第六章 基于Simulink的控制系统仿真.ppt

第六章 基于Simulink的控制系统仿真 目 录一、过程控制概述二、过程控制系统的数学模型三、拉普拉斯与传递函数四、控制系统的分类五、不同控制系统的仿真实例 （一）一阶线性定常（时不变）连续系统仿真实例 （二）连续控制系统仿真实例 1. 连续控制系统仿真模块的使用 2. 连续控制系统的微分方程描述 3. 连续控制系统的三种常用传递函数控件 （三）离散控制系统仿真实例 1. 离散控制系统仿真模块的使用 2. 离散控制系统的差分方程描述 3. 离散控制系统的常用控件使用 4. 离散控制系统的三种常用传递函数控件 一、过程控制概述 二、过程控制系统的数学模型 三、拉普拉斯与传递函数 1. 拉普拉斯(Laplace)变换 设函数 若满足： （1）当 时， （2）当 时，实函数 的积分 在s的某一域内收敛，则定义 的拉普拉斯变换为 拉氏变换 拉氏逆变换 常用函数拉氏变换表 例：解方程 ,其中 3）拉氏变换的基本性质 1、线性性质（叠加原理） 2. 传递函数 四、控制系统的分类 五、不同控制系统的仿真实例 连续模块（Continuous） Integrator：输入信号积分 Derivative：输入信号微分 State-Space：线性状态空间系统模型 Transfer-Fcn：线性传递函数模型 Zero-Pole：以零极点表示的传递函数模型 Memory：存储上一时刻的状态值 Transport Delay：输入信号延时一个固定时间再输出 Variable Transport Delay：输入信号延时一个可变时间再输出 离散模块（Discrete） Discrete-time Integrator：离散时间积分器 Discrete Filter：IIR与FIR滤波器 Discrete State-Space：离散状态空间系统模型 Discrete Transfer-Fcn：离散传递函数模型 Discrete Zero-Pole：以零极点表示的离散传递函数模型 First-Order Hold：一阶采样和保持器 Zero-Order Hold：零阶采样和保持器 Unit Delay：一个采样周期的延时 Difference：离散微分 Discrete Derivative：派生离散微分 Discrete-Time Integrator：离散积分 输入u(t) 输出x1(t) 输出x2(t) 输出x3(t) 输入u(t)+x3(t) 输入x2(t) A B C D u(t)为输入，y(t)为输出，子系统1的输出x1、子系统2的输出x2、子系统3的输出x3均作为状态。 下述两个模型产生的输出是一样的 动态连续模型的仿真求解器设置 两种打开方式 1、按下Ctrl+E可打开仿真求解器； 2、选择“Simulation”下拉菜单中的“Model Configuration Parameters”子菜单。 设置好仿真求解器后再运行仿真模型！ （三）离散控制系统仿真实例 1. 离散控制系统仿真模块的使用 （Discrete离散系统仿真模块的使用） Discrete（离散系统模块库） 2. 离散控制系统的差分方程描述 离散动态系统 系统具有不同数量的输入和输出。系统的输入为 u，输出为 y，输出 y 为输入 u 的某种变换。 对于一个简单的系统，输入 u 一般为时间变量，即 u(t)，输出变量 y 与输入 u 的当前值有关，给出一个输入 u 的值就会有一个对应的输出值 y 对应，即 y 是 u 的一个函数。 时间 t 不是连续变化的，仅在离散的时间上取值，而且离散的时间具有相同的时间间隔，系统每隔固定的时间间隔才“更新”一次，即输入 u 的值和输出 y 的值改变一次。固定的时间间隔称为系统的采样周期。 （1）常规数学方程描述 系统输入变量：u(n) 系统输出变量：y(n) n：系统的采样时刻 数学模型描述为： y(n)=f(u(n),u(n-1),…;y(n-1),y(n-2),…) 离散动态系统的两种数学描述 （2）差分方程形式描述 系统输入变量：u(n) 系统输出变量：y(n) 系统时刻：n 系统的状态变量：x(n) 3. 离散控制系统的常用控件使用 工程上对控制系统的基本要求 1.稳：（基本要求）