控制系统仿真及CAD 2-1 SIMULINK仿真

控制系统仿真及CAD——SIMULINK仿真主讲人：王彪南京航空航天大学自动化学院2009.09控制系统MAD过程被控对象系统模型控制系统系统特性理论分析仿真分析设计理论知识演绎推理归纳总结实验数据建模验证SIMULINKMATLAB内建函数借助MATLAB自编代码实验分析系统分析方法„解析法：运用已掌握的理论知识对系统在理论上进行分析、计算的方法（本课借助计算机）„实验法：对已建立的实物系统施加一定类型的信号，然后测试系统响应，并以此来确定系统性能的方法„仿真法：在实物系统的模型（包括数学模型和物理模型）上对系统进行分析、设计、验证的实验方法1)()(+=ΩTsKsUs稳定性上升时间截止频率球杆系统方框图与数学模型asb+s1)(θαf=sin275sg−θωαxuαsin7522gdtxd−=⎩⎨⎧+=+=θθsincos101101lyylxxγβα+=3131arctanxxyy−−=γ31322231232arccoslllll−+=β23123131)()(yyxxl−+−=3.64796499.63==ba直流电机曲柄摇杆横梁小球直流电机空载转速仿真—Simulink模块参数设置仿真参数设置SignalRouting模块名称设置曲线颜色区分MathOperations模块字体设置幅值比例Sources幅值衰减时间延迟State-Space&InitialStates状态空间初始状态直流电机转角系统仿真—Simulink„模型问题„单位问题Solvers„Fixed-step‰Continuous„ode1(Euler)„ode2(Heun)„ode3(Bogacki-Shampine)„ode4(Runge-Kutta)„ode5(Dormand-Prince)‰Discrete„Variable-step‰Continuous„ode45(Dormand-Prince)„ode23‰DiscreteWhatisstep?曲柄摇杆机构仿真—Simulink曲柄摇杆机构仿真方框图化简α角正、负半周的幅值与耗时横梁小球机构仿真—Simulink横梁小球边界运动仿真—Simulink直流电机拖动中的非线性仿真球杆系统仿真—Simulink„子系统模块控制系统设计与实现„含义：拟定控制器的类型、结构形式及确定其参数的工作；„方法：‰经典控制方法：根轨迹法、频率响应法‰现代控制方法：最优控制、状态空间法„CAD：以计算机为辅助工具1)()(+=ΩTsKsUs„被控对象：„性能指标要求：‰转角伺服控制‰无稳态误差‰阻尼比‰峰值时间直流永磁电机转角控制系统设计5147.376224.66+ss1ωuθ707.0=ζstp05.0=控制方案？？控制规律？？稳、准、快直流永磁电机转角伺服控制方案„反馈控制：保证伺服控制稳定性„被控对象为I型系统：保证系统无稳态误差„控制形式：调节系统动态性能，但不应改变上述静态性能‰串联PID反馈控制‰双闭环速度反馈控制„控制规律：因方案、指标等而异„参数整定手段：利用仿真试验查看系统的动静态特性直流永磁电机串联PID反馈控制„控制形式：„控制规律：sKsKKsEsUDIP++=)()(??,==DPKK5147.376224.66+ss1ωuθPIDer−串联PD反馈控制参数整定„利用仿真整定参数：‰只调节比例KP，掌握变化规律‰只调节微分KD，掌握变化规律‰同时调节KP与KD，满足指标要求„利用理论计算指导参数整定：bKsbKasbKbsKsRsPDPD++++=Θ)()()(22nPbKω=nDbKaζω2=+21ζωπ−=npt323.1514.1188577.88===DpnKKω串联PD反馈控制仿真验证直流永磁电机双闭环速度反馈控制„控制形式：„闭环传递函数：bKsbKasbKsRsPDP+++=Θ)()()(25147.376224.66+ss1ωuθPKeDKr−−双闭环速度反馈控制仿真验证单速率采样控制系统仿真5147.376224.66+ss1ωuθPIDdedr−DA/AD/ZOHTA/D与D/A的采样速率一般相同数字PID转角控制系统仿真多速率采样控制系统仿真5147.376224.66+ss1ωuθPKeDKr−−DA/DA/AD/采样速率可以相同也可以不同速度反馈采样控制系统仿真仿真举例„数学仿真‰球杆系统仿真‰RLC电路仿真‰汽车减振仿真„物理仿真‰飞行仿真：物理效应设备‰神六仿真：仿真器