8.6控制系統(tǒng)的Simulink仿真實(shí)訓(xùn)8.6.1實(shí)訓(xùn)目的:1.學(xué)會(huì)運(yùn)用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)仿真；2.了解子系統(tǒng)的創(chuàng)建方法及簡(jiǎn)單應(yīng)用；3.運(yùn)用Simulink實(shí)現(xiàn)混沌控制系統(tǒng)的仿真；4.運(yùn)用Simulink實(shí)現(xiàn)伺服跟蹤系統(tǒng)等系統(tǒng)的仿真；8.6.2實(shí)訓(xùn)內(nèi)容：1.按照?qǐng)D8-39所示建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖文件。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。仿真文件：sx8620101.mdl系統(tǒng)穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)誤差為0；（2）K=200,紀(jì)錄圖示三處的波形，根據(jù)曲線分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。仿真文件：sx8620102.mdl由輸出曲線可以看出閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定；（3）編寫(xiě)程序求取K=200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。2.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。圖8-40(3)利用創(chuàng)建的子系統(tǒng),分別記錄時(shí)所示系統(tǒng)的輸出波形。a=2a=4a=6a=8a=103.已知四維混沌系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程如下，試用Simulink進(jìn)行仿真。（1）四個(gè)積分器的初始值自定，建議在（0.01，3.0）范圍內(nèi)隨機(jī)給出。（2）給出記錄以下命令的相關(guān)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(shù)中仿真時(shí)間設(shè)為0-100s;4個(gè)積分器的初始值本仿真設(shè)置的數(shù)值依次為0.1，0.2，0.3，0.4；仿真文件建立完成后設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，運(yùn)行；然后在命令窗口運(yùn)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(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為,求取系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng),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如下對(duì)PID模塊進(jìn)行封裝后得到運(yùn)行結(jié)果：結(jié)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)的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要的影響。5.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：，，，,,,,,,,,,,（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（1）利用Simulink求取系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。（2）繪制開(kāi)環(huán)系統(tǒng)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(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)，時(shí)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(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。試通過(guò)Simulink仿真繪制系統(tǒng)在，時(shí)：，（1）系統(tǒng)在單位階躍輸入下的響應(yīng)曲線，。（2）系統(tǒng)對(duì)單位階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線，，。（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，，。8.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。漫游車全重10.4kg，可由地球上發(fā)出的路徑控制信號(hào)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)家宇航局又發(fā)射了“勇氣號(hào)”火星探測(cè)器?！岸毫粽咛?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：15～100；0.42～2.8。(1)設(shè)60，0.4，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。(2)設(shè)(3)設(shè),繪制系統(tǒng)的根軌跡圖，分析使系統(tǒng)穩(wěn)定的的取值范圍。70，0.6，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幅值裕度。解：(1).建立SIMULINK仿真文件sx8620801.mdl(2)設(shè),繪制系統(tǒng)的根軌跡圖，分析使系統(tǒng)穩(wěn)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)