第四章 面结构图的数字仿真法.ppt

第四章 面向结构图的数字仿真法 第四章 面向结构图的数字仿真法 第四章 面向结构图的数字仿真法 很容易改变某些参数环节，便于研究各环节参数对系统的影响。 不需要计算出总的传递函数，并且可以直接得到各个环节的动态性能。 系统中含有非线性环节时也比较容易处理。 第四章 面向结构图的数字仿真法 4.1 典型环节仿真模型的确定 在第二章第四节中已经介绍了状态方程离散化的方法，即对一个状态方程加入虚拟的采样器和保持器，当采样频率合适时则可实现信号重构。面向结构图仿真方法其基本思想就是将结构图化简为各个典型环节组成，然后在各个典型环节前加入虚拟的采样器和保持器使各环节独自构成一个便于计算机仿真的差分方程。本节就是求出个典型环节对应的离散状态方程得系数矩阵 ，即 。 1.积分环节 积分环节如图4.1.1所示，其传递函数可写为 (4.1.1) 4.1 典型环节仿真模型的确定 状态方程为 (4.1.2) 根据(2.4.9)式可得 图4.1.1 积分环节结构图 其中 。离散状态方程为 (4.1.3) 4.1 典型环节仿真模型的确定 2.比例积分环节 比例积分环节如图4.1.2所示。显见，状态方程与积分环节一致，不同的是输出方程、传递函数可写为 (4.1.4) 其中： ， 。 根据(2.4.9)式，比例积分环节的状态方程和输出方程可写为 (4.1.4) 图4.1.2 比例积分环节结构图 4.1 典型环节仿真模型的确定 显见， ， 同积分环节一样，仅离散状态方程中的输出方程与(4.1.3)是不一样。即 (4.1.6) 3.惯性环节 惯性环节的结构图如图4.1.3所示，其传递函数可写为 (4.1.7) 4.1 典型环节仿真模型的确定 其中: , 环节的状态方程和输出方程为 (4.1.8) 图4.1.3 惯性环节结构图 根据(2.4.9)式，其差分方程的各项系数为 4.1 典型环节仿真模型的确定 离散状态方程为 (4.1.9) 4.比例惯性环节 比例惯性环节的结构图如图4.1.4所示。传递函数可写为 (4.1.10) 其中: , , 。  4.1 典型环节仿真模型的确定 状态方程为 (4.1.11) 图4.1.4 比例惯性环节结构图 显见状态方程与惯性环节一样，故 （T）， m（T）， m（T）的计算也一样，仅输出方程不一样，故得离散状态方程为 (4.1.12) 4.1 典型环节仿真模型的确定 处理上述几种典型环节外，常用的还有二阶环节 ，它可由图4.1.5所示结构组成。 图4.1.5 二阶环节等效结构图 可见高阶环节均可用前述几种典型环节获得。 4.2 结构图离散相似法仿真 面向结构图模型的离散相似法仿真除了需要建立典型环节的差分式外，还需要建立能描述系统连接方式的方程。在上一节的基础上，本节将进一步介绍系统连接矩阵的建立和面向结构图模型的离散相似法仿真方法以及计算程序的实现。 一、连接矩阵 上一节，介绍了环节离散化方法以及所得到的差分方程模型的形式。但这仅仅表示了各个单独环节输入和输出之间的关系。为了实现面向结构图离散相似法仿真，还必须把这些环节按照系统结构图的要求连接起来、以保证正确的计算次序。设系统的第 个环节输入、输出分别用