《控制系统的matlab仿真与设计》第十二章控制系统仿真.pptVIP

第十二章 控制系统仿真 主要内容 12.1 状态空间法仿真 12.1 状态空间法仿真 12.1 状态空间法仿真 12.1 状态空间法仿真 12.2 非线性环节的仿真 12.2 非线性环节的仿真 12.2 非线性环节的仿真 12.2 非线性环节的仿真 12.2 非线性环节的仿真 12.3 离散系统的仿真 12.3 离散系统的仿真 12.3 离散系统的仿真 12.3 离散系统的仿真 12.4 典型环节的SIMULINK仿真 12.4 典型环节的SIMULINK仿真 12.4 典型环节的SIMULINK仿真 12.4 典型环节的SIMULINK仿真 12.4 典型环节的SIMULINK仿真 习题 习题 控制系统CAD与仿真 12.1 状态空间法仿真 12.2 非线性环节的仿真 12.3 离散系统的仿真 12.4 典型环节的SIMULINK仿真 控制系统仿真 信号流图 状态空间 单输入单输出系统（SISO） 主要研究内容 通过系统的数学模型和计算方法，编写程序运算语句，使之能自动求解各环节变量的动态变化情况，从而得到关于系统输出和所需要的中间各变量的有关数据、曲线等，以实现对控制系统性能指标的分析与设计。 实现步骤 根据数学模型、要求的精度和时间，确定数值计算方法 按算法要求通过分解、综合、等效变换等方法转换成适于在计算机上运行的公式 上机调试并不断改进，满足系统各项动态性能指标，并得到理想的仿真结果 用合适的开发语言进行算法编程和实现 多输入多输出系统（MIMO） 12.1 状态空间法仿真 四阶龙格-库塔（Runge-Kutta）法 已知开环系统的状态方程为 采用四阶龙格-库塔法进行求解和仿真，其求解步骤和方法如下:： 1、由 ，可知 ； 2、根据四阶龙格-库塔法的递推公式： 3、由 时刻的状态为 ，得到 取 不断递推，便可得到所需时刻各点的状态变量 和输出量 。 闭环系统的模型建立 对SISO系统r、u、y、v均为标量，由图可知 ，得 可得到系统的闭环状态方程： 又由 ode4( )函数实现上述算法，其程序框图如下： 【调用格式】 [t,y]=ode4(A,B,C,D,x0,h,r,v,t0,tf) 【说明】{A,B,C,D}为系统的系数矩阵，x0为状态向量初值,h为仿真步长,r为输入信号的幅值,v为反馈系数,t0为仿真的起始时间,tf终止时间，y为输出量。 ode4( )函数 ode45( )函数 MATLAB中的ode45（）函数可实现四阶/五阶龙格-库塔算法。 【调用格式】 [t,y]=ode45(f,tspa,x0) 【说明】 f为定义的常微分方程函数名,tspa为起止时间向量,x0为初始状态向量。 MATLAB仿真程序l1212 例12.1.1 已知系统的开环传递函数为： 在零初始条件下，当输入信号的幅值为1时，试绘制单位负反馈系统的仿真曲线。 MATLAB仿真程序l1211 令K=0.1,1，10,绘制单位负反馈系统的仿真曲线。 例12.1.2 已知系统的状态方程为： 在零初始条件下阶跃信号的输入幅值为100，试应用状态空间法对系统仿真。 当K=0.1时，令v=0.1,1，10，绘制反馈系统的仿真曲线。 12.2 非线性环节的仿真 饱和非线性 饱和非线性环节的数学表达式： ur o -s1 s1 uc Saturation( )函数 Saturation( )函数实现饱和非线性。 【调用格式】 uc=Saturation(ur,s1) 【说明】 ur为输入向量, s1为非线性环节的饱和值,uc为输出向量。 Saturation( )函数算法程序框图 死区非线性环节的数学表达式： DeadZone( )函数 DeadZone( )实现死区非线性。 【调用格式】 uc=DeadZone(ur,s1) 【说明】 ur为输入向量， s1为死区非线性环节的死区值 ，uc为输出向量。 死区非线性 DeadZone( )函数算法程序框图 间隙非线性环节的数学表达式： backlash( )函数 backlash( )函数实现间隙非线性。 【调用格式】 [uc,uss]=backlash(urs,ur,ucs,s1) 【说明】 ur为输入向量, uc为输出向量， urs，ucs为ur，uc前一时刻的值 ，uss为下次运算保留的输入值， s1为环节的间隙宽度值。 间隙非线性 backlash( )函数算法程序框图 离散系统的数学模型一般用差分方程和离散状