计算机课件《控制系统模型的建立与仿真》.docx
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计算机课件《控制系统模型的建立与仿真》
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MATLAB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MATLAB下借用卷积求取函数conv（）得出，其调用格式为：
p=conv（p1,p2）
MATLAB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。
例1设系统传递函数
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=（s^3+5*s^2+3*s+2）/（s^4+2*s^3+4*s^2+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。
1
2
提示：
借助conv（）函数获得分子和分母多项式系数
（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（Z,P,K）
其中K为系统传函零极点形式的增益，Z,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。
例2设系统传递函数
任务二：
在MATLAB命令窗口中验证下面的命令，并截图记录。
（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（Z,P,K）
任务三：
以
为例，练习这两个函数的使用，并截图记录。
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。
A）
（传递函数形式）
B）
（零极点形式）
2.求图示系统的传递函数，其中K1=10，K2=20。
3.已知系统状态空间模型为：
求其零极点模型。
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。
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）=C（s）/R（s）
=（b1Sm+b2Sm-1+…+bm）/（a1Sn+a2Sn-1+…+an）
=num（s）/den（s）
在MATLAB中，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函数，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MTALB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SIMULINK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：
1、对模型参数做适当设置如下：
1）对seriesRLCbranch模型，设R=1Ω,L=0H,C=inf（电阻负载）
2）对detailedthyristor模型，设Ron=0.001Ω,Lon=0H,Vf=0.8V,Ic=0A,I1（擎住电流）=0A,Tq（关断时间）=0s，Rs=10Ω,Ls=250e-9.（注：
Il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=０Ω,L=0.001H,C=inf（电感负载），得波形如下:
4、将负载参数改为R=8Ω,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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