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1、计算机仿真及应用 课程设计报告书学号： 班级： 姓名： 1目目 录录一、设计思想.2二、设计步骤.2三、调试过程.2四、结果分析.2五、心得体会.2六、参考文献.22选题一、选题一、考虑如下图所示的电机拖动控制系统模型，该系统有双输入，给定输入和负载输)(tR入。)(tM1、 编制 MATLAB 程序推导出该系统的传递函数矩阵。 2、 若常系数增益为：C1KaKm1，Kr3，C20.8，Kb1.5，时间常数 T15，T20.5，绘制该系统的根轨迹、求出闭环零极点，分析系统的稳定性。若和分别为单位阶跃输入，绘制出该系统的阶跃响应图。)(tR)(tMKaKr 111sTKm 112sTKbC2一一
2、一设计思想一设计思想 系统为双输入单输出系统（输入为 R（t）和 M（t） ） ，采用分开计算，再叠加。要求 参数均为可调，而 matlb 中不能计算未赋值的函数，把参数设置为可输入变量，运行期间 根据要求赋值。选择参数=input(inputanumber:)实现参数可调。使用 append 命令连接 系统框图。将结构框图每条支路稍作简化，建立各条支路连接关系构造函数，运行得出相 应的传递函数。在得出传递函数的基础上，使用相应的指令求出系统闭环零极点、画出其 根轨迹。通过判断极点是否在左半平面来编程判断其系统是否稳定。二设计步骤二设计步骤（1）将各模块的通路排序编号（2）使用 append
3、命令实现各模块未连接的系统矩阵（3）指定连接关系（4）使用 connect 命令构造整个系统的模型C1 s1R(t)M(t) 一3三调试过程三调试过程在实现参数可调时初始是将其设为常量，再将其赋值进行系统运行，这样参数可调性 差，后用 参数=input(inputanumber:)实现四结果分析四结果分析Syms C1 C2 Ka Kr Km Kb T1 T2 %定义多个变量 C1 C2 Ka Kr Km Kb T1 T2 C1=input(输入 C1:) %提示输入变量 C1 C2 Ka Kr Km Kb T1 T2 C2=input(输入 C2:) Ka=input(输入 Ka:) Kr=
4、input(输入 Kr:) Km=input(输入 Km:) Kb=input(输入 Kb:) T1=input(输入 T1:) T2=input(输入 T2:) G1=tf(C1,0 1); %建立传递函数 G1G8 用 tf 命令建立 G2=tf(Ka*Kr,0 1); G3=tf(Km,T1 1); G4=tf(1,T2 1); G5=tf(1,1 0); G6=tf(-C2,1); G7=tf(-Kb,1); G8=tf(-1,1); Sys=append(G1,G2,G3,G4,G5,G6,G7,G8) %建立无连接的数学模型使用 append 命令 Q=1 0 0;2 1 6;3
5、2 7;4 3 8;5 4 0;6 5 0;7 4 0;8 0 0; %使用 Q 命令建立各个通路的 关系 INPUTS1=1; %第一输入信号 OUTPUTS=5; %第一输出信号 Ga=connect(Sys,Q,INPUTS1,OUTPUTS) %第一构造系统模型 INPUTS2=8; %第二输入信号 OUTPUTS=5; %第二输出信号 Gb=connect(Sys,Q,INPUTS2,OUTPUTS) %第二构造系统模型 figure; rlocus(Ga) %绘制 Ga 根轨迹 figure; rlocus(Gb) %绘制 Gb 根轨迹 figure; step(Ga,Gb) %绘
6、制系统阶跃响应曲线 Z1=tzero(Ga) Z2=tzero(Gb) p=pole(Ga)4p=pole(Gb) if real(p)0 %判断系统是否稳定yes elseno end仿真框图仿真框图：Ga 根轨迹根轨迹Ga 传递函数：传递函数：Transfer function:1.2 - s3 + 2.2 s2 + s + 0.965Gb 根轨迹：根轨迹：Gb 传递函数：传递函数： Transfer function:-2 s - 0.4 - s3 + 2.2 s2 + s + 0.966阶跃响应曲线：阶跃响应曲线：3仿真结果分析仿真结果分析p =-1.9396 -0.1302 + 0.
7、6914i-0.1302 - 0.6914i7p =-1.9396 -0.1302 + 0.6914i-0.1302 - 0.6914i ans =yes 由此可知系统是稳定的由此可知系统是稳定的 Ga 指标：指标： 调节时间：调节时间：ts=28.9 超调量：超调量： =51.4% 上升时间：上升时间：tp=1.87 Gb 指标：指标： 调节时间：调节时间：ts=31.4 超调量：超调量： =8选题二、选题二、考虑下列非线性系统，其数学描述为非线性微分方程组：)()(/)()(/)()(/tzctxbdtdztaytxdtdytztydtdx其中 a=b=0.2，c=5.7，0)0()0()
8、0(zyx利用 Simulink 仿真工具建模，并绘制出各个状态变量的时间响应曲线。一一 设计思想设计思想对分方程组在零初始条件下进行拉氏变换，并作出各元件的方框图。 按照系统中各变量的传递顺序，依次将各元件的子结构图连接起来。二二 设计步骤设计步骤根据动态结构图用 simulink 中的元件画出系统的仿真框图。三三 调试过程调试过程详细调试过程：详细调试过程： 建立好模型后，点三角形运行键运行， 在 commend window 中输入 plot(tout,yout)，运行，得到仿真的输出波形。四四 结果分析结果分析仿真框图；仿真框图；9输出波形：输出波形：10选题三、选题三、对于时变受控对
9、象模型，考虑一个 PI 控)()()62sin()()(52 . 0tutytetyetytt制系统模型，如下图所示，其中控制器参数为：比例常数 Kp200，积分常数 Ki10，饱和非线性环节的宽度，2 1、建模并绘制该闭环系统的阶跃响应曲线。 2、将 PI 控制器封装为一个 PID 控制器模块，参数 Kp 和 Ki 可调节。sKiKp 受控对象 模 型饱和非线性 环节 Sarurationy(t)r(t)一一 设计思想设计思想将时变受控对象模型转化，使其输入为 u(t),输出为 y(t)并将其封装以方便实现 系统整体的建立，系统的第一部分用函数任意命名的方式实现。二二 设计步骤设计步骤（1）
10、用 simulink 把转化后受控对象的关系式画成框图表达的形式，并将其封装。 （2）饱和非线性环节用 Saturation,并分别赋值为（-1,1）以实现它的宽度为 2. （3）系统的第一部分用函数任意命名的方式实现。其中，将 Ki 乘以一个积分环节， 后用加法器实现它与 Kp 的和，这样，Kp,Ki 可调，最后将其封装。 （4）将系统的三部分封装，与输入，输出相连，将输入接入阶跃信号，输出接示波 器便可观察运行后的结果。三三 调试过程调试过程出现问题及解决方法：出现问题及解决方法： 在调试过程中出现封装中子块的错误。例如，关于 e 的关系式中变量要换为 u，因为函数子块 f(u)中指定了变
11、量为 u,而不是 t。 其次是关系式输入中数与变量之间不能缺少称号* ，例如：写成 2u 是错误 的，应改为 2* u。 以上问题均已解决，未解决的问题是无法保存 simulink 建模的*.dml 文件。11四四 结果分析结果分析仿真框图：仿真框图： PID 封装模块：PID 内部：内部：Kp,Ki,积分器组成的子系统 Subsystem 模块：PI 受控对象模型：受控对象模型：12（调用（调用 clock 模块来给系统作时钟输入）模块来给系统作时钟输入） Fcn1:13Fcn:设定设定 Kp,Ki 的值，的值，Kp=200, Ki=10把总系统的输入接入阶跃信号，输出换为示波器：把总系统的输入接入阶跃信号，输出换为示波器：14点开示波器，点运行，出现整个系统的阶跃响应输出波形：点开示波器，点运行，出现整个系统的阶跃响应输出波形：
