控制系统计算机仿真实验报告.doc

计算机仿真试验报告 自动化1201 ** 3120502007 [实验目的] (1)．掌握采样控制系统数字仿真的特点。 (2)．了解数字控制器对系统动态性能的影响。 (3)．学会编制双重循环法的仿真程序。 [实验内容] 某单位反馈控制系统中，被控对象的传递函数为 在单位速度信号输入下，选择零阶保持器在时设计的“最少拍”控制器为 (1). 按实验目的、要求和已知条件，建立系统的Simulink模型，并且编制双重循环法的仿真程序。 (2). 分别运行双重循环法的仿真程序和Simulink模型，观察纪录系统动态性能的变化。 (3)．若数字控制器改为“无纹波”控制器 试对两种情况下的输出进行比较。 [预习要求] (1). 复习采样控制系统的仿真原理及特点。 (2)．根据理论分析，初步估计系统在给定条件下可能出现的动态过程。  (1). 按实验目的、要求和已知条件，建立系统的Simulink模型，并且编制双重循环法的仿真程序。 Simulink模型建立: 根据题目给出的条件，数字控制系统的结构图如下图所示： 其中的其中数字控制器为： （1） 根据上面结构图，所建立Simulink模型如下图所示： 编制双重循环法的仿真程序 根据数字控制系统的结构图与条件(1)式，我们可以得到得到被控对象的状态空间模型： (2) 按连续系统离散相似算法将（2）式离散化。为了保证精度，其离散化时的步长h（虚拟采样周期）应比数字控制器的实际采样周期T (=1s)小得多。为简化起见，取h=T/N=T/100=0.01T=0.01s。 利用MATLAB控制系统工具箱提供的将连续系统转换成离散系统的函数c2d，把连续状态空间模型(2)变换为离散状态空间模型。 离散程序如下（程序1）： clear; h=0.01; A=[0 0;1 -1]; B=[10;0]; [G,H]=c2d(A,B,h) 运行后的结果为： 即： （3） （4） 故连续系统被控对象（2）的等价离散化状态方程为： （5） 根据上述条件，采样控制系统数字控制器的差分方程为 (6) 式中： (7) 根据例题3.2中仿真框图分别递推求解 (5)式和 (6)式的MATLAB仿真程序： 程序2如下： clear G=[1 0;0.01 0.99]; H=[0.1;0.0005];c=[0 1]; % 连续被控对象的离散化状态方程的系数阵 h=0.01;T=1; % 设定内循环步长h=0.01,而外循环则以采样周期T=0.1为步长 N=round(T/h); % 在一采样周期内连续被控对象的离散化状态方程递推N次(内循环) TF=15; % 设定总仿真时间为15s M=round(TF/T); % 数字控制器的差分方程递推M次(外循环) x=[0;0]; u=zeros(1,M+2); e=zeros(1,M+2); u(1)=0; u(2)=0; t=0; xt=x; for i=1:M % 外循环 y=c*x; r(i)=i; e(i+2)=r(i)-y; u(i+2)=0.282*u(i+1)+0.718*u(i)+0.543*e(i+2)-0.471*e(i+1)+0.0999*e(i); % 外循环中递推求数字控制器在实际采样时刻的输出(步长为T) for j=1:N % 内循环 x=G*x+h*u(i+2); % 内循环中递推求受控对象状态响应(步长为h) xt=[xt,x]; % yt为记载各步状态响应的矩阵 t=[t,j*h+(i-1)*T]; % t为记载各采样(kT)时刻的行向量(与yt对应) end end x2t=xt(2,:); plot(t,t,:k,t+T,x2t,k); legend(r, y); grid; xlabel(time(s)); title(双重循环法仿真程序的运行结果);(2). 分别运行双重循环法的仿真程序和Simulink模型，观察纪录系统动态性能的变化。 运行双重循环法的仿真程序结果如下所示：  2) 运行Sim