计算机建模与仿真.docx

1、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

2、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。G s3 5s2 3s 2G 4 3 2例1设系统传递函数 s 2s 4s

3、3s 1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。s 5G 3 s4 2s3 3s 4s + 5s 十 2 $3 + 3 s -i- 4Continuous-time transfet function.G 5(s 24)G 2 2

4、 2 (s 1)(s 3s 4)(s 1)提示：借助conv()函数获得分子和分母多项式系数 s=tf f 才)：G= (5* (s+2. 4) / ( (&+1 r2* (s * 2+3*s+4) * (s2+L)G =5 s + 12e*6 4- 5 s*5 + 12 s*4 + 16 s3 + L5 s2 + 1L s + 4Cdntinuous-time transfer fuiLction.(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

5、函数形式。 (s 1.539)(s 2.7305 2.8538j)(s 27305 2.8538j)G例2设系统传递函数 (s 4)(s 3)(s 2)(s 1)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)G z(s+L. 639) (s2 卜 0.451s 十 15-6)s+l) (s+2) (s+3) (st)Continuous-tine zflro/pole/gain nodel.(3)已知传递数函的分子、分母多项式系数，可用 tf

6、2zp()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)3 2s 5s 3s 2G 4 3 2 ,.,任务三：以 S 2s 4s 3s 1为例，练习这两个函数的使用，并截图记录。 nuti=C J. 5, 3. 21 : den= Z- 4, 3. 11 : CZ. P, Kl = tf 2ac (ntiin, deniZntiB. denl = sp2ff (7, Pu K

7、)-4. 4241 亠 OOOOa.-0.290 4 0.6O76i-0.2GSO - 0.60761F -0.5000 + 1.53681-0.5OOO - 1.53SSi -a.5oao 4- a.5QQO - Q. 3331num -Ql. 00005_ OOtJti3. oooa2- OOtJO且，讥=1.00002. 00004-00003. 0000i-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。s 1s2 2s 2 （传递函数形式）Elwformat corapact kl-

8、10,k2M2:0 ； sl-t(0. 241. 0. I,人 1): s2=tf CO. & CO-2, 0): s3=spk(LI p 0:1);sbl=f eedback (si, sZ): s=feedbaci series(sbl* k)20 se (s+7. 404) s2 - 7-404s + 64.83)Cont-iniious-1iae sero/pcle/sain. model.3.已知系统状态空间模型为：0 1 0x x u1 2 1y 1 3x u求其零极点模型。 Eys=ss(0 1; 1 -2, ro；LL Cl 3h 1); lizispk (sys)lizy =

9、3由代)M. 414) (s-0.4142)Continuoustinie 3ero/poLe/gaiii nodel44.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 =6 s + 18sA3 + 8 sa2 + 17 s + 10Continuous-1lie transfer function.xlx2x3xl-11.4140x20-21x300-5ul xl 0 x2 0 x3 4yl 2.121d.=ulyl 0Continuous-tue state-s

10、pace model.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)=(b i 驾bfm-1+b)/(a iSn+a2Sn-1 + +an)二nu m(s)/de n(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(nu m,de n) G=tf (nu m,de n )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

11、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

12、： 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：PulseG*n*rator1、对模型参数做适当设置如下：1） 对 series RL

13、C branch 模型，设 R=1Q , L=0H, C=inf （电阻负载）2） 对 detailed thyristor 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AC voltage source 模型，幅值=100V,初相位=0度，频率=50Hz=4） 对pulse generator 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

14、触发角=60 度）5） 对detailed thyristor 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 configuration parameters 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。