系统建模与仿真文档格式.docx
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二、实验原理——递推最小二乘法
给定系统
(1)
其中,为待辨识的未知参数,是不相关随机序列。
为系统的输出,为系统的输入。
分别测出个输出、输入值,则可写出个方程,具体写成矩阵形式,有
(2)
设
,
则式
(2)可写为
(3)
式中:
y为N维输出向量;
为N维噪声向量;
为维参数向量;
为测量矩阵。
为了尽量减小噪声对估值的影响,应取,即方程数目大于未知数数目。
的最小二乘估计为
(4)
为了实现实时控制,必须采用递推算法,这种辨识方法主要用于在线辨识。
设已获得的观测数据长度为N,将式(3)中的、和分别用来代替,即
(5)
用表示的最小二乘估计,则
(6)
令,则
(7)
如果再获得一组新的观测值和,则又增加一个方程
(8)
式中
将式(5)和式(8)合并,并写成分块矩阵形式,可得
(9)
于是,类似地可得到新的参数估值
(10)
(11)
应用矩阵求逆引理,从求得与的递推关系式出发,经过一系列的推导,最终可求得递推最小二乘法辨识公式:
(12)
(13)
(14)
为了进行递推计算,需要给出和的初值和。
推荐取值方法为:
假定,c是充分大的常数,I为单位矩阵,则经过若干次递推之后能得到较好的参数估计。
三、实验内容
给定系统
(15)
即。
假设实际系统的参数为,,,,,但是不已知,即不可测。
取的零均值白噪声。
输入信号取为
(16)
要求编制MATLAB程序,运用递推最小二乘法对这一系统的参数进行在线辨识,并将辨识结果与实际参数进行对比。
四、实验步骤
1.写出系统结构、实际参数、噪声源及输入信号等内容;
2.画出程序框图;
3.编制MATLAB的M文件;
4.运行上一步编制的M文件;
5.将辨识结果与实际参数对比分析;
6.修改程序、重新运行,直至结果符合精度要求;
7.填写实验报告。
五、实验报告
见附录一。
实验2龙格-库塔法的实现
熟悉并掌握龙格-库塔法的数值积分原理
二、实验原理——龙格-库塔法
给定常微分方程
及初始条件,要求函数的数值解。
四阶龙格—库塔法公式:
其中:
其中为积分步长。
用四阶龙格-库塔法求常微分方程组初值问题
,(3)
的数值解,要求积分步长为,并要求计算1000步,同时画出相应的曲线。
1.写出微分方程组及其初始条件、积分步长、计算总步数等内容;
3.用MATLAB编制四阶龙格-库塔法的M文件;
5.填写实验报告。
见附录二。
实验3随动控制系统仿真
熟悉随动系统的工作原理,掌握Simulink模块化仿真方法。
二、实验原理
所谓随动系统,就是能使系统的输出跟随输入信号的闭环控制系统。
针对一个给定的被控对象,设计合理的控制器,就能够使系统的输出信号跟随输入信号。
随动系统的原理性框图如下:
图1典型随动系统结构方块图
给定被控对象的传递函数为,执行机构的传递函数为,要求:
(1)设计合适的控制律,使得闭环系统的输出信号跟随参考输入信号;
(2)设计Simulink仿真模块,用示波器显示输出信号和输入信号。
1.设计控制律的传递函数;
2.建立Simulink仿真模块,并进行仿真;
3.将输入信号与输出信号进行比较分析;
4.填写实验报告。
见附录三。
附录一
实验报告
哈尔滨工业大学
航天学院控制科学与工程系
专业:
班级:
姓名:
日期:
年月日
1.实验题目:
2.实验目的
3.递推最小二乘法的公式
4.写出给定系统结构、实际参数、噪声源及输入信号
5.画出程序框图
6.写出MATLAB的M文件
7.实验结果分析
8.结论
附录二
3.四阶龙格-库塔法的公式
4.写出微分方程组及其初始条件、积分步长、计算总步数
6.用MATLAB编制四阶龙格-库塔法的M文件
7.结果分析
附录三
3.给定的被控对象
(1)对象的传递函数
(2)执行机构的传递函数
(3)参考输入信号
4.设计控制律的传递函数
5.建立Simulink仿真模块
6.实验结果及分析
7.结论