计算机建模与仿真.docx
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计算机建模与仿真
实验项目名称：
控制系统模型的建立与仿真实验学时:
4
同组学生姓名：
实验地点：
—实验日期：
2018.4实验成绩：
批改教师：
批改时间：
一、实验目的和要求
1.熟悉MATLA控制系统工具箱中线性控制系统传递函数模型的相关函数；
2.熟悉SIMULINK模块库，能够使用SIMULINK进行控制系统模型的建立及仿真。
二、实验仪器和设备
1、PC机1台并安装MATLAB7.0以上版本。
三、实验过程
1.熟悉线性控制系统传递函数模型的相关函数。
（1）tf（）函数可用来输入系统的传递函数
该函数的调用格式为G=tf（num,den）;
其中num,den分别为系统传递函数的分子和分母多项式系数向量。
返回的G为系统的传递函数形式。
但如果分子或分母多项式给出的不是完全的展开的形式，而是若干个因式的乘积，则事先需要将其变换为完全展开的形式，两个多项式的乘积在MATLA下借用卷积求取函数conv（）得出，其调用格式为：
p=conv（p1,p2）
MATLA还支持一种特殊的传递函数的输入格式，在这样的输入方式下，应该
先用s=tf（'s'）定义传递函数算子，然后用数学表达式直接输入系统的传递函数。
请自己通过下面两个例子来演示和掌握tf（）和s=tf（'s'）算子这两种输
入方式。
Gs35s23s2
G432
例1设系统传递函数s2s4s3s1
输入方式一：
num=[1,5,3,2];den=[1,2,4,3,1];%分子多项
式和分母多项式
G=tf（num,den）%这样就获得系统的数学模型G
输入方式二：
s=tf（'s'）;G=（sA3+5*sA2+3*s+2）/（sA4+2*sA3
+4*sA2+3*s+1）
任务一：
将下列传递函数分别采用上面两种输入方式进行输入，并截图记录。
s5
G~3
①s42s33s4
s+5
s\十2$3+3s-i-4
Continuous-timetransfetfunction.
G5（s24）
G222
②（s1）（s3s4）（s1）提示：
借助conv（）函数获得分子和分母多项
式系数
>>s=tff才）：
G=（5*（s+2.4））/（（&+1r2*（s*2+3*s+4）*（s"2+L））
G=
5s+12
e*64-5s*5+12s*4+16s"3■+L5s2+1Ls+4
Cdntinuous-timetransferfuiLction.
（2）zpk（）函数可得到控制系统的零极点形式的传递函数
该函数的调用格式为G=zpk（乙P,K）
其中K为系统传函零极点形式的增益，乙P分别为系统传递函数的零点和极点列向量。
返回的G为传递函数形式。
―（s1.539）（s2.73052.8538j）（s273052.8538j）
G
例2设系统传递函数（s4）（s3）（s2）（s1）
任务二：
在MATLA命令窗口中验证下面的命令，并截图记录。
>>z=[-l,539：
-2.7305+2-85381：
-2-7305-2.S538L]:
P=卜丄;-2;-3;-41;6-显忆*,1）
Gz
（s+L.639）（s^2卜0.451s十15-6）
{s+l）（s+2）（s+3）（s^t）
Continuous-tinezflro/pole/gainnodel.
（3）已知传递数函的分子、分母多项式系数，可用tf2zp（）函数求出传函的零
点向量、极点向量和增益。
该函数的调用格式为[Z,P,K]=tf2zp（num,den）
已知传递数函的零点、极点和增益，可用zp2tf（）函数求出传函的分子、
分母多项式系数。
该函数的调用格式为[num,den]=zp2tf（乙P,K）
32
s5s3s2
G~432,.,
任务三：
以S2s4s3s1为例，练习这两个函数的使用，并截图记
录。
»nuti=CJ.5,3.21:
den=Z-4,3.11:
CZ.P,Kl=tf2ac（ntiin,deni
ZntiB.denl=sp2ff（7,PuK）
-4.4241亠OOOOa.
-0.29€040.6O76i
-0.2GSO-0.60761
F-
-0.5000+1.53681
-0.5OOO-1.53SSi-a.5oao4-a.
5QQO-Q.3^331
num-
Q
l.0000
5_OOtJti
3.oooa
2-OOtJO
且，讥=
1.0000
2.0000
4-0000
3.0000
i-oaoo
任务四：
在SIMULINK环境下搭建阶跃响应时的模型，并用示波器观测输出波形，将示波器横轴终值修改为50，记录仿真图及示波器波形并截图记录。
s1
s22s2（传递函数形式）
Elw
formatcorapactkl-10,k2M2:
0；sl-t£（0.241.[0.I,人1]）:
s2=tfCO.&CO-2,0]）:
s3=spk（LIp0:
1）;
sbl=feedback（si,sZ）:
s=feedbaci^series（sbl*k£）
20s
e（s+7.404）Cont-iniious-1iaesero/pcle/sain.model.
3.已知系统状态空间模型为：
010
xxu
121
y13xu
求其零极点模型。
»Eys=ss（[01;1-2],ro；LLCl3h[1]）;lizi^spk（sys）
lizy=
3由代）
{M.414）（s-0.4142）
Continuous'tinie3ero/poLe/gaiiinodel4
4.系统的零极点增益模型如下:
求系统的传递函数模型和状态空间模型
»sys=zpkCC-3],[-1-2-5],[6]）;
cdh.s=tf（sys）
ztix=ss（sys）
cdhs=
6s+18
sA3+8sa2+17s+10
Continuous-1lietransferfunction.
xl
x2
x3
xl
-1
1.414
0
x2
0
-2
1
x3
0
0
-5
ulxl0x20x34
yl2.121
d.=
ul
yl0
Continuous-tuestate-spacemodel.
四、实验结果与分析
1、写出控制系统的几种传递函数模型，它们之间是如何互相转换的?
G（s）二C（s）/R（s）
=（bi驾bfm-1+…+b）/（aiSn+a2Sn-1+…+an）
二num（s）/den（s）
在MATLAB^，用函数命令tf（）来建立控制系统的传函模型，或者将零极点增益模型、状态空间模型转换为传函模型。
tf（）函数命令的调用格式为：
（圆括号中的逗号不能用空格来代替）
sys=tf（num,den）[G=tf（num,den）]
其中，函数的返回变量sys或G为连续系统的传函模型；函数输入参量num
和den分别为系统的分子分母多项式的系数向量。
conv（）函数为标准的MATLAB!
数，用来求取2个向量的卷积，多项式乘法也可用此函数来计算。
conv（）函数允许任意地多层嵌套，从而表示复杂的计算。
2、说说你在使用MTALE软件进行控制系统建模与仿真过程中所遇到的问题和解决的方法。
（不少于50字）
在本次实验中，我加深了对此软件的认识，了解其在自动控制中的重要作用。
通过从此次实验的锻炼，提高了自己的动手能力和自我学习能力。
不懂时会查书籍和问题讨论。
努力锻炼我对于这个软件的运用能力跟理解能力。
实验项目名称：
复杂系统的仿真实验学时:
8
同组学生姓名：
实验地点：
C304
实验日期：
2018.5实验成绩：
批改教师：
批改时间：
一、实验目的和要求
1.能够结合根据本专业问题建立一个复杂系统的模型；
2.能够使用SIMULINI工具进行复杂系统模型的建立及仿真。
二、实验仪器和设备
1、PC机1台并安装MATLAB7.0以上版本。
三、实验过程
1、同步发电机的原理及短路分析的建模与仿真；
2、单相半波可控整流电路的建模与仿真；
3、单相桥式全控整流电路建模与仿真；
4、三相半波可控整流电路建模与仿真；
5、三相半波有源逆变电路建模与仿真；
6、三相桥式半控整流电路建模与仿真。
单相半波可控整流电路的建模与仿真：
电路图如下：
Pulse
G*n*rator
1、对模型参数做适当设置如下：
1）对seriesRLCbranch模型，设R=1Q,L=0H,C=inf（电阻负载）
2）对detailedthyristor模型，设Ron=0.001Q,Lon=0H,Vf=0.8V,lc=0A,l1（擎住电流）=OA,Tq（关断时间）=0s,Rs=10Q丄s=250e-9.（注：
II和Tq设为零，是为了提高工作速度）
3）对ACvoltagesource模型，幅值=100V,初相位=0度，频率=50Hz=
4）对pulsegenerator模型，幅值=10V,周期=0.02s，脉宽占整个周期=20%相位延迟=（1/50）*（60/360）s=1/300s（即触发角=60度）
5）对detailedthyristor模型，其有个m输出端，该端口可以用来测量晶闸管上的电压和电流。
2、设置仿真参数：
在simulatiom菜单下用configurationparameters命令打开仿真参数对话框.在对话框中设置开始时间0s和终止时间0.08s,选择ode23tb算法，其他参数保持默认值.
3、将负载参数改为R=0Q,L=0.001H,C=inf（电感负载），得波形如下：
4、将负载参数改为R=8Q,L=0.07H,C=inf（阻感负载）,并接有续流二极管（续流管参数同晶闸管参数）,增加一个电流测量装置用于测量负载电流，模型和波形如下图所示：
四、实验结果与分析
1、写出你在遇见书本上没有的Simulink仿真模块，自己如何学习其使用的?
首先是跟同学们交流，然后查阅资料，上网搜索相关内容，理解并运用。
2、说说你在进行复杂系统建模与仿真过程中碰到的问题和解决的方法。
（不少于
100字）
对于做复杂电路的建模的时候，还是有挺多的疑问，因为不知道正确性所以同学之间都有探讨跟思考。
在理解问题，查阅书籍，上网搜索后进行解答并理解这些系统的原理，这样以后再遇到这些类似的题目，能更快的解决方案。
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