计算机仿真课程设计(2)

Keywords: MATLAB simulation

目录

一. 封面……………………………………………………………..1

二. 课程设计任务书………………………………………………..2

三. 摘要……………………………………………………………..7

四. 目录…………………………………………………………......9

五. 课程设计的目的………………………………………………..10

六. 课程设计用的仪器与器件……………………………………..10

七. 课程设计的具体内容…………………………………………..10

八. 心得体会………………………………………………………..28

九. 参考文献………………………………………………………..29

十. 附录（程序）…………………………………………………..30

五．课程设计的目的

（1）学习并掌握MATLAB软件的程序编写与调试，以及计算机仿真技术的应用。

（2）运用MATLAB 软件处理和仿真,分析所建立的控制系统模型的可行性。

（3）学会运用Simulink对动态系统进行建模、仿真和分析。

六．课程设计用的仪器与器件

硬件： PC计算机

软件： MATLAB7.0

七．课程设计的具体内容

[2号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真

设连续被控对象的实测传递函数为：

G(s) 668 (s+2) (s+6)s2 (s+1) (s+5) (s+8)

用零阶保持器离散化，采样周期取0.2秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹

控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。

1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB描述。

>> z=[-2 -6];p=[0 0 -1 -5 -8];k=668;

>> Gs=zpk(z,p,k)

Zero/pole/gain:

668 (s+2) (s+6)

---------------------

s^2 (s+1) (s+5) (s+8)

2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。

>> Gz=c2d(Gs,0.2,'zoh') Zero/pole/gain:

0.68436 (z+2.904) (z-0.6703) (z-0.3011) (z+0.1908)

--------------------------------------------------

(z-1)^2 (z-0.8187) (z-0.3679) (z-0.2019)

Sampling time: 0.2

3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。

>> [a,b,c]=zpkdata(Gz)

a = [4x1 double]

b = [5x1 double]

c = 0.6844

>> Gz=zpk(a,b,c,0.2,'variable','z^-1')

Zero/pole/gain:

0.68436 z^-1 (1+2.904z^-1) (1-0.6703z^-1) (1-0.3011z^-1) (1+0.1908z^-1)

-----------------------------------------------------------------------

(1-z^-1)^2 (1-0.8187z^-1) (1-0.3679z^-1) (1-0.2019z^-1)

Sampling time: 0.2

4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭

环系统稳定的要求。

>> syms z b0 b1 a0 a1 a2 a3

>> Gez=(1-z^-1)^3*(1+b0*z^-1)

Gez =

(1-1/z)^3*(1+b0/z)

5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳定

的要求。

>> Gcz=z^-1*(1+2.904*z^-1)*(a0+a1*z^-1+a2*z^-2)

Gcz =

1/z*(1+363/125/z)*(a0+a1/z+a2/z^2)

6、根据4、5、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。

>> f1=subs(Gcz,z,1)-1

f1 =

488/125*a0+488/125*a1+488/125*a2-1

>> f2=subs(diff(Gcz,1),z,1)

f2 =

-851/125*a0-1339/125*a1-1827/125*a2

>> f3=subs(diff(Gcz,2),z,1)

f3 =

2428/125*a0+5106/125*a1+1752/25*a2

>> [a0j a1j a2j]=solve(f1,f2,f3)

a0j =

150061125/116214272

a1j =

-94337625/58107136

a2j =

68382125/116214272

>> A=double([a0j a1j a2j])

A =

1.2912 -1.6235 0.5884

>> Gcz=subs(Gcz,[a0 a1 a2],A)

Gcz =

1/z*(1+363/125/z)*(5815251560779019/4503599627370496-7311647450616351/45035996273

70496/z+5299963719925943/9007199254740992/z^2)

>> Gez=(1-z^-1)^3*(1+b0*z^-1)

Gez =

(1-1/z)^3*(1+b0/z)

>> f4=subs(Gez,z,-2.904)-1

f4 =

68382125/47832147-14526784000/17363069361*b0

>> boj=solve(f4)

boj =

198581691/116214272

>> B=double(boj)

B =1.7088

>> Gez=subs(Gez,[1 b0],[1 boj])

Gez =

(1-1/z)^3*(1+198581691/116214272/z)

7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。

>>

Gz=0.68436*z^-1*(1+2.904*z^-1)*(1-0.6703*z^-1)*(1-0.3011*z^-1)*(1+0.1908*z^-1)/(1-z^-

1)^2/(1-0.8187*z^-1)/(1-0.3679*z^-1)/(1-0.2019*z^-1)

Gz =

17109/25000/z*(1+363/125/z)*(1-6703/10000/z)*(1-3011/10000/z)*(1+477/2500/z)/(1-1

/z)^2/(1-8187/10000/z)/(1-3679/10000/z)/(1-2019/10000/z)

>> Dyz=Gcz/Gez/Gz

Dyz =

25000/17109*(5815251560779019/4503599627370496-7311647450616351/4503599627370496/z+5299963719925943/9007199254740992/z^2)/(1-1/z)/(1+198581691/116214272/z)/(1-6703/10000/z)/(1-3011/10000/z)/(1+477/2500/z)*(1-8187/10000/z)*(1-3679/10000/z)*(1-2019/10000/z)

8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。

>> [N,D]=numden(simplify(Gcz));

>> numc=sym2poly(N)

numc =

1.0e+018 *

1.4538 2.3940 -4.6458 1.9239

>> denc=sym2poly(D)

denc =

1.0e+018 *

1.1259 0 0 0 0

>> t=0:0.2:10

t =

Columns 1 through 14

0 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000 1.2000 1.4000 1.6000

1.8000 2.0000 2.2000 2.4000 2.6000

Columns 15 through 28

2.8000 3.0000 3.2000 3.4000 3.6000 3.8000 4.0000 4.2000

4.4000 4.6000 4.8000 5.0000 5.2000 5.4000

Columns 29 through 42

5.6000 5.8000 6.0000 6.2000 6.4000 6.6000 6.8000 7.0000

7.2000 7.4000 7.6000 7.8000 8.0000 8.2000

Columns 43 through 51

8.4000 8.6000 8.8000 9.0000 9.2000 9.4000 9.6000 9.8000 10.0000

>> u=0.5*(t.^2)

u =

Columns 1 through 14

0 0.0200 0.08 …… 此处隐藏：3291字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……