系统仿真-系统仿真PPT演示课件

1,机械工程学院2010级硕士研究生,系统仿真课程SystemSimulation,计时鸣2011年2月,2,第四讲基于MATLAB的系统仿真,3,4.1应用MATLAB函数进行系统仿真4.1.1线性连续系统仿真,1时域仿真（时域分析）,4,wn1=1;zita1=-0.5;num1=wn12;dem1=1,2*zita1*wn1,wn12;z1p1=tf2zp(num1,dem1);a1b1c1d1=tf2ss(num1,dem1)sys1=ss(a1,b1,c1,d1);wn2=10;zita2=0.8;num2=wn22;dem2=1,2*zita2*wn2,wn22;z2p2=tf2zp(num2,dem2);a2b2c2d2=tf2ss(num2,dem2)sys2=ss(a2,b2,c2,d2);a3,b3,c3,d3=series(a1,b1,c1,d1,a2,b2,c2,d2);sys3=ss(a3,b3,c3,d3)figure(1);pzmap(sys1,r,sys2,b)figure(2);step(sys1,sys2,sys3,20),不稳定系统的举例（单位阶跃响应）,5,wn1=5;zita1=0.5;num1=wn12;dem1=1,2*zita1*wn1,wn12;z1p1=tf2zp(num1,dem1);a1b1c1d1=tf2ss(num1,dem1)sys1=ss(a1,b1,c1,d1);wn2=10;zita2=0.5;num2=wn22;dem2=1,2*zita2*wn2,wn22;z2p2=tf2zp(num2,dem2);a2b2c2d2=tf2ss(num2,dem2)sys2=ss(a2,b2,c2,d2);a3,b3,c3,d3=series(a1,b1,c1,d1,a2,b2,c2,d2);sys3=ss(a3,b3,c3,d3)figure(1);pzmap(sys1,r,sys2,b)figure(2);impulse(sys1,sys2,sys3,20),不稳定系统的举例（单位脉冲响应）,6,num1=1;%前向通道传递函数den1=100;%修改这里改变系统型数num2=1;%反馈通道传递函数den2=1;Gnum,Gden=feedback(num1,den1,num2,den2);rnum=1;%输入信号为阶跃，若变为斜坡则乘1/srden=100;%修改这里可以变为斜坡和抛物线输入rGnum,rGden=series(rnum,rden,Gnum,Gden);figure(1)holdonstep(rnum,rden,100);%输入信号蓝色step(rGnum,rGden,100);%信号输入系统后的响应，绿色holdoff,系统的稳态误差分析,7,num1=10;%前向通道传递函数den1=1010;%修改这里改变系统型数num2=1;%反馈通道传递函数den2=1;Gnum,Gden=feedback(num1,den1,num2,den2);rnum=1%输入信号rden=10;%修改这里可以变为斜坡和抛物线输入rGnum,rGden=series(rnum,rden,Gnum,Gden);figure(1)holdonstep(rnum,rden,20)step(rGnum,rGden,20)holdoff,系统的稳态误差分析,8,num1=1;%前向通道传递函数den1=1010;%修改这里改变系统型数num2=1;%反馈通道传递函数den2=1;Gnum,Gden=feedback(num1,den1,num2,den2);rnum=1%输入信号rden=10;%修改这里可以变为斜坡和抛物线输入rGnum,rGden=series(rnum,rden,Gnum,Gden);figure(1)holdonstep(rnum,rden,20)step(rGnum,rGden,20)holdoff,系统的稳态误差分析,9,4.1应用MATLAB函数进行系统仿真4.1.1线性连续系统仿真,2根轨迹,10,开环传递函数中某参数从零变化到无穷大时，对应的闭环传递函数特征根的全体集合在S平面所描绘的曲线。,本书所述根轨迹指开环放大系数从零变化到无穷大时，对应的闭环传递函数特征根的全体集合在S平面所描绘的曲线。,1、什么是根轨迹,11,2、根轨迹的基本形态,12,开环零极点轨迹线的起始点轨迹线的终止点轨迹线的渐近线轨迹线的出射角轨迹线的入射角,13,2、根轨迹的基本形态,轨迹线的分离点轨迹线的汇合点,14,系统开环传递函数,系统特征方程,系统闭环传递函数,15,满足以下条件的s，即为系统的特征根：,幅值条件,相角条件,16,若,17,给定一个K值，可求出满足以下条件的闭环的特征根。,幅值条件,相角条件,将K值从0变化到,可求对应每一K值的闭环特征根，由点到线连成根轨迹。,18,例：已知开环传递函数,，求根轨迹。,num=1;den=0.510;rlocus(num,den),1、稳定性：,时，S不会进入右半平面,2、稳态误差：,就是速度误差系数,3、动态性能：实轴上过阻尼；重极点临界阻尼；复数极点欠阻尼。,19,4.2绘制根轨迹的基本规则,20,规则1:,根轨迹在S平面上的分支数等于系统特征方程的阶数。(特征根的个数，开环极点数）,num=1;den=0.511110;rlocus(num,den),规则2:,根轨迹是连续且对称于实轴的曲线。（实数根或共轭复数根）,21,规则3:,根轨迹起于开环极点，终于开环零点或S平面无穷远处。,开环传函,闭环特征方程,闭环特征方程的根：,是开环极点,是开环零点,要求,必有,要求,必有,22,规则3:,z=-3-4-8;p=-1-2-6;k=1;Gzp=zpk(z,p,k)G=tf(Gzp)H=1;GH=G*H;rlocus(GH,r);,23,规则4:,若开环零点数m小于开环极点数n，则伸向无穷远的渐进线有（n-m）条。渐进线在实轴交点为：,z=-3;p=-1-2-6;k=1;Gzp=zpk(z,p,k)G=tf(Gzp)H=1;GH=G*H;rlocus(GH,r);,渐进线与实轴夹角为：,24,规则5:,实轴上的根轨迹，只能是那些右侧开环实数极点、实数零点数总和为奇数的线段。,z=-3-4;p=-1-2-6;k=1;Gzp=zpk(z,p,k)G=tf(Gzp)H=1;GH=G*H;rlocus(GH,r);,25,规则6:,根轨迹实轴会合点满足：,z=-3-4;p=0-1-2;k=1;Gzp=zpk(z,p,k)G=tf(Gzp)H=1;GH=G*H;rlocus(GH,r);,定义：,根轨迹实轴分离点满足：,闭环特征根重根，导致分离点和汇合点,26,规则7:,解如下方程，可以求得根轨迹与虚轴的交点和的临界值：,z=;p=0-1-2;k=1;Gzp=zpk(z,p,k)G=tf(Gzp)H=1;GH=G*H;rlocus(GH,r);,这里Re=0,Im=0,表明是特征根；s=jw，表明是虚轴上的特征根。,27,规则8:,始于开环复数极点处的根轨迹的出射角为,止于开环复数零点处的根轨迹的入射角为：,出发点对零点角度之和-出发点对极点角度之和,终止点