MATLAB语言与控制系统仿真-参考答案-第8章

8.6控制系统的Simulink仿真实训8.6.1实训目的:1.学会运用Simulink进行系统仿真；2.了解子系统的创建方法及简单应用；3.运用Simulink实现混沌控制系统的仿真；4.运用Simulink实现伺服跟踪系统等系统的仿真；8.6.2实训内容：1.按照图8-39所示建立系统的结构图文件。图8-39（1）K=50,纪录图示三处的波形，分析系统的稳态性并给出稳态误差。仿真文件：sx8620101.mdl系统稳定，稳态误差为0；（2）K=200,纪录图示三处的波形，根据曲线分析系统的稳定性。仿真文件：sx8620102.mdl由输出曲线可以看出闭环系统不稳定；（3）编写程序求取K=200时的闭环传递函数，求出系统的闭环极点（特征根），说明系统的稳定性，分析与（2）得出的结论是否一致。%实训8620103.mn1=3;d1=[1,2];[n2,d2]=cloop(n1,d1);sysa=tf(n2,d2);sysb=tf([200],[1,0])*tf([1],[1,5]);sysc=sysa*sysb/(1+sysa*sysb);[nc,dc]=tfdata(sysc,'v');roots(dc)>>ans=0-12.05491.0275+6.9797i1.0275-6.9797i-5.0000+0.0000i-5.0000-0.0000i有两个特征根在右半平面，闭环系统不稳定；与（2）得出的稳定性结论一致。2.子系统创建实验（1）建立如下系统。（2）选定范围,创建子系统并定义变量a。图8-40(3)利用创建的子系统,分别记录时所示系统的输出波形。a=2a=4a=6a=8a=103.已知四维混沌系统的运动方程如下，试用Simulink进行仿真。（1）四个积分器的初始值自定，建议在（0.01，3.0）范围内随机给出。（2）给出记录以下命令的相关图形。1plot(x1,x2);②plot(x1,x3);③plot(x1,x4);④plot(x2,x3);⑤plot(x2,x4);⑥plot(x3,x4);⑦plot3(x1,x2,x3);⑧plot3(x1,x2,x4);⑨plot3(x2,x3,x4);解：仿真文件sx86203.mdl如下图所示；仿真参数中仿真时间设为0-100s;4个积分器的初始值本仿真设置的数值依次为0.1，0.2，0.3，0.4；仿真文件建立完成后设置好相关参数，运行；然后在命令窗口运行以下命令>>subplot(3,3,1),plot(x1,x2);subplot(3,3,2),plot(x1,x3);subplot(3,3,3),plot(x1,x4);subplot(3,3,4),plot(x2,x3);subplot(3,3,5),plot(x2,x4);subplot(3,3,6),plot(x3,x4);subplot(3,3,7),plot3(x1,x2,x3);subplot(3,3,8),plot3(x1,x2,x4);subplot(3,3,9),plot3(x2,x3,x4);4.已知某单位负反馈系统的开环传递函数为,求取系统的单位阶跃响应,分析系统的稳定性。加入PID控制器，进行仿真实验，选取合适的PID参数。分析控制效果。（1）利用Simulink仿真绘制系统的单位阶跃响应曲线（0-50秒），依据曲线判断系统的稳定性。（2）在偏差信号后串联PID控制器，设置PID控制器的比例系数、积分系数、微分系数，分别绘制系统的单位阶跃响应曲线并进行简要分析。解：（1）建立sx8620401.mdl如下仿真结果如下：（2）建立sx8620402.mdl如下对PID模块进行封装后得到运行结果：结论：选取适当的PID参数可以使系统稳定性变好；PID参数的选取对于系统的稳定性产生重要的影响。5.PID控制器参数对伺服跟踪控制系统控制性能的影响电机转速伺服跟踪控制系统如图8-41所示，用Simulink对给出的伺服跟踪控制系统进行建模。其中：，，，,,,,,,,,,,（1）绘制系统的单位阶跃响应曲线。（2）观察记录图8-41中6个求和器（比较点）输出端的波形，输入信号取单位阶跃信号。解：按照上图建立仿真文件，输入端加上单位阶跃信号；用示波器scope观察波形即可；大部分现代列车和调度机车都采用电力牵引电机，已知某电力牵引电机控制系统（单位负反馈系统）的开环传递函数为（1）利用Simulink求取系统的单位阶跃响应曲线。（2）绘制开环系统的伯德图，要求在图上显示幅值裕度和相角裕度。n=2700;d=[1,1.25,0];margin(n,d)（3）在命令窗口编程绘制系统的单位脉冲响应，时间范围；>>n=2700;>>d=[1,1.25,0];>>[nc,dc]=cloop(n,d);>>sys=tf(nc,dc)Transferfunction:2700--------------------------s^2+1.25s+2700>>impulse(sys)>>impulse(sys,0:0.01:5)7.哈勃太空望远镜指向控制仿真。哈勃太空望远镜于1990年4月14日发射至离地球611km的太空轨道，它的发射与应用将空间技术发展推向了一个新的高度。望远镜的2.4m镜头拥有所有镜头中最光滑的表面，其指向系统能在644km以外将视野聚集在一枚硬币上，望远镜的偏差在1993年12月的一次太空任务中得到了大范围的校正。哈勃太空望远镜简化后的结构图如图8-42所示。试通过Simulink仿真绘制系统在，时：，（1）系统在单位阶跃输入下的响应曲线，。（2）系统对单位阶跃扰动的响应曲线，，。（3）系统对单位阶跃输入和单位阶跃扰动的响应曲线，，。8.火星漫游车转向控制1997年7月4日，以太阳能作为动力的“逗留者号”漫游车在火星上着陆。漫游车全重10.4kg，可由地球上发出的路径控制信号实施遥控，漫游车的两组车轮以不同的速度运行，以便实现整个装置的转向。为了进一步探测火星上是否有水，2004年美国国家宇航局又发射了“勇气号”火星探测器。“逗留者号”漫游车的转向控制结构图如图8-43所示。待选参数范围为：15～100；0.42～2.8。(1)设60，0.4，通过Simulink仿真绘制系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应曲线以及系统的误差曲线。(2)设(3)设,绘制系统的根轨迹图，分析使系统稳定的的取值范围。70，0.6，绘制开环系统的伯德图，要求在图上显示相角裕度和幅值裕度。解：(1).建立SIMULINK仿真文件sx8620801.mdl(2)设,绘制系统的根轨迹图，分析使系统稳定的的取值范围。根轨迹方程为：z=[-0.5];p=[0;-1;-2;-5];k=1;sys=zpk(z,p,k)