机电液控制系统数字仿真与CAD作业.doc

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1、机电液控制系统数字仿真与CAD作业作业26.5（1）解：单位阶跃响应在SIMULINK平台上建立如下图1.1的模型并修改参数。 图 1.1 题6.5（1）单位阶跃模型图运行可得结果为下图1.2 图1.2 题6.5(1) 系统单位阶跃响应图单位加速度响应在MATLAB中产生矩阵10x2的矩阵A=1 2 3 4 5 6 7 8 8 9 10;0.5 2 4.5 8 12.5 18 24.5 32 40.5 50。矩阵A保存在Workplace中，然后建模Simulink模型图如下图示：图1.3 题6.5（1）系统单位加速度 Simulink模型图双击From Workplace模型，弹出对话框，设

2、置参数如下：Data：ASample time: 10点击模型窗工具条上的命令按钮进行系统分析计算。仿真结束后，双击Scope模块，查看运算结果如图1.4所示。图1.4 题6.5 （1）系统单位加速度 运行结果图（2），解：单位阶跃响应在SIMULINK平台上建立如下图2.1的模型，并修改参数，双击状态空间，输入A=-1 -0.5;1 0,B=0 1,C=1 0,D=0 图2.1 题6.5（2）系统单位阶跃模型图运行可得结果为下图2.2所示： 图2.2 题6.5（2）系统单位阶跃响应图单位加速度响应在SIMULINK平台上建立模型图，如图2.3所示：图2.3 题6.5（2）系统单位加速度模型图

3、双击From Workplace模型，弹出对话框，设置参数如下：Data：ASample time: 10由于上一步在MATLAB中产生过矩阵10x2的矩阵A，故再利用即可。点击模型窗工具条上的命令按钮进行系统分析计算。仿真结束后，双击Scope模块，查看运算结果如图1.4所示。图2.4 题6.5（2）系统单位加速度分析结果图6.8解：在SIMULINK平台上建立如下图3.1的模型，图 3.1 题6.8系统模型图双击传递函数，修改参数Numerator：1,Denominator：1 3 2 0.双击单位阶跃，修改参数step time:0,Initial value:0,Final valu

4、e:1,sample time:0.双击死区，修改参数：Start of dead zone：-0.5，End of dead zone：0.5运行得出结果分别如下图3.2，其中3.2.1是开关接通死区时的响应图，3.2.2是开关接通另一通路，即没有死区时的响应图。 图 3.2.1 带死区 图3.2.2 不带死区比较以上两图，可以得出结论如下表所示:表1 带不带死区仿真图区别类别/区别曲线上升趋势峰值点峰值点后曲线趋势带死区慢（8,0.6）趋于平缓不带死区快（6,1.17）稍有下降6.9、,解：（1）由系统方程可知，该系统为本征非线性系统。为了进行仿真，需写成状态方程形式。选取状态变量： ,则

5、其状态方程为：;；;（2）在Simulink中建立系统模型图，如下图4.1所示图4.1 题6.8 系统 Simulink 系统模型图（3）在MATLAB的内置编辑器中编制S-Function函数如下：function sys,x0,str,ts =seekyou6_9(t,x,u,flag)A=;B=;C=;D=;switch flag, case 0,sys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes(t,x,u); case 1,sys=mdlDerivatives(t,x,u,A,B,C,D); case 2,sys=mdlUpdate(t,x,u,A,B,C,D); ca

6、se 3,sys=mdlOutputs(t,x,u,A,B,C,D); case 4,sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u,A,B,C,D); case 9,sys=mdlTerminate(t,x,u,A,B,C,D); otherwise error(Unhandled flag = ,num2str(flag); end function sys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes(A,B,C,D)sizes = simsizes;sizes.NumContStates = 5;sizes.NumDiscStates = 0;sizes.

7、NumOutputs = 1;sizes.NumInputs =1;sizes.DirFeedthrough =0;sizes.NumSampleTimes = 1; sys = simsizes(sizes);x0 = 0;0;0;0;0;str = ;ts = 0 0; function sys=mdlDerivatives(t,x,u,A,B,C,D)sys=zeros(5,1);sys(1)=x(2);sys(2)=x(3);sys(3)=x(4);sys(4)=x(5);sys(3)=-5.2*x(5)*x(4)-4.3*x(4)*x(3)-3.6*x(3)*x(2)-1.67*x(

8、2)*x(1)-x(1)+u; function sys=mdlUpdate(t,x,u,A,B,C,D)sys = ; function sys=mdlOutputs(t,x,u,A,B,C,D) sys =x(1); function sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u,A,B,C,D)sampleTime = 1; sys = t + sampleTime; function sys=mdlTerminate(t,x,u,A,B,C,D)sys = ; (4)点击模型窗工具条上的命令按钮进行系统分析计算。仿真结束后，双击Scope模块，查看运算结果如图4.2

9、所示。图4.2 题6.9系统仿真结果图作业3：建立PID控制器子系统，并进行封装，要求PID控制器的参数Kp、Ti、Td能够进行设定。解:1、PID是 Proportion Integration Differentiation的缩写，意思是比例积分微分控制系统，它的传递函数为： 式中：为比例系数；为积分系数；为微分系数；为积分时间常数；为微分时间常数。2、在Simulink中建立模型图，并修改三个增益参数分别为Kp、Ki、Kd，如下图所示：图5.1 PID控制系统模型图3、框选上述系统，EditCreat Subsystem，对PID进行封装，得到如下图所示的子系统：图5.2 创建Subsy

10、stem 图4、右击模块，Mask Subsystem，弹出对话框，Icon：disp（PID），Parameters：增加参数Kp、Ki、Kd。到此，完成了对PID的封装。5、将封装了的PID子系统进行应用到仿真系统中，建立如下图所示的Simulin模型图：图5.3 PID应用模型图双击PID，分别输入Kp、Ki、Kd的参数值，例如Kp=9，Ki=7.8，Kd=5.2,仿真采用默认的ode45算法，运行后结果如下图所示： 图 5.4 Kp=9，Ki=7.8，Kd=5.2时仿真结果图参考资料：1、吴振顺著机电液控制系统数字仿真与CAD2006年7月，哈尔宾工业出版社。2、刘金昆著先进PID控制MATLAB仿真（第二版）2004年9月，电子工业出版社。