MATLAB语言与控制系统仿真

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1、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。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。仿真文件：sx8620101.mdlFile Edit View Simula!ion Format Tools Help |用口冒|黑噩晶|圧|卜 |Ncrmal肉总曹| *曲令發FePl：j

2、3in1 nteJransfeFcrrlTransfer FcnS co p e sx8620101OfnirxrH Scope1匚1叵1区1| S Hl P JS)P A Q 白聞标221.5k1b0.5 k0File Edit View Simulation Format Tools 旦已1匚|D用口冒|黑齬念卜 |Ncrmal 31圉总曹|丹曲令 |用口冒|黑齬念卜 |Ncrmal W圉总曹|丹曲令發沉己P,：j日ii 1 nte9ra-t：r transfpFcnlTransfer FcnS co p eReady100%ode45(3)编写程序求取K=200时的闭环传递函数，求出系统

3、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

4、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。（3）利用创建的子系统，分别记录a2,4,6,8,10时所示系统的输出波形。a=2nIAEE 0IIIIIIIIIq1_iiiiiiiiI0246S101214161820Time offset: 000.52681012141618200Time offset: 0A IS00.568101214161820O_l0 2Time offset: 0A ISx = 35(x - x ) + x x x1212 3 4x = 10(x + x ) -xx x subplot(3,3,1),plot(x1,x2);sub

5、plot(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G（s）二，求取系统的单位阶跃响应,s 3 + 3s 2 + 2 s分析系统的稳定性。加入PID控制器，

6、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Cl SX8620402 *_ n XFil已 Edit View Simulat ion Format Tools HelpD用口侵|黑希唱|山圧|卜丽爲i31匿总齒| H囿令H Scope匚叵|区侵當13理理I

7、盹翁谒I白运行结果：Block FaruetereSubsystem (mask)结稳定性产生重要的影响。F:=Lf ：=iiTi e t er eKFaKIKD1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：T 二 T 二 T 二 0.001，K 二 27，A 二 56，c1c 2c3cK = 0.0275, R = 9, L = 0.004061,1AAJ 二 1.71x10-6,N 二 2500,F = 2

8、8.2,mLJ = 0.5, K 二 4440.0, K 二 0.049,LsVT 二 0.02862, K = 0.04GB（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；6. 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G(s)二2700s 2 +1.25 s1） 利用 Simulink 求取系统的单位阶跃响应曲线。d=1,1.25,0; margin(n,d)Bude D

9、iagramGm = Inf dB (at Inf rad/sec) , Frn = 1.38 日已g (at 52 rad/s已匚;i 1 二IU1ii Iiiibi|b lliiiij-2-I0I210 10 10 10 10Frequency (rad/sec)(3) 在命令窗口编程绘制系统的单位脉冲响应，时间范围t 0,5； n=2700; d=1,1.25,0; nc,dc=cloop(n,d); sys=tf(nc,dc)Transfer function:2700sA2 + 1.25 s + 2700 impulse(sys) impulse(sys,0:0.01:5)7. 哈勃

10、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。图 8-42 哈勃太空望远镜指向系统简化结构图(1)系统在单位阶跃输入下的响应曲线，r(t) 1(t) , n(t) 0。试通过Simulink仿真绘制系统在K = 100 , K = 12时： 12(2) 系统对单位阶跃扰动的响应曲线，r

11、(t) 0 , n(t) 1(t)。 sz86207 *L|rn|xFile gd.it Vi ew Simijla ticm Forma t To ol e Help |Normal 31 團够團 I 岭囿令Ready100%ode45PjcopeS 处盹翁涓S5+12G a i nlI SBAE 0n xIntegrmtori Transfer Fenr_ nsz8620T *叵|冈File Edit Vi ew SimijlaForma t To ol e Help |话日冒|為憲直Gal卜 |Normal二|富够圜1 *曲令(3)系统对单位阶跃输入和单位阶跃扰动的响应曲线，r(t)二1(t) , n(t)二l(t)。1 AI . H-1.210.00.60.40.2nIIIIIIIIiiilIlll0fVIiII II Ii ii iII II IILJ0Time offset: 02460101214161828.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r (t)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年美国国家宇航局图 8-43火星漫游车转向控制系统结