计算机建模与仿真

1、批改教师：批改时间：一、实验目的和要求1 .熟悉MATLA胶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台并安装以上版本。三、实验过程1 .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

2、变换为完全展开的形式， 两个多项式的乘积在MATLAB借 用卷积求取函数conv()得出，其调用格式为：p=conv(p1,p2)MATLAB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。s3 5s2 3s 2G -432例1设系统传递函数s 2s 4s 3s 1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 =

3、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=( sA3 + 5* sA2 + 3* s + 2)/( sA4 + 2*sA3 + 4* sA2 + 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。G s 2s 3s 4G5(s 2.4)D ,八2 , 2一.、，2八. (s1)(s3s4)(s1)提示：借助conv()函数获得分子和分母多项式系数(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

4、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。小 (s 1.539)(s 2.7305 2.8538j)(s 2.7305 2.8538j)G 例2设系统传递函数(s 4)(s 3)(s 2)(s 1)任务二：在MATLAB令窗口中验证下面的命令，并截图记录。(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=

5、zp2tf ( Z, P,K)32s 5s 3s 2 G -432.、 任务三：以 s 2s 4s 3s 1为例，练习这两个函数的使用，并截图记 录。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。G(s) 2 s 1A) s 2s 2 (传递函数形式)G(s)B)s 2(s 1)(s 5)(s 6)(零极点形式)2 .求图示系统的传递函数，其中 K1=10, K2=2Q3 .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四、实验结果与分析1、

6、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)二(blSm+b2Sm 1 + , - , +bm)/(a lSn + &Sn1+a”)=num(s)/den(s)在MATLAEBK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MA

7、TLA的数，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MTAL啾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。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： 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

8、个复杂系统的模型；2 .能够使用SIMULINKT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：1、对模型参数做适当设置如下：1）对 series RLC branch 模型，设 R=1Q , L=0H, C=inf（电阻负载）2）对 detailed thyristor 模型，设

9、 Ron=Q , Lon=0H,Vf=,Ic=0A,I1（ 擎住电 流）=0A,Tq（关断时间）=0s , Rs=10Q ,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，幅值二10V,周期二，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，具有个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，选if¥ ode23tb算法, 其他参数保持默认值.3、将负载参数改为R=0 Q , L=, C=inf（电感负载），得波形如下：4、将负载参数改为R=8Q , L=, C=inf （阻感负载），并接有续流二极管（续流管 参数同品闸管参数）,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：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