控制系统计算机仿真实验报告

1、计算机仿真试验报告自动化 1201 * 3120502007实验目的(1)掌握采样控制系统数字仿真的特点。(2)了解数字控制器对系统动态性能的影响。(3)学会编制双重循环法的仿真程序。实验内容s(s0在单位速度信号输入rt) t 下，选择零阶保持器在T 1s时设计的“最少拍”控制器为0.543z 0.0999z1212(1). 按实验目的、要求和已知条件，建立系统的Simulink 模型，并且编制双重循环法的仿真程序。(2). 分别运行双重循环法的仿真程序和Simulink(3)若数字控制器改为“无纹波”控制器1212预习要求(1). 复习采样控制系统的仿真原理及特点。(2)根据理论分析，初步

2、估计系统在给定条件下可能出现的动态过程。(1).按实验目的、要求和已知条件，建立系统的Simulink模型，并且编制双重循环其中的其中数字控制器为：z z122122Simulink 模型如下图所示：2) 编制双重循环法的仿真程序根据数字控制系统的结构图与条件(1)式，我们可以得到得到被控对象的状态空间模型：x t) 0 0 x t) 10110 212按连续系统离散相似算法将（2）式离散化。为了保证精度，其离散化时的步长 h（虚拟采样周期）应比数字控制器的实际采样周期 T (=1s)小得多。为简化起见，取h=T/N=T/100=0.01T=0.01s。利用 MATLAB控制系统工具箱提供的将

3、连续系统转换成离散系统的函数c2d，把连续状态空间模型(2)变换为离散状态空间模型。离散程序如下（程序 1）：运行后的结果为：10G H (T)（3）（4）0.01 0.990.1(T)0.0005故连续系统被控对象（2）的等价离散化状态方程为：x (k1)10 x (k)0.10.0005u(k)110.01 0.99x (k1)2( )x k （5）2x (k) y(k) 0 11x (k)2根 据 上 述 条 件 ， 采 样 控 制 系 统 数 字 控 制 器 的 差 分 方 程 为u(k 0 uk 2 ( 1) . 7 1k ( 2ek0 . 5 4 3e ( (6)式中： ( ) (

4、 ) ( ) (7)e k r k y k根据例题 3.2中仿真框图分别递推求解 (5)式和 (6)式的 MATLAB仿真程序： % h=0.01, % N(内循环)% % M()%外循环中递推求数字控制器在实际采样时刻的输出( 循环中递推求受控对象状态响应( %(kT)时刻的行向量(与 yt)title(双重循环法仿真程序的运行结果(2). 分别运行双重循环法的仿真程序和 Simulink 1) 运行双重循环法的仿真程序结果如下所示：运行 Simulink模型结果如下图所示：进行对比发现，两种方法结果基本相同。双重循环法通用性较强，不仅可得到控制系统的输出值，还可得到被控对象内部状态变量的响应；也可用于被控对象中含有典型非线性环节的非线性系统的仿真。克服了差分方程递推求解法不能计算被控对象的内部状态变量的响应特性，对被控对象含有非线性环节的情况也不适用的局限性。(3) 若数字控制器改为“无纹波”控制器0.365z 0.825z12122)双重循环法：改变数字控制器后，连续系统离散化模型是不变的，只需将控制系统差分方程改写即可：u(k)0.407u(ku(ke(k)(k0.825(k（7）重新编写双重循环仿真程序如下(程序 3)： % h=0.01, % N(内循环) % M()%外循环中递推求数字控制器在实