8.6控制系統的Simulink仿真實訓8.6.1實訓目的:1.學會運用Simulink進行系統仿真；2.了解子系統的創建方法及簡單應用；3.運用Simulink實現混沌控制系統的仿真；4.運用Simulink實現伺服跟蹤系統等系統的仿真；8.6.2實訓內容：1.按照圖8-39所示建立系統的結構圖文件。圖8-39（1）K=50,紀錄圖示三處的波形，分析系統的穩態性并給出穩態誤差。仿真文件：sx8620101.mdl系統穩定，穩態誤差為0；（2）K=200,紀錄圖示三處的波形，根據曲線分析系統的穩定性。仿真文件：sx8620102.mdl由輸出曲線可以看出閉環系統不穩定；（3）編寫程序求取K=200時的閉環傳遞函數，求出系統的閉環極點（特征根），說明系統的穩定性，分析與（2）得出的結論是否一致。%實訓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有兩個特征根在右半平面，閉環系統不穩定；與（2）得出的穩定性結論一致。2.子系統創建實驗（1）建立如下系統。（2）選定范圍,創建子系統并定義變量a。圖8-40(3)利用創建的子系統,分別記錄時所示系統的輸出波形。a=2a=4a=6a=8a=103.已知四維混沌系統的運動方程如下，試用Simulink進行仿真。（1）四個積分器的初始值自定，建議在（0.01，3.0）范圍內隨機給出。（2）給出記錄以下命令的相關圖形。1plot(x1,x2);②plot(x1,x3);③plot(x1,x4);④plot(x2,x3);⑤plot(x2,x4);⑥plot(x3,x4);⑦plot3(x1,x2,x3);⑧plot3(x1,x2,x4);⑨plot3(x2,x3,x4);解：仿真文件sx86203.mdl如下圖所示；仿真參數中仿真時間設為0-100s;4個積分器的初始值本仿真設置的數值依次為0.1，0.2，0.3，0.4；仿真文件建立完成后設置好相關參數，運行；然后在命令窗口運行以下命令>>subplot(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.已知某單位負反饋系統的開環傳遞函數為,求取系統的單位階躍響應,分析系統的穩定性。加入PID控制器，進行仿真實驗，選取合適的PID參數。分析控制效果。（1）利用Simulink仿真繪制系統的單位階躍響應曲線（0-50秒），依據曲線判斷系統的穩定性。（2）在偏差信號后串聯PID控制器，設置PID控制器的比例系數、積分系數、微分系數，分別繪制系統的單位階躍響應曲線并進行簡要分析。解：（1）建立sx8620401.mdl如下仿真結果如下：（2）建立sx8620402.mdl如下對PID模塊進行封裝后得到運行結果：結論：選取適當的PID參數可以使系統穩定性變好；PID參數的選取對于系統的穩定性產生重要的影響。5.PID控制器參數對伺服跟蹤控制系統控制性能的影響電機轉速伺服跟蹤控制系統如圖8-41所示，用Simulink對給出的伺服跟蹤控制系統進行建模。其中：，，，,,,,,,,,,,（1）繪制系統的單位階躍響應曲線。（2）觀察記錄圖8-41中6個求和器（比較點）輸出端的波形，輸入信號取單位階躍信號。解：按照上圖建立仿真文件，輸入端加上單位階躍信號；用示波器scope觀察波形即可；大部分現代列車和調度機車都采用電力牽引電機，已知某電力牽引電機控制系統（單位負反饋系統）的開環傳遞函數為（1）利用Simulink求取系統的單位階躍響應曲線。（2）繪制開環系統的伯德圖，要求在圖上顯示幅值裕度和相角裕度。n=2700;d=[1,1.25,0];margin(n,d)（3）在命令窗口編程繪制系統的單位脈沖響應，時間范圍；>>n=2700;>>d=[1,1.25,0];>>[nc,dc]=cloop(n,d);>>sys=tf(nc,dc)Transferfunction:2700--------------------------s^2+1.25s+2700>>impulse(sys)>>impulse(sys,0:0.01:5)7.哈勃太空望遠鏡指向控制仿真。哈勃太空望遠鏡于1990年4月14日發射至離地球611km的太空軌道，它的發射與應用將空間技術發展推向了一個新的高度。望遠鏡的2.4m鏡頭擁有所有鏡頭中最光滑的表面，其指向系統能在644km以外將視野聚集在一枚硬幣上，望遠鏡的偏差在1993年12月的一次太空任務中得到了大范圍的校正。哈勃太空望遠鏡簡化后的結構圖如圖8-42所示。試通過Simulink仿真繪制系統在，時：，（1）系統在單位階躍輸入下的響應曲線，。（2）系統對單位階躍擾動的響應曲線，，。（3）系統對單位階躍輸入和單位階躍擾動的響應曲線，，。8.火星漫游車轉向控制1997年7月4日，以太陽能作為動力的“逗留者號”漫游車在火星上著陸。漫游車全重10.4kg，可由地球上發出的路徑控制信號實施遙控，漫游車的兩組車輪以不同的速度運行，以便實現整個裝置的轉向。為了進一步探測火星上是否有水，2004年美國國家宇航局又發射了“勇氣號”火星探測器。“逗留者號”漫游車的轉向控制結構圖如圖8-43所示。待選參數范圍為：15～100；0.42～2.8。(1)設60，0.4，通過Simulink仿真繪制系統的單位階躍響應和單位斜坡響應曲線以及系統的誤差曲線。(2)設(3)設,繪制系統的根軌跡圖，分析使系統穩定的的取值范圍。70，0.6，繪制開環系統的伯德圖，要求在圖上顯示相角裕度和幅值裕度。解：(1).建立SIMULINK仿真文件sx8620801.mdl(2)設,繪制系統的根軌跡圖，分析使系統穩定的的取值范圍。根軌跡方程為：z=[-0.5];p=[0;-1;-2;-5];k=1;sys=zpk(z,p,k)