控制系统数字仿真.doc

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1、现代工程控制理论——控制系统数字仿真技术现代工程控制理论实验报告实验名称：控制系统数字仿真技术实验时间：2015/5/3第15页/共15页现代工程控制理论——控制系统数字仿真技术目录一、实验目的3二、实验内容3三、实验原理3四、实验方案61、分别离散法；62、整体离散法；73、欧拉法94、梯形法105、龙格——库塔法11五、实验结论12小结：14第15页/共15页现代工程控制理论——控制系统数字仿真技术一、实验目的1、探究多阶系统状态空间方程的求解；2、探究多种控制系统数字仿真方法并对之进行精度比较；二、实

2、验内容1、对上面的系统进行仿真，运用分别离散法进行分析；2、对上面的系统进行仿真，运用整体离散法进行分析；3、对上面的系统进行仿真，运用欧拉法进行分析；4、对上面的系统进行仿真，运用梯形法进行分析；5、对上面的系统进行仿真，运用龙泽——库塔法进行分析；6、对上面的几种方法进行总计比较，对他们的控制精度分别进行分析比较；三、实验原理1、控制系统状态空间方程整体离散法的求解；控制系统的传递函数一般为有两种控制框图简化形式如下：第15页/共15页现代工程控制理论——控制系统数字仿真技术KI控制器可以用框图表示如下

3、：惯性环节表示如下：高阶系统的框图如下对于上面的框图可以简写传递函数根据各环节间的关系可以列写出式子中出现的系数A、B、C和D，下面进行整体离散法求传递函数的推导第15页/共15页现代工程控制理论——控制系统数字仿真技术这样，如果知道系数，就可以知道高阶系统的传递函数和状态空间方程。1、在控制系统的每一个环节都加一个采样开关，构成分别离散法求解系统的状态空间方程；第15页/共15页现代工程控制理论——控制系统数字仿真技术采样开关其实是一个零阶保持器比例环节：积分环节：惯性环节：一、实验方案1、分别离散法；系

4、统框图根据上面提到的分别离散法得到仿真的公式已知系数：K1=0.93;K2=2.086;T1=73.3;T2=96.1;n1=2;n2=4;kp1=0.32;第15页/共15页现代工程控制理论——控制系统数字仿真技术ki1=0.0018;kp2=2;ki2=0.00008;惯性环节的系数：fai1=exp(-dt/T1);faiM1=1-fai1;fai2=exp(-dt/T2);faiM2=1-fai2;PID控制环节：up1=e*kp1;x(1)=x(1)+ki1*dt*e；up2=e1*kp2;x(2

5、)=x(2)+ki2*dt*e1;惯性环节：x(3)=fai1*x(3)+K1*faiM1*u1;x(4)=fai1*x(4)+faiM1*x(3);x(5)=fai2*x(5)+K2*faiM2*x(4);x(6)=fai2*x(6)+faiM2*x(5);x(7)=fai2*x(7)+faiM2*x(6);x(8)=fai2*x(8)+faiM2*x(7);1、整体离散法；将系统框图拆开系统的状态空间方程为：第15页/共15页现代工程控制理论——控制系统数字仿真技术可以得到此时状态方程的系数第15页/共

6、15页现代工程控制理论——控制系统数字仿真技术由上面的推导可知求出就可以得到系统的状态空间方程在Matlab中仿真时为fori=1:n1*n2faiM=faiM+(dt^i)*(a^(i-1))/factorial(i);endfai=faiM*a+eye(n1*n2);faiM=faiM*b;forj=1:lpx=fai*x+faiM*r;y=c*x+d*r;y1=[y1y];t=[tj*dt];end1、欧拉法由上面已经求出系统的状态空间方程，所以这里直接引用，欧拉法的求解过程如下：第15页/共15页现

7、代工程控制理论——控制系统数字仿真技术在Matlab中的仿真程序如下：fori=1:lpxk=a*x+b*r;x=x+xk*dt;y=c*x+d*r;y1=[y1y];t=[tdt*i];end1、梯形法类似于欧拉法，梯形法的推导如下在Matlab中仿真的程序如下：fori=1:lpxk=a*x+b*r;xk1=x+dt*xk;xk2=a*xk1+b*r;E=(xk+xk2)/2;x=x+dt*E;y=c*x+d*r;y1=[y1y];t=[tdt*i];end2、龙格——库塔法第15页/共15页现代工程控

8、制理论——控制系统数字仿真技术推导如下：在Matlab中的仿真程序如下：fori=1:lpe1=a*x+b*r;xk1=x+dt*e1/2;e2=a*xk1+b*r;xk2=x+dt*e2/2;e3=a*xk2+b*r;xk3=x+dt*e3/2;e4=a*xk3+b*r;E=(e1+e2+e3+e4)/6;x=x+dt*E;y=c*x+d*r;y1=[y1y];t=[tdt*i];end一、实验结论第15页/共