计算机建模与仿真

1、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. 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

2、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 输入方式一：num = 1, 5, 3, 2; den = 1, 2, 4

3、, 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=( s3 + 5* s2 + 3* s + 2)/( s4 + 2*s3 + 4* s2 + 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。 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

4、。例2 设系统传递函数 任务二：在MATLAB命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= zp2tf ( Z, P,K)任务三：以为例，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

5、形并截图记录。A) （传递函数形式）B） （零极点形式）2. 求图示系统的传递函数，其中K1=10，K2=20。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。 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

6、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

7、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： 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；

8、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=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.

9、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: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: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