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时间:2019-08-11
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1、《仿真技术》实验指导书实验一连续系统的数字仿真一、实验目的1.熟悉Matlab中m文件的编写;2.掌握龙格-库塔法的基本原理。二、实验设备计算机、MATLAB软件三、实验内容假设单变量系统如图所示。试根据四阶龙格-库塔法,求系统输出y的动态响应。_+r=5y1.首先把原系统转化为状态空间表达式:,根据四阶龙格-库塔公式,可得到:(1)其中:(2)根据(1)、(2)式编写仿真程序。2.在Simulink环境下重新对上述系统进行仿真,并和1中结果进行比较。四、实验结果及分析要求给出系统输出响应曲线,并分
2、析计算步长对龙格-库塔法的影响。五、思考题1.试说明四阶龙格-库塔法与计算步长关系,它与欧拉法有何区别。实验二面向结构图的仿真一、实验目的1.掌握连接矩阵及系统状态方程的确定方法;2.掌握面向结构图的仿真方法。二、实验设备计算机、MATLAB软件三、实验内容假设某系统由三个典型环节组成,如下图所示,求输出量y的动态响应。_+r=10y仿真基本步骤:1.给定输入信号,确定典型环节及环节参数;2.确定连接矩阵;3.输入仿真时间和计算步长;4.求H,H-1和Q阵,确定A、B阵;5.根据龙格-库塔法求状态方
3、程的解;6.根据1~5编写仿真程序。四、实验结果及分析五、思考题1.典型环节的确定必须满足什么条件?实验三连续系统的快速仿真一、实验目的1.熟悉增广矩阵的构建方法;2.掌握连续系统的快速仿真基本原理。二、实验设备计算机、MATLAB软件三、实验内容假设某系统结构图如下,要求采用快速仿真方法求系统输出响应。_+r=10y仿真基本步骤:1.给定输入信号,确定典型环节及环节参数;2.确定连接矩阵;3.输入仿真时间和计算步长;4.求H,H-1和Q阵,确定A、B阵;5.构建增广矩阵;6.采用增广矩阵法求齐次方
4、程的解和系统输出响应。根据1~6编写仿真程序。四、实验结果和分析五、思考题1.增广矩阵法和四阶龙格-库塔法有何区别?实验四离散相似法仿真一、实验目的1.掌握离散化的基本原理;2.掌握非线性系统的离散化仿真方法。二、实验设备计算机、MATLAB软件三、实验内容已知非线性系统结构图如下,求系统输出响应。y_+r=10滞环非线性特性y1.给定参考输入,输入仿真时间,采样周期(T=0.1s);2.将被控对象离散化;3.给定参数初始值;4.计算误差和非线性环节输出;5.计算系统输出;6.参数值更新;7.若仿真
5、时间到,则结束,否则转1。编写仿真程序,求解系统输出响应。四、实验结果及分析五、思考题1.试比较零阶保持器与双线性变换法区别。实验五采样控制系统的数字仿真一、实验目的3.掌握采样控制系统基本原理;4.掌握常用的离散化方法;5.掌握采样控制系统的仿真方法。二、实验设备计算机、MATLAB软件三、实验内容已知采样系统结构如下图所示,求系统的输出响应。y_+r=11PID控制器将系统中连续部分采用零阶保持器离散化,系统采用离散化方法进行仿真(同步采样),其具体步骤如下:1、给定参考输入,输入仿真时间,采样
6、周期(T=0.1s),PID控制器参数;2、将被控对象按零阶保持器方法离散化;3、给定参数初始值;4、计算误差和控制器输出;5、计算系统输出;6、参数值更新7、若仿真时间到,则结束,否则转1。编写仿真程序,并调整控制器参数,使得系统输出响应较为合理。四、实验结果及分析五、思考题1.同步采样与异步采样在程序实现上有何区别?实验六串联超前校正一、实验目的1.掌握超前校正装置的基本特性;2.熟悉串联超前校正方法。二、实验设备计算机、MATLAB软件三、实验内容设有一单位负反馈系统,其开环传递函数为:,要求
7、系统的稳态速度误差系数kv=20(1/s),相位裕量r>50,幅值裕量kg>10db,试确定串联校正装置。设计基本步骤:1.根据性能指标确定开环增益k;2.利用确定的开环增益k画出未校正系统的Bode图,并求其相位裕量r0和幅值裕量kg;3.确定所需增加的超前相位角,一般取5~15;4.令超前校正装置最大超前角,则;5.将校正装置的最大超前相位角处的频率作为校正后系统的剪切频率,则:;6.根据,可求得:;7.画出校正后系统Bode图,检验指标是否满足,如不满足,增大重新设计。四、实验结果及分析五、思
8、考题1.简述串联超前校正的基本思想。实验七控制系统的计算机辅助分析一、实验目的1.掌握控制系统的稳定性分析;2.掌握控制系统的时域分析;3.学会利用MATLAB软件求解控制系统性能指标。二、实验设备计算机、MATLAB软件三、实验内容1.已知闭环系统的开环传递函数为判断系统的稳定性,并给出不稳定极点。2.对于典型二阶系统试绘制出自然振荡频率ωn=6,阻尼比ξ=0.2时系统的单位阶跃响应,并求出稳态误差、上升时间,最大超调量及调节时间。四、实验结果及分析实验八积分分离P
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