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MATLAB7.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

2、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 -4 Z_3 2 Z -例1设系统

3、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 = 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。s 5G -3s4 2s3 3s 4>> s=tf (?) ；C= (s+6) / (s 4+2*s 3+3*5-1-4)C-

4、=s + 5s十2 /3十3苫十4Continuous-time transfer function.危G5(s 2.4)G /八2/ 2八-2八 (s1M 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。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。3s4)(

5、s1)提示：借助conv()函数获得分子和分母多项式系数» s=tf C . ) :G= (5* (s+2,4)/ (-2* (s"2+3*s<-4)* (s-2+-1)C =5 s + 123飞 4- 5 s*5 + 12 -4 + 16 s-3 '+ 15 s2 + IL s + 4Cdntinuous-time transfer fuiLction.» z=-l, 539 ：-2. 7305+2-8538i：-2. 7305-2. S538L:P=L-l;-2;-3;-4：:zpk(Z,P) 1)G M(sM. 539) (5"2 +

6、 0,461s + 15.6)(s+l) (s+2) (s+3) (st)Continuous-tine zflro/pole/gain nodel.(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)32s 5s 3s 2- ,G 4 Z32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

7、。» nufc=C J. 5, 3. 21 : den= Z, 4, 3. 11 : CZ. P, Kl = tf 2ac (ntiin, deniZnnB. denl = sp2ff (7, Pu K)- 4. 4241 小必 OOOOi- 0.2SeO + 0.6076i -0.2GS0 - 0.60761F - 0.5000 + 1.53681- 0.5OOO - 1.63SSi-a.5oao + a.36331 -Q 5000 - Q.num -fl i. ooao s_ oooo 3. ooaa 2_ ooso1. 00002. 00004. 00003. 00001- 0

8、000%、I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） 2s 1A） s 2s 2 （传递函数形式）/LapG(s)B)(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=2Q» format corapactkl=10,k2=20；sl=tf (0. 2»lcl, 0, I, L 11):s2=tf CO. 8, CO-2, 0)：s3=spk(LI p 0: 1);sbl=f eedback (si, sZ):s=feed

9、baci series(sbl* §3)/k£)20 ee (s+7, 404) <S"2 - 7.404s + 64.83)Continiious-1ime sero/pcle/£ain. model.3 .已知系统状态空间模型为：010xx u121y 1 3x u求其零极点模型。» Eys=ss(0 1;1 -2, CO:1!, Cl 31); lizispk (sys)lizy =3仁向M. 414) (s-Q. 4142)Continuous'tinie 3ero/poLe/gaiTi nodel44 .系统的零极点增益

10、模型如下:6( s 3)(s 1)(s 2)(s 5)求系统的传递函数模型和状态空间模型» sys=zpk(-3, -1 -2 -5, 6); cdh.s=tf (sys) ztix=ss(sys)cdhs =6 s + 18s3+8s2+17s+10Continuous-111e transfer function.x2xl1.414ulxlyi2. L211.5ulyiContinuous-tuestate-space model.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)二(bi Sm+b2Sm-1+ - +

11、bm)/(a iSn+aSn-1 +-+an)=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MATLA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

12、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： 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M

13、ATLAB7.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：PulseSvi m RLC BranchsVultBge r.l53Sdi5mentThyristor1、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

14、 Ron=0.001Q, Lon=0H,Vf=0.8V,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=0.02s ,脉宽占整个周期=20% 相位延迟二（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0.08s,选才lode23tb 算法，其他参数保持默认值.3、将负载参数改为R=0 Q, L=0.001H, C=inf（电感负载），得波形如下：4、将负载参数改为R=8Q , L=0.07H, 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