基于SIMULINK的自动控制系统仿真分析

2 0 0 5 年 4月 第 2 5卷第 2期 天 水师 范学 院学 报 J o u r n a l o f T i a n s h u i No r ma l Un i v e r s i t y Ap r 2 0 0 5 Vo 1 2 5 No 2 基于 S I MU L I N K的自动控制系统仿真分析 雷正 红 河西学院 物理系 甘肃 张掖 7 3 4 0 0 0 摘要 利用 S I 卜 1 U L I N K提供的功能 建立控制系统框 图 设置 修 改仿真参数 可对系统的稳定性 穗态误差 等进行仿真分析 并在电子示波器上显示仿真曲线 关键词 S I H U L I N K 自动控制系统 仿真分析 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 1 S I MU L l N K仿真软件介绍 在工程实际中 控制系统 的结构往往很复杂 如果不借助专用 的系统建模软件 很难准确地把 控制系统 的复杂模型输入给计算机 然后对其进 一 步分析和仿真 S I MU L I N K是 M A T L A B软件下 的一个 附加组 件 是用来提供一个系统级的建模 与动态仿真 的 工具平 台 在其下提供 了丰富的仿真模块 一般 来说 可 以很容易地利用 鼠标在模 型窗 口中建立 所需要 的控制系统模型 然后利用其提供 的功能 对系统进行仿真与分析 使得一个复杂系统 的输 入输出以及控制变得相 当的简单和直观 并且采 用 S I MU L I N K建立的结构 图模型和 自控原理 中的 传递函数框图非常相似 采用类似于电子示波器 的模块显示仿真 曲线 对于学习 自控原理 时 做系统仿真和分析特别适合 S I M U L I N K仿真与分析控 制系统的主要 步骤 为 建立控制系统方块图模型并确定仿真输入和 输出 设置仿真参数 进行动态仿真并观看输 出 结果 针对输出结果进行分析和比较 下面通过具体实例利用 S I M U L I N K对 自控 系 统进行仿真分析 2用 S I MU L l N K对自控系统进行仿真分析 2 1 系统的稳定性分析 在进入 Ma t l a b后 在命令行输入 S i m u l i n k命 令即可打开相应的系统模型库 该模型库包括 以 收稿 日期 2 0 0 4 0 9 1 0 作者简介 冒正 r 0 9 7 1 男 甘肃临泽人 河西学院物理系讲师 6 8 文 章编 号 1 3 7 1 1 3 5 1 2 0 0 5 0 2 0 0 6 8 0 2 下 几 个 子 模 型 库 S o u r c e s L i n e a r N o n l i n e a r Ma th S i g n a l s S y s t e m s 等模型库 I 1 添加模块 点击 F i l e N e w菜单项 打开空 白编 辑窗 口 准备绘制系统 的方框 图 下面将仿真所 需模块添加到编辑窗 口 阶跃输入模型 s t e p位于 S i m u l i n k模块 库下 的 Sou r c e s 子模 块库 中 的 s t e p 将之用鼠标拖动到编辑窗 口中释放 鼠标左键 在 编辑 窗 口出现 阶跃输 入 图标 加法器 模块位 于 S i m u l i n k M柚 S u m 极 零 点 函 数 模 块 位 于 S i m u l i n k C o n fi n u o u s Z e r o P o l e 示波器模块位于 S i m u l i n k S i n k s S c o p e 混 测器 位 于 S i m u l i n k S i gna l s S y s t e m s M u 饱 和 特 性 模 块 位 于 S i mu l i n k No nli n e a r S a t u r a t i o n 2 连接模块 把 鼠标光标移到起点模块的输 出 端 按 鼠标 左键 看到光标 变 为 字 拖动 字光标到终点模块的输入端再释放鼠标 则 自动将两个模块连接起来如图 1 所示 圈 1 系统 的穗 定性 分析 3 修改模块参数 各个模块的参数是可以随意 改动 的 用 鼠标左键 双击待修改 内部参数模块 的 图标如 Z e r o P o l e 则打开该模块 的参数设置对话 框 将 G a i n s 设为 3 P o l e s 0 1 2 Zer o s 因为 没零点 所 以为空 双击加法器图标 在 Lis t o f 维普资讯 s i g n 的文本框输入 一 此时加法器的两个输人 信号为一正一负 在 I c o n s h a p e中选择 v e e t a n g u l a r 使其为方形 选 r o u n d为圆形 4 设置仿真参数 选择 S i m u l i n k P a r a m e t e r s 选 项设置仿真控 制参 数 在 S t a r t ti m e 起 始时 间 框输人 0 O s S t o p t i m e 停止时间 为 2 0 0 s R e fi n e f a c to r 细化因子 取 5 5 系统仿真 选择 S i m u l i n k S ta r t 来启动仿 真 过程 打开示波器可 以在 电子示波器上显示仿真 曲线 如图 2所示 改变前 向通路线性环节的放 大系数 k 黄曲线为带有饱和非线性的实际系统仿 真曲线 红 曲线为线性系统仿真曲线 经仿真分 析知 k 6时系统不稳定 圈 2 系统 的穗定 性分 析仿翼 曲线 2 2 稳态误差仿真分析 根据前过程方法建立 如图 3所示单位负反馈 系统方框图 在设置仿真参数 S t o p 终止时间 时为 l O s r t 1 t f t 一 1 t 由示波器可 以看出 c t e t 仿真曲线如图 4所示 如果要求 t 8 s 时的稳态误 差 e s s 只需点击示波器内响应曲线数次即可精确 求出 e s s 8 一 0 1 0 7 圆 3结束语 以上仅是 S I M U L I N K在 自动控制系统仿 真分析 中的个别简单应用 应用 S I M U L I N K可以建 立各种系统模 型 直观 易于使用 便于仿真分 析 为验证设计思想 进行高效成功的设计提供 便利条件 通过 S I MU L I N K更能使人系统地掌握控 制系统设计思想 的演化过程以及 电气工程学科专 业知识 从而提高分析和解决实际问题 的能力以 及科研能力 图 3 稳态误差仿真框图 图 4稳态误差仿真分析曲线 参 考文献 1 王华 M A T L A B在电信工程中的应用 M 北 京 中国水利 水电出版社 2 0 0 1 2 梅晓榕 自动控制原理 M 北京 科学出版社 2 0 0 3 责任编辑 艾小刚 T h o 衄 l m m Q S 曲咖 B 勰e d m I 皿 L EI Z h e n g h o n g f D印a 巾n 朗f o f P h y s i c s He x i U n i v e r s i t y Z l mn eG a n s u 7 3 4 0 0 0 面a J Ah I 嗽U s i n g t h e f u n c ti o n s o f S I MU L I N K the s i mu l a ti o n b l o c k d i a g r a m o f c o n t r o l s y s t e m i s s e t u p I t ma y a n a l y z e an d s t a b l e e r r o r of c o n t r o l s y s t e m a l S O s h o w s