第二十八届（2012）全国直升机年会论文
基于SIMULINK的直升机综合热能管理系统仿真
薛浩甘晓燕唐宇
（北京陆军航空兵学院机械系，北京，101123）
摘要：机载综合热能管理可以实现机上能量互补，是直升机的发展方向。本文根据直升机特点提出两种热能管理系统方案，并利用数学模型在SIMULINK平台上搭建仿真模块，在一定高度和速度下设计了系统的结构尺寸，在不同高度和速度下利用控制器控制各阀门和泵的转速，使系统能满足温度压力等要求，结果表明，利用综合热能管理系统可以实现对全机热量的统一管理与调配，实现能量互补。
关键词：综合热能管理系统；稳态仿真；SIMULINK；
0 引言
随着直升机综合技术的发展，机上环控系统和各种热源可以进行能量的互补利用，综合热能管理系统就是实现这一目的的，它是传统的环控系统向新一代热能管理组件技术上的一次升级，如美国战斗机F22上就采用了这种系统。这种复杂的热工系统具有两大技术特征：1、把过去机上的空气制冷系统、蒸汽制冷系统、液体冷却系统、滑油散热系统、发动机燃油系统等大量存在“热量和能量交换”的相关系统有机的关联融合起来，设计制造成经济性好、可靠性高的综合热能系统。2、采用先进的数字化综合控制技术完成复杂系统内部热量与能量的统一调配与管理，达到全机热能的最佳利用[1]。
与传统环控系统相比具有能源利用率高，重量轻等优点，因此进行机载综合热能管理，实现能量的合理利用是未来直升机一体化设计的一个发展方向。本文基于此目的提出直升机综合热能管理系统方案，并进行了仿真计算。
1 综合热能管理系统
1.1 系统概述
根据直升机环控和热源特点[2]，提出两种综合热能管理系统方案，系统原理见图1，图2，其中图1为一般直升机综合热能管理图，图2为带有大功率电子设备（如大功率雷达）的原理图，图1的系统包括3个子系统：(1) ACS(空气循环系统)；(2)润滑油循环系统；(3)燃油循环系统。图2增加了VCS(蒸发循环系统)和冷却液循环系统。
图1系统其原理为：ACS为简单式，主要向座舱和电子舱提供足够的制冷量，以达到空气调节的目的。气源来自发动机或辅助动力装置，一路经过空气散热和燃油散热降温除水，再经过涡轮膨胀降温除水，一部分供给电子设备舱，一部分与另一路热气混合后供给驾驶舱和客舱；燃油循环系统利用燃油吸收其他系统热量，并提高燃油温度以提高燃烧效率，来自油箱的燃油经过空气-燃油换热器吸收热量，再经过燃油-滑油换热器吸收滑油热量，一部分供给发动机燃烧，一部分经过散热后流回油箱；滑油循环系统利用燃油来降温；ACS中涡轮输出功带动风扇，驱动大气对燃油和ACS气体降温。
图2系统对比图1系统增加了 VCS和冷却液循环系统，以提高对大功率电子设备的散热效果，在燃油循环系统中，燃油经过燃油-空气换热器，再经过VCS中的冷凝器以吸收热量；冷却液循环系统直接吸收电子设备A的热量，并通过蒸发器将电子舱B的热负荷传递给VCS，VCS采用蒸汽压缩式
制冷循环。在系统中，燃油以此经过各换热器吸收热量，从而作为热沉，实现全机综合热能管理。
图1 系统1原理图
图2 系统2原理图
1.2 参数选择
取一般巡航状态，飞行高度1km ，马赫数0.25作为系统的设计状态点，冷却燃油最高温限为160℃，燃油箱的温度与大气温度相同，滑油换热器滑油出口温度要求低于60℃，电子舱A 的出口温度要求低于50℃，座舱排气温度要为23℃。座舱热载荷随高度变化，电子舱A 、B 热载荷分别为3kw 和25kw ，滑油热载荷为10kw 。冷却液为PAO(聚α烯烃)，制冷剂为氟利昂R134a 。[1]
环路流量的
设定为：燃油流量0.5kg/s ，冷却液流量1.8 kg/s ，蒸发循环工质流量0.56 kg/s ，滑油流量0.1 kg/s 。
[3]
2 系统建模
本文所研究的综合热能管理系统各部件的数学模型是通过理论分析或特性曲线的拟合建立的。各部件模型只对系统运行情况进行模拟，不对部件内部的运行机制作深入研究，故建立的模型主要是能反映输入输出参数之间的关系。主要部件基本数学模型为：
2.1换热器数学模型
无相变换热器均为三角翅片叉流型式，温度的计算采用NTU -η法：[4]
换热量：)(,2,1min in in T T C -=Φη温度：in
in out C T T Φ
-
= 其中：η为换热效率
]}1)[ex p(ex p{178
.0**
22.0---=NTU C C
NTU η NTU 表示换热单元数；
)
,min(,2,1min in in C C C =，
w
c C p =，
p c 为比热，w 为质量流量。
2.2涡轮风扇数学模型
风扇升温：21t c c w T T t w =+
?；风扇压比： 3.5(1)c c c ci
t t πη?=+ 涡轮温度：)))1(1(1(112k k t
t T T ---=πη；
涡轮功率：])1(1[11k
k t
t p t t T c w W --=πη
其中w 为质量流量，c π为压比，t π为膨胀比，η为效率，k 为绝热指数。
2.3 流量泵模型
由相似方程计算：
D D w n n w = D D
P n
n P 33
=
D n ，D w ，D P 为额定转速，额定流量和额定功率。 2.4 冷凝器与蒸发器数学模型
冷凝器分两相区、过热区和过冷区；蒸发器分两相区和过热区。[2][3]
制冷剂侧换热能量守衡方程：
T KF h h m
Q R out R in R R ?=-=)(,, PAO 侧能量守衡方程：
R L out L in p L Q T KF T T c m
=?=-)(,, 其中：
L
w R F R F KF )(1
)(1100αηαη++= R m 为质量流量，h 为焓值，F 为换热面积，0η为换热效率，α为换热系数。[5]
3 系统仿真
该系统仿真在SIMULINK 平台上进行，利用模块化建模的思想，分别建立各个部件的数学模型
[6]
，然后将各个子系统连接成整个系统（图3）。仿真计算时考虑到系统在设计状态和非设计状态的
运行。设计状态用来确定模型的结构参数，非设计计算状态用来验证模型。表1为设计状态下各环路流量的值。
图3 综合热能管理系统SIMULINK 模型
在仿真过程中发动机引气口冷路阀门及时调整满足座舱和电子舱制冷要求，热路温控阀门及时调整以满足座舱供气温度的要求，冷却液环路流量控制器控制冷却液经过热载荷的出口温度满足要求，滑油流量控制器使滑油温度满足要求，燃油流量控制器保证燃油不会超温并满足散热要求。仿真结果可以在一定范围内的不同高度和速度下可以基本满足各子系统要求，在速度和高度较低的情况下，制冷量需求较大，需要较高的引气流量和液体流量，在高度较高时，座舱内需要制热，引气
量有所降低，在速度较大时，由于空气换热器冷边流量较大，引气量可以适当减少，大功率电子设备的散热效果主要取决于蒸发循环的流量。
4 结论
本文在SIMULINK下对提出的两种直升机综合热能系统进行了稳态仿真。结果表明，利用综合热能管理系统，能够有效利用能源热量互补，并且满足环控系统和其他子系统的要求。本文作为综合热能管理系统的初步研究，可以为系统部件设计提供参考，在进一步进行实验研究的基础上完成对于综合热能管理系统的建立。
参考文献
[1] R.S.Figliola,Robert Tipton. An Exergy-Based Methodology for Decision-Based Design of Integrated Aircraft Thermal
Systems[J].AIAA.2000-01-5527.
[2] 崔利,薛浩.直升机环控系统对比与展望[J].装备环境工程.2010 06(7-3)
[3] 薛浩.战斗机综合热能管理系统稳态仿真[J].飞机设计.2010.03
[4] 飞行器环境控制[M].北航出版社：寿荣中，何慧姗，2004
[5] 邹冰.飞机环境控制系统仿真及优化研究[D].北京：北京航空航天大学航空科学与工程学院，2005
[6] 宋俊，袁修干. MA TLAB在飞机环境控制系统仿真中的应用[J].北京航空航天大学学报.2002，28(1):44-46
Based on the helicopter integrated thermal management system
simulation in SIMUILNK
Xuehao Ganxiaoyan Tangyu
(Chinese army aviation institute. Beijing 101123)
Abstract: Airborne integrated thermal management can be achieved on energy complementary, it is the direction of development of the helicopter, based on helicopter characteristics two integrated thermal management system program use mathematical models to build a simulation module in SIMULINK platform, designed in a certain height and speed to make structure size of the system and use the controller to control the valves and the loop flow in different heights and speeds, allowing the system to meet the temperature and pressure requirements, the results show that the use of integrated thermal management system can be achieved on unified management of the heat and deployment of complementary energy.
Key words: Integrated thermal management system; SIMULINK;
基于Simulink的通信系统建模与仿真 ——模拟通信系统姓名：XX 完成时间：XX年XX月XX日
一、实验原理（调制、解调的原理框图及说明） AM调制 AM调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。AM调制原理框图如下 AM信号的时域和频域的表达式分别为 式中，为外加的直流分量；可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即。 AM解调 AM信号的解调是把接收到的已调信号还原为调制信号。 AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。 AM相干解调原理框图如下。相干解调的关键在于必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。 AM包络检波解调原理框图如下。AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。 DSB调制 在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络（＝1），调制信号中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号（DSB）。DSB调制原理框图如下 DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘，其时域和频域表示式分别为DSB解调 DSB只能进行相干解调，其原理框图与AM信号相干解调时完全相同，如图SSB调制 SSB调制分为滤波法和相移法。 滤波法SSB调制原理框图如下所示。图中的为单边带滤波器。产生SSB信号最直观方法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通特性的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。产生上边带信号时即为，产生下边带信号时即为。
《信息系统仿真课程设计》 课程设计报告 题目信息系统课程设计仿真 院（系）: 信息科学与技术工程学院 专业班级：通信工程1003 学生姓名： 学号: 指导教师：吴莉朱忠敏 2012年1 月14 日至2012年1 月25 日 华朴中科技大学武昌分校制 信息系统仿真课程设计任务书
20 年月日 目录 摘要 (5)
一、Simulink 仿真设计 (6) 1.1 低通抽样定理 (6) 1.2 抽样量化编码 (9) 二、MATLA仿真设计 (12) 2.1 、自编程序实现动态卷积 (12) 2.1.1 编程分析 (12) 2.1.2 自编matlab 程序： (13) 2.1.3 仿真图形 (13) 2.1.4 仿真结果分析 (15) 2.2 用双线性变换法设计IIR 数字滤波器 (15) 2.2.1 双线性变换法的基本知识 (15) 2.2.2 采用双线性变换法设计一个巴特沃斯数字低通滤波器 (16) 2.2.3 自编matlab 程序 (16) 2.2.4 仿真波形 (17) 2.2.5 仿真结果分析 (17) 三、总结 (19) 四、参考文献 (19) 五、课程设计成绩 (20) 摘要 Matlab 是一种广泛应用于工程设计及数值分析领域的高级仿真平台。它功能
强大、简单易学、编程效率高，目前已发展成为由MATLAB 语言、MATLAB 工作环境、MATLAB 图形处理系统、MATLAB 数学函数库和MATLAB 应用程序接口五大部分组成的集数值计算、图形处理、程序开发为一体的功能强大的系统。本次课程设计主要包括MATLAB 和SIMULINKL 两个部分。首先利用SIMULINKL 实现了连续信号的采样及重构，通过改变抽样频率来实现过采样、等采样、欠采样三种情况来验证低通抽样定理，绘出原始信号、采样信号、重构信号的时域波形图。然后利用SIMULINKL 实现抽样量化编码，首先用一连续信号通过一个抽样量化编码器按照A 律13折线进量化行，观察其产生的量化误差，其次利用折线近似的PCM 编码器对一连续信号进行编码。最后利用MATLAB 进行仿真设计，通过编程，在编程环境中对程序进行调试，实现动态卷积以及双线性变换法设计IIR 数字滤波器。 本次课程设计加深理解和巩固通信原理、数字信号处理课上所学的有关基本概念、基本理论和基本方法，并锻炼分析问题和解决问题的能力。
, 第12章 MATLAB Simulink系统仿真 习题12 一、选择题 1．启动Simulink后，屏幕上出现的窗口是（）。A A．Simulink起始页 B．Simulink Library Browser窗口 C．Simulink Block Browser窗口 D．Simulink模型编辑窗口 2．模块的操作是在（）窗口中进行的。D A．Library Browser B．Model Browser ( C．Block Editer D．模型编辑 3．Integrator模块包含在（）模块库中。B A．Sources B．Continuous C．Sinks D．Math Operations 4．要在模型编辑窗口中复制模块，不正确的方法是（）。B A．单击要复制的模块，按住鼠标左键并同时按下Ctrl键，移动鼠标到适当位置放开鼠标 B．单击要复制的模块，按住鼠标左键并同时按下Shift键，移动鼠标到适当位置放开鼠标 C．在模型编辑窗口选择Edit→Copy命令和Edit→Paste命令 D．右键单击要复制的模块，从快捷菜单中选择Copy命令和Paste命令 | 5．已知仿真模型如图12-41（a）所示，示波器的输出结果如图12-41（b）所示。 （a）仿真模型
（b ）示波器输出结果 图12-41 习题仿真模型及仿真结果 则XY Graph 图形记录仪的输出结果是（ ）。C A ．正弦曲线 B ．余弦曲线 C ．单位圆 D ．椭圆 】 二、填空题 1．Simulink （能/不能）脱离MATLAB 环境运行。 2．建立Simulink 仿真模型是在 窗口进行的。模型编辑窗口 3．Simulink 仿真模型通常包括 、系统模块和 三种元素。 信号源（Source ），信宿（Sink ） 4．由控制信号控制执行的子系统称为 ，它分为 、 和 。 条件执行子系统，使能子系统，触发子系统，使能加触发子系统。 5．为子系统定制参数设置对话框和图标，使子系统本身有一个独立的操作界面，这种操作称为子系统的 。封装（Masking ） % 三、应用题 1．利用Simulink 仿真来实现摄氏温度到华氏温度的转换：9325f c T T = +。 2．利用Simulink 仿真)5cos 2513cos 91(cos 8)(2t ωt ωt ωπ A t x ++= ，取A=1，ω=2π。 3．设系统微分方程为 '(1)2y x y y =+??=? 试建立系统模型并仿真。 4．设计一个实现下面函数模块的子系统并对子系统进行封装。 Output = (Input1+ I nput2)×Input3-Input4
实验报告 课程名称：MATLAB语言与控制系统仿真 实验项目：PID控制系统的Simulink仿真分析专业班级： 学号： 姓名： 指导教师： 日期： 机械工程实验教学中心
注：1、请实验学生及指导教师实验前做实验仪器设备使用登记； 2、请各位学生大致按照以下提纲撰写实验报告，可续页； 3、请指导教师按五分制（优、良、中、及格、不及格）给出报告成绩； 4、课程结束后，请将该实验报告上交机械工程实验教学中心存档。 一、实验目的和任务 1．掌握PID 控制规律及控制器实现。 2．掌握用Simulink 建立PID 控制器及构建系统模型与仿真方法。 二、实验原理和方法 在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是PID 控制。PID 控制器是一 种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。PID 控制规律写成传递 函数的形式为 s K s Ki K s T s T K s U s E s G d p d i p ++=++==)1 1()() ()( 式中，P K 为比例系数；i K 为积分系数；d K 为微分系数；i p i K K T =为积分时间常数； p d d K K T =为微分时间常数；简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下： （1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产 生控制作用，以减少偏差。 （2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积 分时间常数i T ，i T 越大，积分作用越弱，反之则越强。 （3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大 之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调 节时间。 三、实验使用仪器设备（名称、型号、技术参数等） 计算机、MATLAB 软件 四、实验内容(步骤） 1、在MATLAB 命令窗口中输入“simulink ”进入仿真界面。 2、构建PID 控制器：（1）新建Simulink 模型窗口（选择“File/New/Model ”）,在 Simulink Library Browser 中将需要的模块拖动到新建的窗口中，根据PID 控制器的 传递函数构建出如下模型：
班级：通信工程 姓名：曾浩 学号：201007302123 实验四 Simulink系统仿真 一、实验目的 1、熟悉SIMULINK工作环境及特点 2、掌握SIMULINK 的建模与仿真方法 4、掌握Simulink模型的建立及系统仿真方法。 二实验基本知识 1．了解SIMULINK模块库中各子模块基本功能
2. SIMULINK 的建模与仿真方法 （1）打开模块库，找出相应的模块。鼠标左键点击相应模块，拖拽到模型窗口中即可。 （2）创建子系统：当模型大而复杂时，可创建子系统。 （3）设置仿真控制参数。 三、实验内容 （1）系统的仿真与分析 1.创建一个正弦信号的仿真模型 在MATLAB 的命令窗口运行simulink 命令单击工具栏上的图标或选择菜 单“File”——“New”——“Model”，新建一个名为 “untitled”的空白模型窗口。 添加模块 仿真
2.建立二阶系统的仿真模型。 方法一： 输入信号源使用阶跃信号，系统使用开环传递函数s s 6.012 ，接受模块使用示波器来 构成模型。 (1) 在“Sources ”模块库选择“Step ”模块，在“Continuous ”模块库选择“Transfer Fcn ”模 块，在“Math Operations ”模块库选择“Sum ”模块，在“Sinks ”模块库选择“Scope ”。 (2) 连接各模块，从信号线引出分支点，构成闭环系统。 仿真并分析 单击工具栏的“Start simulation ”按钮，开始仿真，在示波器上就显示出阶跃响应。 在 Simulink 模型窗口，选择菜单“Simulation ”——“Simulation parameters …”命令，在 “Solver ”页将“Stop time ”设置为15，然后单击“Start simulation ”按钮，示波器显示的就到15 秒结束。
银河航空航天大学 课程设计 （论文） 题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿 真 班级 学号 学生姓名 指导教师
目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)
复杂过程控制系统设计与Simulink仿真 姬晓龙银河航空航天大学自动化分校 摘要：本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计，以此来深化对复杂过程控制系统的理解，体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型，学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法，为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。 关键字：串级；前馈；解耦；建模；Simulink。 0.前言 单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题，在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统，如串级控制（双闭环控制）、前馈控制大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。从结构上看，这些控制系统由两个以上的回路构成，相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器，以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”，以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。 计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析，得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真，为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验，仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时，十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大，先进过程控制的出现，就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink，这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。
自动控制理论 上 机 实 验 报 告 学院：机电工程学院 班级：13级电信一班 姓名： 学号：
实验四 PID 控制系统的Simulink 仿真分析 一、实验目的和任务 1．掌握PID 控制规律及控制器实现。 2．掌握用Simulink 建立PID 控制器及构建系统模型与仿真方法。 二、实验原理和方法 在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是PID 控制。PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。PID 控制规律写成传递函数的形式为a s K s Ki K s T s T K s U s E s G d p d i p ++=++==)11()()()( 式中，P K 为比例系数；i K 为积分系数；d K 为微分系数；i p i K K T = 为积分时间常数；p d d K K T =为微分时间常数； 简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下： （1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立 即产生控制作用，以减少偏差。 （2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决 于积分时间常数i T ，i T 越大，积分作用越弱，反之则越强。 （3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。 三、实验使用仪器设备 计算机、MATLAB 软件 四、实验内容(步骤） 1、在MATLAB 命令窗口中输入“simulink ”进入仿真界面。 2、构建PID 控制器：（1）新建Simulink 模型窗口（选择“File/New/Model ”）,在Simulink Library Browser 中将需要的模块拖动到新建的窗口中，根据PID 控制器的传递函数构建出如下模型：
《系统仿真实验》 实 验 报 告
目录 一《电路》仿真实例 (3) 2.1 简单电路问题 (3) 2.1.1 Simulink中仿真 (3) 2.1.2 Multisim中仿真 (4) 2.2 三相电路相关问题 (5) 二《自动控制原理》仿真实例 (7) 1.1 Matlab绘图 (7) 三《数字电路》仿真实例 (8) 3.1 555定时器验证 (8) 3.2 设计乘法器 (9) 四实验总结 (11)
一《电路》仿真实例 2.1 简单电路问题 课后题【2-11】如图所示电路，R0=R1=R3=4Ω，R2=2Ω,R4=R5=10Ω,直流电压源电压分别为10V、4V、6V，直流电流源电流大小为1A，求R5所在的支路的电流I。（Page49） 解：simulink和multisim都是功能很强大的仿真软件，下面就以这个简单的习题为例用这个两个软件分别仿真，进一步说明前者和后者的区别。 2.1.1 Simulink中仿真 注意事项：由于simulink中并没有直接提供DC current source，只有AC current source，开始的时候我只是简单的把频率调到了0以为这就是直流电流源了，但是并没有得到正确的仿真结果。后来问杨老师，
在老师的帮助下发现AC current source的窗口Help中明确的说明了交流变直流的方法：A zero frequency and a 90 degree phase specify a DC current source.然后我把相角改成90度后终于得到了正确的仿真结果，Display显示I=0.125A，与课本上答案一致。 2.1.2 Multisim中仿真
实验四 基于Simulink 进行系统仿真(微分 方程、传递函数) 一.实验目的 1) 熟悉Simulink 的工作环境; 2) 掌握Simulink 数学工具箱的使用; 3) 掌握在Simulink 的工作环境中建立系统仿真模型。 二.实验内容 系统微分方程:)(10)(10)(10)(83322t u t y dt t dy dt t y d =++ 系统传递函数:8 328 101010)()()(++==s s s U s Y s G 1)(=t u ,)314sin()(t t u =,)90314sin()(o t t u += 模型 微分方程时的过程 Ut=1时
t u 时)(t 314 ) sin(
t t u+ =时 )(o ) sin( 90 314 传递函数时的过程
u时 t )(= 1 t u=时 )(t sin( 314 )
t t )(o =时 u+ ) sin( 90 314 结论及感想 从两种种不同方法的仿真结果,我们可以瞧出分别用微分方程与传递函数在Simulink中,仿真出来的结果没有很明显的区别,说明两种方法的精度都差不多。但就是,不同的电压源得出的仿真结果不一样,阶跃电源开始时震荡,后来幅度逐渐变小,趋近于1;正弦电源,初相不同时,初始时刻的结果也不相同,有初相时开始震荡会更剧烈,但最后都会变为稳态值,即为正弦值。通过本次实验,我认识到了建模与仿真的一般性方法,收获甚多,也更进一步了解了Matlab,Matlab不仅仅
在平时的编程方面功能强大,在仿真方面也熠熠生辉。
竭诚为您提供优质文档/双击可除simulink仿真实验心得体会 篇一：matlab与simulink仿真学习心得 matlab与simulink仿真学习心得 班级：07610学号：0720xx姓名：吕天雄 一matlab学习心得体会与编程实践 学习matlab的心得体会 真正开始接触matlab是大二上就开始了，到现在已经一年多了，在此之间，matlab的确为我提供了很多便利。matlab的确不愧成为是草稿纸上的语言。我们不必去为很简单的显示效果图形去找一些什么其他软件或者研究比较复杂的计算机图形学，一个plot或者别的函数往往就可以得到很满意的效果。 其实最初开始学习matlab的时候感觉这个东西和c没什么两样，但是后来具体到一些东西，比如信号处理和数学建模上以后才感觉到使用matlab编写程序去验证结果比c 要节省很多时间，而且matlab写东西基本都是按照自己的思路平铺直叙很少去考虑什么函数的嵌套调用或者指针等等很头疼的东西。
关于matlab的学习，我感觉其实百度和matlab自带的help基本能够解决绝大数问题，而且一些比较好的论坛比如都会为你产生很大的帮助，关键是在于多动手实践，多思考。但是matlab毕竟只是一个工具，原理和一些基本的编程素 质还是必须有的，否则matlab最多也只能是验证一些别人 的东西而已，根本帮不上什么忙的。 遇到的一些问题的思考方式与解决办法 最开始用matlab的时候是在大物实验，实验要求去根 据测量得到的数据作出图。但是手动用铅笔去画确实很麻烦，所以用matlab确实可以省去很大的麻烦。但是第一次遇到 问的时候是有关极化坐标下的曲线拟合。 首先是一个物理实验的问题；在做一个关于光的偏振的实验的时候，最后的结果要在一个极化坐标下显示出来；因为数据是离散的，所以显示出来的图像是一个折来折去的一个东东；然后很自然的想法是对这个曲线进行插值处理。 但是极化坐标下matlab并未提供插值处理的函数，interp1这个函数只能在笛卡尔坐标系，也就是直角坐标系 下使用。 然后就想到把极坐标的数据转换的直角坐标系下， pol2cart可以实现这个想法，但是随后而来，也就是最后导致整个问题失败的关键也在这里。 pol2cart以后产生的一串数据中出现了重复的数据，那
实验报告 课程名称： MATLAB语言与控制系统仿真 实验项目： PID控制系统的Simulink仿真分析专业班级： 学号： 姓名： 指导教师： 日期： 机械工程实验教学中心
注：1、请实验学生及指导教师实验前做实验仪器设备使用登记； 2、请各位学生大致按照以下提纲撰写实验报告，可续页； 3、请指导教师按五分制（优、良、中、及格、不及格）给出报告成绩； 4、课程结束后，请将该实验报告上交机械工程实验教学中心存档。 一、实验目的和任务 1．掌握PID 控制规律及控制器实现。 2．掌握用Simulink 建立PID 控制器及构建系统模型与仿真方法。 二、实验原理和方法 在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是PID 控制。PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。PID 控制规律写成传递函数的形式为 s K s Ki K s T s T K s U s E s G d p d i p ++=++==)11()()()( 式中，P K 为比例系数；i K 为积分系数；d K 为微分系数；i p i K K T =为积分时间常数； p d d K K T =为微分时间常数；简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下： （1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产 生控制作用，以减少偏差。 （2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积 分时间常数i T ，i T 越大，积分作用越弱，反之则越强。 （3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调
实验四 基于Simulink 进行系统仿真（微 分方程、传递函数） 一．实验目的 1) 熟悉Simulink 的工作环境； 2) 掌握Simulink 数学工具箱的使用； 3) 掌握在Simulink 的工作环境中建立系统仿真模型。 二．实验内容 系统微分方程：)(10)(10)(10)(83322t u t y dt t dy dt t y d =++ 系统传递函数：8 328 101010)()()(++==s s s U s Y s G 1)(=t u ，)314sin()(t t u =，)90314sin()(o t t u += 模型 微分方程时的过程 Ut=1时
t u 时)(t 314 ) sin(
t t u+ =时 )(o ) sin( 90 314 传递函数时的过程
u时 t )(= 1 t u=时 )(t sin( 314 )
t t )(o =时 u+ ) sin( 90 314 结论及感想 从两种种不同方法的仿真结果，我们可以看出分别用微分方程和传递函数在Simulink中，仿真出来的结果没有很明显的区别，说明两种方法的精度都差不多。但是，不同的电压源得出的仿真结果不一样，阶跃电源开始时震荡，后来幅度逐渐变小，趋近于1；正弦电源，初相不同时，初始时刻的结果也不相同，有初相时开始震荡会更剧烈，但最后都会变为稳态值，即为正弦值。通过本次实验，我认识到了建模与仿真的一般性方法，收获甚多，也更进一步了解了
Matlab,Matlab不仅仅在平时的编程方面功能强大，在仿真方面也熠熠生辉。
一．如何清晰的保存simulink仿真图 在做Simulink仿真时，使用的Scope波形显示模块实际上也是一种Figure窗口，不过Matlab 把Scope的菜单栏隐藏起来，只提供了几个有限的参数设置。如果需要对Scope中的图加上坐标、更改界面背景色等，没有菜单栏就基本上无从下手了。 可以在打开你的mdl文件之后，在Matlab的命令行输入以下指令来恢复显示Scope的Figure 菜单栏： >> set(0,'ShowHiddenHandles','on'); >> set(gcf,'menubar','figure'); 这样Scope窗口就如下所示： 然后点击菜单栏的Edit ，可以选择 Copy Figure 来保持波形图，也可以选 择Figure Properties 来调整Scope 的 各种图形属性，包括添加xlabel、ylabel、 title，更改背景颜色，调整波形曲线的 线型、粗细等等：
二．Simulink利用Scope输出及绘制仿真波形技巧在用Simulink做仿真时，我们经常会用到示波器Scope来观察波形，它可以对波形进行局部放大、按横、纵座标放大，非常方便，但是如果我们要保存波形时，就最好别直接拷贝Scope波形了，因为它的背景是黑的，而且不能进行线形修改和标注，不适合作为文档用图。 一般的做法是将数据输出到工作空间，然后用画图指令Plot画图。输出到工作空间的方法一般有这么几种： 1．添加To Workspace模块； 2．添加out模块； 3．直接用Scope输出。 本人比较懒，一般不再添加其他输出模块，直接选用方法3。当然不是说放一个Scope就能数出数据的，需要对Scope进行设置。设置界面如下： 这里最好把Limit data points to last勾掉，因为很有可能你的数据会超过5000个。勾选Save data to Workspace，变量类型可以选结构体，结构体带时间，以及向量（后面我们会分别介绍这几种变量类型的画图方法） 运行Simulink，输出完数据，你就可以利用Matlab的画图工具随心所欲的画图了。 下面以一个例子分别介绍三种变量类型的画图方法。
课程设计报告 题目PID控制器应用 课程名称控制系统仿真院部名称机电工程学院专业 班级 学生姓名 学号 课程设计地点 课程设计学时 指导教师 金陵科技学院教务处制成绩
一、课程设计应达到的目的 应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 二、课程设计题目及要求 1．单回路控制系统的设计及仿真。 2．串级控制系统的设计及仿真。 3．反馈前馈控制系统的设计及仿真。 4．采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。 三、课程设计的内容与步骤 (1)．单回路控制系统的设计及仿真。 （a）已知被控对象传函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。 （b）画出单回路控制系统的方框图。 （c）用MatLab的Simulink画出该系统。 （d）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应
曲线。注明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=50(5s+1)/(3s+1) 给定值为单位阶跃响应幅值为3。 有积分作用单回路控制系统 无积分作用单回路控制系统
大比例作用单回路控制系统 （e）修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响？ 答：由上图分别可以看出无积分作用和大比例积分作用下的系数响应曲线，这两个PID调节的响应曲线均不如前面的理想。增大比例系数将加快系统的响应，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏；增大积分时间有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长，加入微分环节，有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加。 (2)．串级控制系统的设计及仿真。 （a）已知主被控对象传函W 01(s) = 1 / (100s + 1)，副被控对象传函W 02 (s) = 1 / (10s + 1)，副环干扰通道传函W d (s) = 1/(s2 +20s + 1)。 （b）画出串级控制系统方框图及相同控制对象下的单回路控制系统的方框图。（c）用MatLab的Simulink画出上述两系统。
内蒙古科技大学 课程设计 题目：专家PID控制系统仿真 学生姓名： 学号： 专业：自动化 班级： 指导教师：
专家PID控制系统仿真 摘要 简单介绍了常规PID控制的优缺点和专家控制的基本原理，介绍了专家PID控制的系统结构，针对传递函数数学模型设计控制器。基于MATLAB的simulink仿真软件进行应用实现，仿真和应用实现结果均表明，专家PID控制具有比常规PID更好的控制效果，且具有实现简单和专家规则容易获取的优点。 论文主要研究专家PID控制器的设计及应用，完成了以下工作： （1）介绍了专家PID控制和一般PID控制的原理。 （2）针对任务书给出的受控对象传递函数G(s)=523500/(s3+87.35s2+10470s) ，并且运用MATLAB实现了对两种PID控制器的设计及simulink仿真，且对两种PID控制器进行了比较。 （3）结果分析，总结。 仿真结果表明，专家PID控制采用多分段控制，其控制精度更好，且具有优越的抗扰性能。 关键词：专家PID，专家系统，MATLAB，simulink仿真
Expert PID control system simulation Abstract The advantages and disadvantages of conventional PID control and the basic principle of expert control are briefly introduced, and the structure of expert PID control system is introduced. Simulink simulation software based on MATLAB is implemented. The simulation and application results show that the expert PID control has better control effect than the conventional PID, and has the advantages of simple and easy to get. This paper mainly studies the design and application of the expert PID controller: (1) the principle of PID control and PID control is introduced in this paper. (2) the controlled object transfer function G (s) =523500/ (s3+87.35s2+10470s), and the use of MATLAB to achieve the design and Simulink simulation of two kinds of PID controller, and the comparison of two kinds of PID controller. (3) result analysis, summary. The simulation results show that the control accuracy of the expert PID control is better than that of the control. Key words:Expert PID , MA TLAB, expert system, Simulink, simulation
实验六 基于Simulink 的简单电力系统仿真 实验目的 1) 熟悉Simulink 的工作环境； 2) 掌握Simulink 电力系统工具箱的使用； 3） 掌握在Simulink 的工作环境中建立简单电力系统的仿真模型 实验内容 输电线路电路参数建模时采用电力系统分析中常用的π型等值电路，搭建如图１所示的一个简单交流单相电力系统，在仿真进行中，负载通过断路器切除并再次投入。π型等值电路具体元件参数如下：Ω=2.5R ，H L 138.0=，F C C μ967.021==。 图1 简单电力系统仿真示意图 1) 在Simulink 中建立简单交流单相电力系统模型，并进行仿真，观测负载电流和输电线路末端电压； 2) 结合理论知识分析上述观测信号变化的原因； 3) 比较不同功率因数，如cos φ=1、cos φ=(感性)、cos φ=(容性)负载条件下的仿真结果 实验原理与方法 1、系统的仿真电路图 实验步骤 根据所得建立模型，给定参数，得到仿真结果 cos φ=1 cos φ=(感性) cos φ=(容性) 实验结果与分析 cos φ=1 cos φ=(感性) cos φ=(容性) 仿真结果分析 （1）在纯阻性负载电路中，电压相位与电流相位相同；与感性负载相比，断路器重新闭合后电流没有额外的直流分量。 （2）在感性负载中，电压相位超前电流相位；断路器重新闭合时，交变的电流瞬间增加了一个直流分量，随后逐渐减小。 （3）在容性负载中，电压相位滞后于电流相位；断路器重新闭合时，电流瞬间突变至极大；与感性负载和纯阻性负载相比，断路器断开时的末端电压由于有电容放电作用，电压波形畸变很小。 （4）当断路器断开时，线路断路，电流突变为0，但电压行波仍在进行，因此在末端能够测量到连续的电压波形，但断路器断开对电压波形造成了影响，产生了畸变。这是由于能量是通过电磁场传递的，线路断开时电压继续向前传递。 总括：L 和C 对输出波形振荡的频率和幅度影响程度不同，当变化相同幅度时，电容对振荡频率和幅度的影响要比电感的大。 感想：Matlab 中Simulik 通过拖拉建模方式对电路进行仿真，具有快捷、
第五章控制系统的Simulink仿真 5.1 Simulink仿真的参数设置 5.1.1 系统模型的实时操作与仿真参数设置 1．系统模型的实时操作 在Simulink环境下创建系统仿真模型后，在菜单操作方式下可对系统模型或框图进行如下的实时操作： （1）被仿真模块的参数允许有条件地实时修改。 （2）离散模块的采样时间允许实时修改。 （3）允许用浮空示波器（Floating Scope）实时观察任何一点或几点的动态波形。 （4）在进行一个系统仿真的过程中，允许同时打开另一个系统进行处理。 2．仿真参数的设置方法 系统仿真前要对仿真算法、输出模式等各种参数进行设置，这就是“Simulation”下的“Simulation Parameters”菜单命令要完成的任务。打开一个仿真参数对话框后可以设置仿真参数，该对话框包含以下5个可相互切换的标签页： （1）Solver解算器标签页：设置仿真的起始时间与终止时间、仿真的步长大小与求解问题的算法等。 （2）Workspace I/O工作空间标签页：管理对MATLAB工作空间的输入和输出操作。 （3）Diagnostics标签页：设置在仿真过程中出现各类错误时的操作处理。 （4）Advanced标签页：设置高级仿真属性，如模块的简化、在仿真过程中使用逻辑信号等。（5）Real-Time Workshop标签页：设置实时工具中的参数，如允许用户选择目标语言模板、系统目标文件等。 5.1.2 Solver解算器标签页的参数设置 执行“Simulation”下的“Simulation Parameters”命令后，会弹出仿真参数设置对话框标签之一“Solver”解算器标签页。 “Solver”标签页参数设定是进行仿真工作前准备的必须步骤，基本参数设定包括仿真的起始时间与终止时间、仿真的步长大小与求解问题的算法等。 当选择算法是可变步长类型“Variable-step”时，“Solver”标签页如图5-1所示；当选择固定步长类型的算法“Fixed-step”时，“Solver”标签页如图5-2所示。 图5-1 “Solver”可变步长仿真参数设置窗口
仿真报告 课程名称：自动化技术导论 报告题目：MATLAB/simulink系统仿真分析 班级 姓名 学号 xxxxxx自动化学院 2016年4月
软件版本：MATLAB R2010b MATLAB强处理能力 MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而且经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++ 。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。 MATLAB图形处理 MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB 对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。 MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。 MATLAB程序接口 新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C++数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C++代码。允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C++语言程序。另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是MATLAB 函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。 MATLAB应用软件开发
MATLAB/Simulink与控制系统仿真实验报告 姓名：喻彬彬 学号：
实验1、MATLAB/Simulink 仿真基础及控制系统模型的建立 一、实验目的 1、掌握MATLAB/Simulink 仿真的基本知识； 2、熟练应用MATLAB 软件建立控制系统模型。 二、实验设备 电脑一台；MATLAB 仿真软件一个 三、实验内容 1、熟悉MATLAB/Smulink 仿真软件。 2、一个单位负反馈二阶系统，其开环传递函数为210()3G s s s =+。用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。 3、某控制系统的传递函数为()()()1()Y s G s X s G s =+，其中250()23s G s s s +=+。用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。 4、一闭环系统结构如图所示，其中系统前向通道的传递函数为 320.520()0.11220s G s s s s s +=+++g ，而且前向通道有一个[-0.2，0.5]的限幅环节，图中用N 表示，反馈通道的增益为1.5，系统为负反馈，阶跃输入经1.5倍的增益作用到系统。用Simulink 建立该控制系统模型，用示波器观察模型的阶跃响应曲线，并将阶跃响应曲线导入到MATLAB 的工作空间中，在命令窗口绘制该模型的阶跃响应曲线。 四、实验报告要求 实验报告撰写应包括实验名称、实验内容、实验要求、实验步骤、实验结果及分析和实验体会。 五、实验思考题 总结仿真模型构建及调试过程中的心得体会。