1 1 熟悉线性控制系统传递函数模型的相关函数 熟悉线性控制系统传递函数模型的相关函数 1 tf 函数可用来输入系统的传递函数 该函数的调用格式为 G tf num den 其中num den 分别为系统传递函数的分子和分母多项式系数向量 返回的 G 为系统的传递函数形式 但如果分子或分母多项式给出的不是完全的展开的形式 而是若干个因式 的乘积 则事先需要将其变换为完全展开的形式 两个多项式的乘积在MATLAB 下借用卷积求取函数conv 得出 其调用格式为 p conv p1 p2 MATLAB还支持一种特殊的传递函数的输入格式 在这样的输入方式下 应 该先用s tf s 定义传递函数算子 然后用数学表达式直接输入系统的传递 函数 请自己通过下面两个例子来演示和掌握tf 和s tf s 算子这两种输 入方式 例1 设系统传递函数 1342 235 234 23 ssss sss G 输入方式一 num 1 5 3 2 den 1 2 4 3 1 分子多项 式和分母多项式 G tf num den 这样就获得系统的数学模型G 输入方式二 s tf s G s 3 5 s 2 3 s 2 s 4 2 s 3 4 s 2 3 s 1 任务一 将下列传递函数分别采用上面两种输入方式进行输入 并截图记 录 432 5 34 sss s G 精品文档 2欢迎下载 提示 借助conv 函数获得分子和分母多项 1 43 1 4 2 5 222 ssss s G 式系数 2 zpk 函数可得到控制系统的零极点形式的传递函数 该函数的调用格式为 G zpk Z P K 其中K为系统传函零极点形式的增益 Z P 分别为系统传递函数的零点和 极点列向量 返回的G 为传递函数形式 例2 设系统传递函数 1 2 3 4 8538 2 7305 2 8538 2 7305 2 539 1 ssss jsjss G 任务二 在MATLAB命令窗口中验证下面的命令 并截图记录 精品文档 3欢迎下载 3 已知传递数函的分子 分母多项式系数 可用tf2zp 函数求出传函的零 点向量 极点向量和增益 该函数的调用格式为 Z P K tf2zp num den 已知传递数函的零点 极点和增益 可用zp2tf 函数求出传函的分子 分母多项式系数 该函数的调用格式为 num den zp2tf Z P K 任务三 以为例 练习这两个函数的使用 并截图记 1342 235 234 23 ssss sss G 录 精品文档 4欢迎下载 任务四 在SIMULINK 环境下搭建阶跃响应时的模型 并用示波器观测输出 波形 将示波器横轴终值修改为50 记录仿真图及示波器波形并截图记录 A 传递函数形式 22 1 2 ss s sG 精品文档 5欢迎下载 B 零极点形式 6 5 1 2 sss s sG 精品文档 6欢迎下载 2 求图示系统的传递函数 其中 K1 10 K2 20 0 2 0 1s2 1 0 2s 0 8 K2 0 2 0 1s2 1 0 2s 0 8 K2 0 2 0 1s2 1 0 2s 0 8 K2 0 2 0 1s2 1 0 2s 0 8 0 2 0 1s2 1 0 2s 0 8 K2 精品文档 7欢迎下载 3 已知系统状态空间模型为 求其零极点模型 4 系统的零极点增益模型如下 求系统的传递函数模型和状态空间模型 uxy uxx 31 1 0 21 10 5 2 1 3 6 sss s sG 精品文档 8欢迎下载 精品文档 9欢迎下载 四 实验结果与分析 1 写出控制系统的几种传递函数模型 它们之间是如何互相转换的 G s C s R s b1Sm b2Sm 1 bm a1Sn a2Sn 1 an num s den s 在 MATLAB 中 用函数命令 tf 来建立控制系统的传函模型 或者将零极点增 益模型 状态空间模型转换为传函模型 tf 函数命令的调用格式为 圆括号中的逗号不能用空格来代替 sys tf num den G tf num den 其中 函数的返回变量 sys 或 G 为连续系统的传函模型 函数输入参量 num 和 den 分别为系统的分子分母多项式的系数向量 conv 函数为标准的 MATLAB 函数 用来求取 2 个向量的卷积 多项式乘法也可 用此函数来计算 conv 函数允许任意地多层嵌套 从而表示复杂的计算 2 说说你在使用 MTALB 软件进行控制系统建模与仿真过程中所遇到的问题和解 决的方法 不少于 50 字 在本次实验中 我加深了对此软件的认识 了解其在自动控制中的重要作用 通过从 此次实验的锻炼 提高了自己的动手能力和自我学习能力 不懂时会查书籍和问题讨论 努力锻炼我对于这个软件的运用能力跟理解能力 精品文档 10欢迎下载 实验项目名称 复杂系统的仿真 实验学时 8 同组学生姓名 实验地点 C304 实验日期 2018 5 实验成绩 批改教师 批改时间 一 实验目的和要求 1 能够结合根据本专业问题建立一个复杂系统的模型 2 能够使用SIMULINK工具进行复杂系统模型的建立及仿真 二 实验仪器和设备 1 PC 机 1 台并安装 MATLAB7 0 以上版本 三 实验过程 1 同步发电机的原理及短路分析的建模与仿真 2 单相半波可控整流电路的建模与仿真 3 单相桥式全控整流电路建模与仿真 4 三相半波可控整流电路建模与仿真 5 三相半波有源逆变电路建模与仿真 6 三相桥式半控整流电路建模与仿真 单相半波可控整流电路的建模与仿真 电路图如下 精品文档 11欢迎下载 1 对模型参数做适当设置如下 1 对 series RLC branch 模型 设 R 1 L 0H C inf 电阻负载 2 对 detailed thyristor 模型 设 Ron 0 001 Lon 0H Vf 0 8V Ic 0A I1 擎住电流 0A Tq 关断时间 0s Rs 10 Ls 250e 9 注 Il 和 Tq 设为零 是为了提高工作速度 3 对 AC voltage source 模型 幅值 100V 初相位 0 度 频率 50Hz 4 对 pulse generator 模型 幅值 10V 周期 0 02s 脉宽占整个周期 20 相位延迟 1 50 60 360 s 1 300s 即触发角 60 度 5 对 detailed thyristor 模型 其有个 m 输出端 该端口可以用来测量晶闸 管上的电压和电流 2 设置仿真参数 在 simulatiom 菜单下用 configuration parameters 命令打 开仿真参数对话框 在对话框中设置开始时间 0s 和终止时间 0 08s 选择 ode23tb 算法 其他参数保持默认值 3 将负载参数改为 R L 0 001H C inf 电感负载 得波形如下 精品文档 12欢迎下载 4 将负载参数改为 R 8 L 0 07H C inf 阻感负载 并接有续流二极管 续流管参数同晶闸管参数 增加一个电流测量装置用于测量负载电流 模型和 波形如下图所示 精品文档 13欢迎下载 四 实验结果与分析 1 写出你在遇见书本上没有的 Simulink 仿真模块 自己如何学习其使用的 首先是跟同学们交流 然后查阅资料 上网搜索相关内容 理解并运用 2 说说你在进行复杂系统建模与仿真过程中碰到的问题和解决的方法 不少 于 100 字 对于做复杂电路