1、MATLAB語(yǔ)言與控制系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)教程-參考答案-第8章 圖8-39(1)K=50，紀(jì)錄圖示三處的波形，分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性并給出穩(wěn)態(tài)誤差。8.6控制系統(tǒng)的Simulink仿真實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)目的:學(xué)會(huì)運(yùn)用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)仿真；了解子系統(tǒng)的創(chuàng)建方法及簡(jiǎn)單應(yīng)用；運(yùn)用Simulink實(shí)現(xiàn)混沌控制系統(tǒng)的仿真；運(yùn)用Simulink實(shí)現(xiàn)伺服跟蹤系統(tǒng)等系統(tǒng)的仿真;實(shí)訓(xùn)內(nèi)容：按照?qǐng)D8-39所示建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖文件。仿真文件：sx8620101.mdlFileEditViewSimula!ionFormatToolsHelp|用口冒|黑噩晶|圧|卜|Ncrmal肉總曹|*曲令發(fā)FePl：j3in1nteJrans

2、feFcrrlTransferFcnScopesx8620101OfnirxrHScope1匚1叵1區(qū)1|SHlPJS)PAQ白聞標(biāo)221.5k1b0.5k0FileEditViewSimulationFormatTools旦已1匚|D用口冒|黑齬念卜|Ncrmal31圉總曹|丹曲令|用口冒|黑齬念卜|NcrmalW圉總曹|丹曲令發(fā)沉己P,：j日ii1nte9ra-t：rtransfpFcnlTransferFcnScopeReady100%ode45MATLAB語(yǔ)言與控制系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)教程-參考答案-第8章MATLAB語(yǔ)言與控制系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)教程-參考答案-第8章a=4 (3)編寫(xiě)程序求取K=2

3、00時(shí)的閉環(huán)傳遞函數(shù)，求出系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)(特征根)說(shuō)明系統(tǒng)的穩(wěn)定性，分析與(2)得出的結(jié)論是否一致。%實(shí)訓(xùn)8620103.mn1=3;d1=1,2;n2,d2=cloop(n1,d1);sysa=tf(n2,d2);sysb=tf(200,1,0)*tf(1,1,5);sysc=sysa*sysb/(1+sysa*sysb);nc,dc=tfdata(sysc,v);roots(dc)ans=0-12.05491.0275+6.9797i1.0275-6.9797i-5.0000+0.0000i-5.0000-0.0000i有兩個(gè)特征根在右半平面，閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定；與（2）得出的穩(wěn)定性結(jié)論一致。

4、子系統(tǒng)創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)（1）建立如下系統(tǒng)。（2）選定范圍,創(chuàng)建子系統(tǒng)并定義變量a。（3）利用創(chuàng)建的子系統(tǒng)，分別記錄a2,4,6,8,10時(shí)所示系統(tǒng)的輸出波形。a=2nIAEE0IIIIIIIIIq1_iiiiiiiiI0246S101214161820Timeoffset:000.52681012141618200Timeoffset:0AIS00.568101214161820O_l02Timeoffset:0AISMATLAB語(yǔ)言與控制系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)教程-參考答案-第8章MATLAB語(yǔ)言與控制系統(tǒng)仿真實(shí)訓(xùn)教程-參考答案-第8章 x=35(x-x)+xxxTOC o 1-5 h z121234x=10

5、(x+x)-xxxsubplot(3,3,1),plot(x1,x2);subplot(3,3,2),plot(x1,x3);subplot(3,3,3),plot(x1,x4);subplot(3,3,4),plot(x2,x3);subplot(3,3,5),plot(x2,x4);subplot(3,3,6),plot(x3,x4);subplot(3,3,7),plot3(x1,x2,x3);subplot(3,3,8),plot3(x1,x2,x4);subplot(3,3,9),plot3(x2,x3,x4);4已知某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G（s）二，求取系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)

6、,s3+3s2+2s分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。加入PID控制器，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，選取合適的PID參數(shù)。分析控制效果。（1）利用Simulink仿真繪制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線（0-50秒），依據(jù)曲線判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）在偏差信號(hào)后串聯(lián)PID控制器，設(shè)置PID控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)，分別繪制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線并進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。解：（1）建立sx8620401.mdl如下仿真結(jié)果如下：2）建立sx8620402.mdl如下ClSX8620402*_nXFil已EditViewSimulationFormatToolsHelpD用口侵|黑希唱|山圧|卜麗爲(wèi)i31匿總齒|H囿令HScope匚叵

7、|區(qū)侵當(dāng)13理理I盹翁謁I白運(yùn)行結(jié)果：BlockFaruetereSubsystem(mask)結(jié)穩(wěn)定性產(chǎn)生重要的影響。F:=Lf：=iiTietereKFaKIKD1論：選取適當(dāng)?shù)腜ID參數(shù)可以使系統(tǒng)穩(wěn)定性變好；PID參數(shù)的選取對(duì)于系統(tǒng)的PID控制器參數(shù)對(duì)伺服跟蹤控制系統(tǒng)控制性能的影響電機(jī)轉(zhuǎn)速伺服跟蹤控制系統(tǒng)如圖8-41所示，用Simulink對(duì)給出的伺服跟蹤控制系統(tǒng)進(jìn)行建模。其中：T二T二T二0.001，K二27，A二56，TOC o 1-5 h zc1c2c3cK=0.0275,R=9,L=0.004061,1AAJ二1.71x10-6,N二2500,F=28.2,mLJ=0.5,K二4

8、440.0,K二0.049,LsVT二0.02862,K=0.04GB（1）繪制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。（2）觀察記錄圖8-41中6個(gè)求和器（比較點(diǎn)）輸出端的波形，輸入信號(hào)取單位階躍信號(hào)。解：按照上圖建立仿真文件，輸入端加上單位階躍信號(hào)；用示波器scope觀察波形即可；大部分現(xiàn)代列車和調(diào)度機(jī)車都采用電力牽引電機(jī)，已知某電力牽引電機(jī)控制系統(tǒng)（單位負(fù)反饋系統(tǒng)）的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)二2700s2+1.25s1）利用Simulink求取系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。d=1,1.25,0;margin(n,d)BudeDiagramGm=InfdB(atInfrad/sec),Frn=1.38日已g(at

9、52rad/s已匚;i1二IU1iiIiiibi|blliiiij-2-I0I21010101010Frequency(rad/sec)在命令窗口編程繪制系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)，時(shí)間范圍t0,5；n=2700;d=1,1.25,0;nc,dc=cloop(n,d);sys=tf(nc,dc)Transferfunction:2700sA2+1.25s+2700impulse(sys)impulse(sys,0:0.01:5)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡指向控制仿真。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡于1990年4月14日發(fā)射至離地球611km的太空軌道，它的發(fā)射與應(yīng)用將空間技術(shù)發(fā)展推向了一個(gè)新的高度。望遠(yuǎn)鏡的2.4m鏡頭擁有所有鏡

10、頭中最光滑的表面,其指向系統(tǒng)能在644km以外將視野聚集在一枚硬幣上，望遠(yuǎn)鏡的偏差在1993年12月的一次太空任務(wù)中得到了大范圍的校正。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡簡(jiǎn)化后的結(jié)構(gòu)圖如圖8-42所示。圖8-42哈勃太空望遠(yuǎn)鏡指向系統(tǒng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖(1)系統(tǒng)在單位階躍輸入下的響應(yīng)曲線，r(t)1(t)，n(t)0。試通過(guò)Simulink仿真繪制系統(tǒng)在K=100，K=12時(shí)：12(2)系統(tǒng)對(duì)單位階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線，r(t)0,n(t)1(t)。sz86207*L|rn|xFilegd.itViewSimijlaticmFormatTooleHelp|Normal31團(tuán)夠團(tuán)I嶺囿令Ready100%ode45Pjcope

11、S處盹翁涓S5+12GainlISBAE0nxIntegrmtoriTransferFenr_nsz8620T*叵|岡FileEditViewSimijlaFormatTooleHelp|話日冒|為憲直Gal卜|Normal二|富夠圜1*曲令(3)系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入和單位階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線，r(t)二1(t),n(t)二l(t)。1AI.H-1.210.00.60.40.2nIIIIIIIIiiilIlll0fVIiIIIIIiiiiIIIIIILJ0Timeoffset:02460101214161828.火星漫游車轉(zhuǎn)向控制1997年7月4日，以太陽(yáng)能作為動(dòng)力的“逗留者號(hào)”漫游車在火星上著陸

12、。漫游車全重10.4kg，可由地球上發(fā)出的路徑控制信號(hào)r(t)實(shí)施遙控，漫游車的兩組車輪以不同的速度運(yùn)行，以便實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的轉(zhuǎn)向。為了進(jìn)一步探測(cè)火星上是否有水，2004年美國(guó)國(guó)家宇航局圖8-43火星漫游車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖又發(fā)射了“勇氣號(hào)”火星探測(cè)器。“逗留者號(hào)”漫游車的轉(zhuǎn)向控制結(jié)構(gòu)圖如圖8-43所示。待選參數(shù)范圍為：每=15100；a=0.422.8。(1)設(shè)K=60,a=0.4,通過(guò)Simulink仿真繪制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)和單位斜坡響應(yīng)曲線以及系統(tǒng)的誤差曲線。設(shè)a=0.5,繪制系統(tǒng)的根軌跡圖，分析使系統(tǒng)穩(wěn)定的0的取值范圍。設(shè)70，a=0.6,繪制開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的伯德圖，要求在圖上顯示相角裕度和

13、幅值裕度。解：(1).建立SIMULINK仿真文件sx8620801.mdl設(shè)a二0.5，繪制系統(tǒng)的根軌跡圖，分析使系統(tǒng)穩(wěn)定的K的取值范圍。根軌跡方程為：s+0.5s(s+1)(s+2)(s+5)z=-0.5;p=0;-1;-2;-5;k=1;sys=zpk(z，p，k);rlocus(sys)10864RootLocusSystem:sys:Gain:96.6Fijle:0.000785+3.65i:Damping:-0.000215:Overshoot(%):100；Frequency(rad/sec):3.65:MX巧匚一EeuJ-4_-6-8-10*-16-14-12-8-6-4系統(tǒng)穩(wěn)定的Ki的范圍KieO96；70(s+0.6)s(s+1)(s+2)(s+5)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=設(shè)0=70,a=0.6