控制系统仿真实验报告
姓名：大葱哥
学号：
班级：测控1202
2015.10.28
实验一经典的连续系统仿真建模方法
一实验目的
1．了解和掌握利用仿真技术对控制系统进行分析的原理和步骤。
2．掌握机理分析建模方法。
3．深入理解一阶常微分方程组数值积分解法的原理和程序结构，学习用Matlab 编写数值积分法仿真程序。
4．掌握和理解四阶Runge-Kutta 法，加深理解仿真步长与算法稳定性的关系。
二实验内容
1.编写四阶Runge_Kutta 公式的计算程序，对非线性模型（3）式进行仿真。
仿真程序:
主程序：
clc
clear all
u=zeros(2,1);
u(1)=0.5%稳态
%u(1)=0.55;%阀位增大%10
%u(1)=0.45;%阀位减小%10
u(2)=0.15;
h=zeros(1,2);
h(1,1)=1.5;
h(1,2)=1.4;
hStep = 10;
Hlevel = h;
nCounter = 25;
for t=0:hStep:(nCounter-1)*hStep
h = Z06_SystemSimulation_Lab01_Nonlinear_RK4(hStep,t,h,u);
Hlevel=[Hlevel;h];
end
figure(1)
plot([0:hStep:nCounter*hStep]',Hlevel)
grid
四阶龙格库塔算法：
function RK4_Result =
Z06_SystemSimulation_Lab01_Nonlinear_RK4(h,t0,x0,u0)
K1=Z06_SystemSimulation_Lab01_Linear_dxCompute(t0,x0,u0);
K2=Z06_SystemSimulation_Lab01_Linear_dxCompute(t0+h/2,x0+h*K1/2,u0); K3=Z06_SystemSimulation_Lab01_Linear_dxCompute(t0+h/2,x0+h*K2/2,u0); K4=Z06_SystemSimulation_Lab01_Linear_dxCompute(t0+h,x0+h*K3,u0);
RK4_Result = x0 + h*(K1+2*K2+2*K3+K4)/6;
（1）将阀位u 增大10％和减小10％，观察响应曲线的形状;
稳态仿真曲线：
增大10%：
减小10%：
（2）研究仿真步长对稳定性的影响，仿真步长取多大时RK4 算法变得不稳定？
仿真步长的选取范围可以通过理论计算获知，这里我们通过仿真得到当步长大于63时，曲线发散，系统不再稳定，发散曲线如下图：
（3）利用MATLAB 中的ode45()函数进行求解，比较与（1）中的仿真结果有何区别。
2. 编写四阶Runge_Kutta 公式的计算程序，对线性状态方程（18）式进行
仿真
仿真程序
clc
clear all
close all
u=zeros(2,1);
u(1)=0.0;%稳态
% u(1)=0.05;%阀位增大%10
% u(1)=-0.05;%阀位减小%10
u(2)=0;
h=zeros(1,2);
h(1,1)=0;
h(1,2)=0;
hStep = 10;
Hlevel = h;
nCounter = 25;
for t=0:hStep:(nCounter-1)*hStep
h = Z06_SystemSimulation_Lab01_Linear_RK4(hStep,t,h,u);
Hlevel=[Hlevel;h];
end
Hlevel(:,1) = Hlevel(:,1)+1.5;
Hlevel(:,2) = Hlevel(:,2)+1.4;
figure(3)
plot([0:hStep:nCounter*hStep]',Hlevel)
grid
hold on
（1）将阀位增大10％和减小10％，观察响应曲线的形状;
稳态仿真曲线：
阀位增大%10：
阀位减小%10：
（2）研究仿真步长对稳定性的影响，仿真步长取多大时RK4 算法变得不稳定？
当步长大于62时，算法变得不再稳定
（3）阀位增大10％和减小10％，利用MATLAB 中的ode45()函数进行求解阶跃响应，比较与（1）中的仿真结果有何区别。
三思考题
1．讨论仿真步长对稳定性和仿真精度的影响。
仿真步长越长，系统越倾向于不稳定，仿真步长越短，系统越稳定，但是需要的仿真时间越长。
2．你是怎样实现阀位增大和减小10%的？对于非线性模型和线性模型方法一样吗？
通过改变u(1)的初值可以实现对阀位的增大和减小，由于线性模型法是对变量的变化量进行计算的，而非线性模型法是直接对变量进行计算，所以两种方法实现对阀位的增大和减小方面存在一些区别，不完全一致。
四实验总结
通过本次实验我学会了Matlab的基本使用方法，对该软件有了一定程度的认识，同时对仿真步长对系统的稳定性和仿真精度的关系有了一定的理解，对一阶常微分方程组数值积分解法的原理和程序结构有了进一步的掌握，深入了解了Runge-Kutta法，对MATLAB软件的仿真有了一定程度的认识，为以后的学习奠定了基础。
实验二面向结构图的仿真
第一部分线性系统仿真
一实验目的
1．掌握理解控制系统闭环仿真技术。
2．掌握理解面向结构图的离散相似法的原理和程序结构。
3．掌握MATLAB 中C2D 函数的用法，掌握双线性变换的原理。二实验内容
1.编写仿真程序，实现无扰动时给定值阶跃仿真实验
仿真程序：
%面向结构图的离散相似法,线性模型
clc
clear all
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%定义参数%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
A=2; %水箱横截面积
ku=0.1/0.5; %阀门流量系数
H10=1.5; %水箱1的平衡高度
H20=1.4; %水箱2的平衡高度
alpha12 = 0.25/sqrt(H10); %水箱1流向水箱2流量系数
alpha2 = 0.25/sqrt(H20); %水箱2流出水流量系数
R12=2*sqrt(H10)/alpha12; %线性化数学模型中的参数
R2=2*sqrt(H20)/alpha2; %线性化数学模型中的参数
H1SpanLo=0; %水箱1量程下限
H2SpanLo=0; %水箱2量程下限
H1SpanHi=2.52; %水箱1量程上限
H2SpanHi=2.52; %水箱2量程上限
Kp=1.78; %PI控制器比例系数
Ti=85; %PI控制器积分时间常数
R12*A
R12
Kc=Kp/Ti; %式(4)中参数
bc=Ti; %式(4)中参数
Kd = 1/A; %式(5)中参数
ad = 1/(A*R12); %式(5)中参数
a1 = 1/(A*R12); %式(6)中参数
K1 = ku/A; %式(6)中参数
a2 = 1/(A*R2); %式(7)中参数
K2 = 1/(A*R12); %式(7)中参数%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%定义初值%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
uc(1)=0; %Gc环节(8)的输入初值
xc(1)=0; %Gc环节(8)的状态初值
yc(1)=0; %Gc环节(8)的输出初值
ud(1)=0; %Gd环节(9)的输入初值
xd(1)=0; %Gd环节(9)的状态初值
yd(1)=0; %Gd环节(9)的输出初值
u1(1)=0; %G1环节(10)的输入初值
x1(1)=0; %G1环节(10)的状态初值
y1(1)=0; %G1环节(10)的输出初值
u2(1)=0; %G2环节(11)的输入初值
x2(1)=0; %G2环节(11)的状态初值
y2(1)=0; %G2环节(11)的输出初值%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% nCounter = 70; %迭代次数
T=10; %步长
k=1;
deltaQd=0; %扰动量
H20_percent=(H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100; %稳态工作点的液位百分比
H2=80; %给定液位百分比
tend = nCounter*T;
for t=T:T:tend
k=k+1;
uc(k)= (H2 - (y2(k-1)+H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-
H2SpanLo)*100)/100; %系统(8)的输入百分比
ud(k)=deltaQd; %系统(9)的输入
u1(k)=yc(k-1); %系统(10)的输入
u2(k)=y1(k-1); %系统(11)的输入
xc(k) = xc(k-1) + Kc*T*uc(k-1);
yc(k)=xc(k)+bc*Kc*uc(k);
xd(k) = exp(-ad*T)*xd(k-1) + Kd/ad*(1-exp(-
ad*T))*ud(k);yd(k)=xd(k);
x1(k) = exp(-a1*T)*x1(k-1) + K1/a1*(1-exp(-
a1*T))*u1(k);y1(k)=x1(k);
x2(k) = exp(-a2*T)*x2(k-1) + K2/a2*(1-exp(-
a2*T))*u2(k);y2(k)=x2(k);
end
Hlevel(:,1)=(y1+H10-H1SpanLo)/(H1SpanHi-H1SpanLo)*100; Hlevel(:,2)=(y2+H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100;
yc=(yc+0.5)*100;
y2sp=H2*ones(size(y1'));
yv=yc;
textPositionH1=max(Hlevel(:,1));
textPositionH2=max(Hlevel(:,2));
H2Steady=Hlevel(size(Hlevel(:,1),1),1)*ones(size(y1')); xmax=max(0:T:tend);
xmin=0;
ymax=110;
ymin=50;
scrsz = get(0,'ScreenSize');
gca=figure('Position',[5 10 scrsz(3)-10 scrsz(4)-90]); %gca=figure('Position',[5 10 scrsz(3)/2 scrsz(4)/1.5]) set(gca,'Color','w');
plot(0:T:tend,Hlevel(:,1),'r','LineWidth',2)
hold on
plot(0:T:tend,Hlevel(:,2),'b','LineWidth',2)
hold on
plot(0:T:tend,yv,'k','LineWidth',2)
hold on
plot(0:T:tend,y2sp,'g','LineWidth',2)
hold on
plot(0:T:tend,H2Steady,'y','LineWidth',2)
line([tend/2 tend/2+27],[(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/10 (ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/10],'Color','r','LineWidth',6)
text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/10,' 第1个水箱的液位
H1','FontSize',16)
line([tend/2 tend/2+27],[(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/6 (ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/6],'Color','b','LineWidth',6)
text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/6,' 第2个水箱的液位
H2','FontSize',16)
line([tend/2 tend/2+27],[(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2 (ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2],'Color','g','LineWidth',6)
text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2,' 第2个水箱的液位给定值','FontSize',16)
line([tend/2 tend/2+27],[(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/3.2 (ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/3.2],'Color','k','LineWidth',6)
text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/3.2,' 阀位变化情况
','FontSize',16)
axis([xmin xmax ymin ymax]);
text(tend/5,ymax+1.5,' 实验二不考虑阀位饱和特性时的控制效果
','FontSize',22)
grid
%hold off
仿真实验曲线：
由控制的效果可以看出，阀位的变化出现了超过100%的情况，这是控制系统中不允许出现的，说明控制功能需要改进。
三思考题
在未考虑调节阀饱和特性时，讨论一下两个水箱液位的变化情况，工业上是否允许？
讨论阀位的变化情况，工业上是否能实现？
答：在未考虑调节阀饱和特性时，两个水箱的液位在阀位一开始大开时，H1，H2液位上升迅速，很快就达到预期值。但是其控制不能在工业上实现，没有实际可行度。除此之外，阀位有其本身的最大最小的限制，在仿真中出现的超过100%的情况在现实生活中不可能出现，因此这一部分对应的控制效果在工业上不能实现。
四实验总结
通过本次实验，我对控制系统闭环仿真技术有了进一步的认识，掌握了面向结构图的离散相似法的原理和程序结构，了解了双线性变换的原理，收获颇丰。
第二部分含有非线性环节的控制系统仿真
一实验目的
4．掌握理解控制系统闭环仿真技术。
5．掌握理解面向结构图的离散相似法的原理和程序结构。
6．掌握理含有非线性环节的控制系统的仿真方法。
二实验内容
根据上面的各式，编写仿真程序，实现无扰动时给定值阶跃仿真实验
仿真程序：
%面向结构图的离散相似法,非线性模型
clc
clear all
A=2;
ku=0.1/0.5;
H10=1.5;
H20=1.4;
alpha12 = 0.25/sqrt(H10);
alpha2 = 0.25/sqrt(H20);
R12=2*sqrt(H10)/alpha12;
R2=2*sqrt(H20)/alpha2;
H1SpanLo=0;
H2SpanLo=0;
H1SpanHi=2.52;
H2SpanHi=2.52;
Kp=3.91/2.2;;
Ti=0.85*100;
%Kp=3.21;
%Ti=99999999999999;
ad = 1/(A*R12);
a1 = 1/(A*R12);
a2 = 1/(A*R2);
Kc=Kp/Ti;
bc=Ti;
Kd = 1/A;
K1 = ku/A;
K2 = 1/(A*R12);
uc(1)=0;uv(1)=0;ud(1)=0;u1(1)=0;u2(1)=0;
xc(1)=0;xv(1)=0;xd(1)=0;x1(1)=0;x2(1)=0;
yc(1)=0;yv(1)=0;yd(1)=0;y1(1)=0;y2(1)=0;
nCounter = 70;
T=10;
k=1;
deltaQd=0;
c=0.5;
H20_percent=(H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100;
H2set_percent=82;
tend = nCounter*T;
for t=T:T:tend
k=k+1;
uc(k)= (H2set_percent - (y2(k-1)+H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100)/100;
uv(k)=yc(k-1);
ud(k)=deltaQd;
if uv(k)>c
yv(k)=c;
end
if uv(k)<-c
yv(k)=0;
end
if uv(k)<=c & uv(k)>=-c
yv(k)=uv(k);
end
u1(k)=yv(k);
u2(k)=y1(k-1);
xc(k) = xc(k-1) + Kc*T*uc(k-1); yc(k)=xc(k)+bc*Kc*uc(k);
xd(k) = exp(-ad*T)*xd(k-1) + Kd/ad*(1-exp(-ad*T))*ud(k);yd(k)=xd(k);
x1(k) = exp(-a1*T)*x1(k-1) + K1/a1*(1-exp(-a1*T))*u1(k);y1(k)=x1(k);
x2(k) = exp(-a2*T)*x2(k-1) + K2/a2*(1-exp(-a2*T))*u2(k);y2(k)=x2(k);
end
Hlevel(:,1)=(y1+H10-H1SpanLo)/(H1SpanHi-H1SpanLo)*100;
Hlevel(:,2)=(y2+H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100;
yv=(yv+0.5)*100;
y2sp=H2set_percent*ones(size(y1'));
textPositionH1=max(Hlevel(:,1));
textPositionH2=max(Hlevel(:,2));
H2Steady=Hlevel(size(Hlevel(:,1),1),1)*ones(size(y1'));
xmax=max(0:T:tend);
xmin=0;
ymax=110;
ymin=50;
scrsz = get(0,'ScreenSize');
gca=figure('Position',[5 10 scrsz(3)-10 scrsz(4)-90])
%gca=figure('Position',[5 10 scrsz(3)/2 scrsz(4)/1.5])
set(gca,'Color','w');
plot(0:T:tend,Hlevel(:,1),'r','LineWidth',2)
hold on
plot(0:T:tend,Hlevel(:,2),'b','LineWidth',2)
hold on
plot(0:T:tend,yv,'k','LineWidth',2)
hold on
plot(0:T:tend,y2sp,'g','LineWidth',2)
hold on
plot(0:T:tend,H2Steady,'y','LineWidth',2)
line([tend/2 tend/2+27],[(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/10 (ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/10],'Color','r','LineWidth',6)
text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/10,' 第1个水箱的液位H1','FontSize',16)
line([tend/2 tend/2+27],[(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/6 (ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/6],'Color','b','LineWidth',6)
text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/6,' 第2个水箱的液位H2','FontSize',16)
line([tend/2 tend/2+27],[(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2 (ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2],'Color','g','LineWidth',6)
text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2,' 第2个水箱的液位给定值','FontSize',16)
line([tend/2 tend/2+27],[(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/3.2 (ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/3.2],'Color','k','LineWidth',6)
text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/3.2,' 阀位变化情况','FontSize',16)
axis([xmin xmax ymin ymax]);
text(tend/5,ymax+1.5,' 实验三考虑阀位饱和特性时的控制效果','FontSize',22)
grid
%hold off
仿真实验曲线：
三思考题
与实验三相比，考虑调节阀饱和特性前后，响应有何不同？
答：与实验三相比，调节饱和特性阀前后调进行对比，H1、H2的液位在考虑饱和特性之后，响应曲线比不考虑的时候略微平缓一些，阀位的调节没有出现超过100%的情况。
四实验总结
通过本次实验，我认识了面向结构图的离散相似法的原理和程序结构，掌握了理含有非线性环节的控制系统的仿真方法。
实验三采样系统的仿真
一实验目的
1．掌握理解数字控制系统的仿真技术。
2．掌握理解增量式PID 数字控制器的实现方法。
二实验内容1
根据上面的各式，编写仿真程序。
仿真程序：
clc
clear all
close all;
A=2;
ku=0.1/0.5;
H10=1.5;
H20=1.4;
alpha12 = 0.25/sqrt(H10); alpha2 = 0.25/sqrt(H20); R12=2*sqrt(H10)/alpha12; R2=2*sqrt(H20)/alpha2; H1SpanLo=0;
H2SpanLo=0;
H1SpanHi=2.52;
H2SpanHi=2.52;
Kp=1.89;
Ti=30;
Td=10;
ad = 1/(A*R12);
a1 = 1/(A*R12);
a2 = 1/(A*R2);
Kc=Kp/Ti;
bc=Ti;
Kd = 1/A;
K1 = ku/A;
K2 = 1/(A*R12);
beta1=1/(a1*a2);
beta3=beta1*a1/(a2-a1); beta2=-beta1-beta3;
u(1)=0;u(2)=0;u(3)=0;
y(1)=0;y(2)=0;y(3)=0; nCounter = 70;
T=10;
k=2;
deltuU=0;
e(1)=0;e(2)=0;e(3)=0;
% uc(1)=0;
H20_percent=(H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100;
H2set_percent=80;
tend = nCounter*T;
for t=2*T:T:tend
k=k+1;
e(k)=(H2set_percent - (y(k-1)+H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100)/100;
deltaU=Kp*(e(k)-e(k-1))+Kp*T/Ti*e(k)+Kp*Td/T*[e(k)-2*e(k-1)+e(k-2)];
e(k-2)=e(k-1);
e(k-1)=e(k);
u(k)=u(k-1)+deltaU;
y(k)=(exp(-a1*T)+exp(-a2*T))*y(k-1) - exp(-(a1+a2)*T)*y(k-2)+K1*K2*(beta1+beta2+beta3)*u(k)- ...
K1*K2*(beta1*(exp(-a1*T)+exp(-a2*T))+beta2*(1+exp(-a2*T)) ...
+beta3*(1+exp(-a1*T)))*u(k-1)+K1*K2*(beta1*exp(-(a1+a2)*T)+beta2*exp(-
a2*T)+ ...
beta3*exp(-a1*T))*u(k-2) ;
y(k-2)=y(k-1);
y(k-1)=y(k);
u(k-2)=u(k-1);
u(k-1)=u(k);
end
y=(y+H20-H2SpanLo)/(H2SpanHi-H2SpanLo)*100;
y2sp=H2set_percent*ones(size(y'));
u=(u+0.5)*100;
% textPositionH1=max(Hlevel(:,1));
% textPositionH2=max(Hlevel(:,2));
% H2Steady=Hlevel(size(Hlevel(:,1),1),1)*ones(size(y1'));
xmax=max(0:T:tend);
xmin=0;
ymax=90;
ymin=50;
scrsz = get(0,'ScreenSize');
gca=figure('Position',[5 10 scrsz(3)-10 scrsz(4)-90])
%gca=figure('Position',[5 10 scrsz(3)/2 scrsz(4)/1.5])
set(gca,'Color','w');
% plot(0:T:tend,Hlevel(:,1),'g','LineWidth',2)
plot(0:T:tend,y,'b')
figure
plot(0:T:tend,e,'b')
% hold on
% plot(0:T:tend,y2sp,'k','LineWidth',2)
% line([tend/2 tend/2+27],[(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/6 (ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/6],'Color','b','LineWidth',6)
% text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/6,' 第2个水箱的液位H2','FontSize',16)
% line([tend/2 tend/2+27],[(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2 (ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2],'Color','k','LineWidth',6)
% text(tend/2+27,(ymax-ymin)/2+ymin-(ymax-ymin)/4.2,' 第2个水箱的液位给定值','FontSize',16)
% axis([xmin xmax ymin ymax]);
% text(tend/5,ymax+1.5,' 实验三PID数字控制器控制效果','FontSize',22)
% Grid
%hold off
仿真曲线：
被控变量H的变化趋势：
控制量的变化趋势：
三实验内容2
搭建系统如图所示：
运行仿真：
结构图：
仿真曲线H2：
仿真曲线H1：
对比实验二中的编程实现结果，仿真曲线基本一致。
四思考题
讨论增量式PID算法优点
答：①算式中不需要累加。控制增量Δu(k)的确定仅与最近3次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果；
②计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程；
③手动—自动切换时冲击小。当控制从手动向自动切换时，可以作到无扰动切换。
五实验总结
通过本次实验，我对采样控制有了更深一步的认识，基本掌握了理解数字控制系统的仿真技术，学会了增量式PID 数字控制器的实现方法。最后，感谢老师的悉心指导。
控制系统仿真课程设计 （2011级） 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2014年6月
控制系统仿真课程设计一 ———交流异步电机动态仿真 一 设计目的 1．了解交流异步电机的原理，组成及各主要单元部件的原理。 2. 设计交流异步电机动态结构系统； 3．掌握交流异步电机调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。 二 设计及Matlab 仿真过程 异步电机工作在额定电压和额定频率下，仿真异步电机在空载启动和加载过程中的转速和电流变化过程。仿真电动机参数如下： 1.85, 2.658,0.2941,0.2898,0.2838s r s r m R R L H L H L H =Ω=Ω===， 20.1284Nm s ,2,380,50Hz p N N J n U V f =?===，此外，中间需要计算的参数如下： 21m s r L L L σ=-，r r r L T R =，22 2 s r r m t r R L R L R L +=，10N m TL =?。αβ坐标系状态方程： 其中，状态变量： 输入变量： 电磁转矩： 2p m p s r s L r d ()d n L n i i T t JL J βααωψψβ=--r m r r s r r d 1d L i t T T ααβαψψωψ=--+r m r r s r r d 1d L i t T T ββαβψψωψ=-++22s s r r m m m s r r s s 2r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ααβαα σψωψ+=+-+22 s s r r m m m s r r s s 2 r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ββαββ σψωψ+=--+[ ] T r r s s X i i αβαβωψψ=[ ] T s s L U u u T αβ=()p m e s s s s r n L T i i L βααβ ψψ=-
各大仿真软件介绍（包括算法，原理） 随着无线和有线设计向更高频率的发展和电路复杂性的增加，对于高频电磁场的仿真，由于忽略了高阶传播模式而引起仿真的误差。另外，传统模式等效电路分析方法的限制，与频率相关电容、电感元件等效模型而引起的误差。例如，在分析微带线时，许多易于出错的无源模式是由于微带线或带状线的交叉、阶梯、弯曲、开路、缝隙等等，在这种情况下是多模传输。为此，通常采用全波电磁仿真技术去分析电路结构，通过电路仿真得到准确的非连续模式S参数。这些EDA仿真软件与电磁场的数值解法密切相关的，不同的仿真软件是根据不同的数值分析方法来进行仿真的。通常，数值解法分为显示和隐示算法，隐示算法（包括所有的频域方法）随着问题的增加，表现出强烈的非线性。显示算法（例如FDTD、FIT方法在处理问题时表现出合理的存储容量和时间。本文根据电磁仿真工具所采用的数值解法进行分类，对常用的微波EDA仿真软件进行论述。2．基于矩量法仿真的微波EDA仿真软件基于矩量法仿真的EDA 软件主要包括A D S（Advanced Design System）、Sonnet电磁仿真软件、IE3D和Microwave office。 2.1ADS仿真软件Agilent ADS(Advanced Design System)软件是在HP EESOF系列EDA软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件，是美国安捷伦公司开发的大型综合设计软件，是为系统和电路工程师提供的可开发各种形式的射频设计，对于通信和航天／防御的应用，从最简单到最复杂，从离散射频／微波模块到集成MMIC。从电路元件的仿真，模式识别的提取，新的仿真技术提供了高性能的仿真特性。该软件可以在微机上运行，其前身是工作站运行的版本MDS（Microwave Design System）。该软件还提供了一种新的滤波器的设计引导，可以使用智能化的设计规范的用户界面来分析和综合射频／微波回路集总元滤波器，并可提供对平面电路进行场分析和优化功能。它允许工程师定义频率范围，材料特性，参数的数量和根据用户的需要自动产生关键的无源器件模式。该软件范围涵盖了小至元器件，大到系统级的设计和分析。尤其是其强大的仿真设计手段可在时域或频域内实现对数字或模拟、线性或非线性电路的综合仿真分析与优化，并可对设计结果进行成品率分析与优化，从而大大提高了复杂电路的设计效率，使之成为设计人员的有效工具[6-7]。2.2Sonnet仿真软件Sonnet是一种基于矩量法的电磁仿真软件，提供面
、 北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2010 ～2011 学年第 2学期 学生姓名：林泽佳专业班级：08自动化1班指导教师：钟秋海工作部门：信息学院一、课程设计题目 ： 《控制系统建模、分析、设计和仿真》 本课程设计共列出10个同等难度的设计题目，编号为：[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。 学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。例如，学号为8xxxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。 二、课程设计内容 （一）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计内容|
！ " [2 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）。 （二）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计要求及评分标准【共100分】 , 1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB描述。（2分） 2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。（4分） 3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。（2分） 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。（6分） 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。（8分）
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) 。 （12分） 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。 （3分） ！ 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。（7分） 9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。 （8分） 10、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位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。（6分） 11、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dw(z)可实现、无波纹、最少拍和实际 闭环系统稳定的要求。（8分） 12、根据10、11、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) 。 （12分） 13、求针对单位速度信号输入的最少拍无波纹控制器Dw(z)并说明Dw(z)的可实现性。（3分） 14、用程序仿真方法分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分） 15、用图形仿真方法(Simulink)分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。 & （8分） 16、根据8、9、14、15、的分析，说明有波纹和无波纹的差别和物理意义。（4分） 三、进度安排 6月13至6月14：下达课程设计任务书；复习控制理论和计算机仿真知识，收集资料、熟悉仿真工具；确定设计方案和步骤。 6月14至6月16：编程练习，程序设计；仿真调试，图形仿真参数整定；总结整理设计、 仿真结果，撰写课程设计说明书。 6月16至6月17：完成程序仿真调试和图形仿真调试；完成课程设计说明书；课程设计答 辩总结。 [ 四、基本要求
哈尔滨理工大学实验报告 控制系统仿真 专业：自动化12-1 学号：1230130101 姓名：
一．分析系统性能 课程名称控制系统仿真实验名称分析系统性能时间8.29 地点3# 姓名蔡庆刚学号1230130101 班级自动化12-1 一．实验目的及内容： 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程； 2. 熟悉闭环系统稳定性的判断方法； 3. 熟悉闭环系统阶跃响应性能指标的求取。 二．实验用设备仪器及材料： PC, Matlab 软件平台 三、实验步骤 1. 编写MATLAB程序代码； 2. 在MATLAT中输入程序代码，运行程序； 3.分析结果。 四．实验结果分析： 1.程序截图
得到阶跃响应曲线 得到响应指标截图如下
2.求取零极点程序截图 得到零极点分布图 3.分析系统稳定性 根据稳定的充分必要条件判别线性系统的稳定性最简单的方法是求出系统所有极点,并观察是否含有实部大于0的极点，如果有系统不稳定。有零极点分布图可知系统稳定。
二．单容过程的阶跃响应 一、实验目的 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程 2. 了解自衡单容过程的阶跃响应过程 3. 得出自衡单容过程的单位阶跃响应曲线 二、实验内容 已知两个单容过程的模型分别为 1 () 0.5 G s s =和5 1 () 51 s G s e s - = + ，试在 Simulink中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。 三、实验步骤 1. 在Simulink中建立模型，得出实验原理图。 2. 运行模型后，双击Scope，得到的单位阶跃响应曲线。 四、实验结果 1．建立系统Simulink仿真模型图，其仿真模型为
西安邮电大学 专业课程设计报告书 院系名称：电子工程学院学生姓名：李群学号05113096 专业名称：光信息科学与技术班级：光信1103 实习时间：2014年4月8日至2014年4月 18日
一、课程设计题目： 用matlab 仿真光束的传输特性。 二、任务和要求 1、用matlab 仿真光束通过光学元件的变换。 ① 设透镜材料为k9玻璃，对1064nm 波长的折射率为1.5062，镜片中心厚度为3mm ，凸面曲 率半径，设为100mm ，初始光线距离透镜平面20mm 。用matlab 仿真近轴光线（至少10条）经过平凸透镜的焦距，与理论焦距值进行对比，得出误差大小。 ② 已知透镜的结构参数为101=r ，0.11=n ，51=d ，5163.121==' n n （K9玻璃）， 502-=r ，0.12=' n ，物点A 距第一面顶点的距离为100，由A 点计算三条沿光轴夹角分别为10、20、 30的光线的成像。试用Matlab 对以上三条光线光路和近轴光线光路进行仿真，并得出实际光线的球差大小。 ③ 设半径为1mm 的平面波经凸面曲率半径为25mm ，中心厚度3mm 的平凸透镜。用matlab 仿 真平面波在透镜几何焦平面上的聚焦光斑强度分布，计算光斑半径。并与理论光斑半径值进行对比，得出误差大小。（方法：采用波动理论，利用基尔霍夫—菲涅尔衍射积分公式。） 2、用MATLAB 仿真平行光束的衍射强度分布图样。（夫朗和费矩形孔衍射、夫朗和费圆孔衍射、夫朗和费单缝和多缝衍射。） 3、用MATLAB 仿真厄米—高斯光束在真空中的传输过程。（包括三维强度分布和平面的灰度图。） 4、（补充题）查找文献，掌握各类空心光束的表达式，采用费更斯-菲涅尔原理推导各类空心光束在真空中传输的光强表达式。用matlab 对不同传输距离处的光强进行仿真。 三、理论推导部分 第一大题 （1）十条近轴光线透过透镜时，理想情况下光线汇聚透镜的焦点上，焦点到像方主平面的距离为途径的焦距F ，但由于透镜的折射率和厚度会影响光在传输过程中所走的路径（即光程差Δ）。在用MATLAB 仿真以前先计算平行光线的传输路径。，R 为透镜凸面的曲率半径，h 为入射光线的高度，θ1为入射光线与出射面法线的夹角，θ2为出射光线与法线的夹角，n 为透镜材料的折射率。设透镜的中心厚度为d ，则入射光线经过透镜的实际厚度为：L=(R-d) 光线的入射角为：sinq1=h/R 折射角度满足：sinq2=nsinq1 而实际的光束偏折角度为：θ2-θ1。 由此可以看出，当平行光线照射透镜时，在凸面之前光线平行于光轴，在凸面之后发生了偏折，于光轴交汇一点，这一点成为焦点f ，折线的斜率为（-tan(θ2-θ1)）。 （2）根据题意可得，本题所讨论的是与光轴夹角不同的三条光线，经过透镜的两次反射后的成像问题。利用转面公式计算。
电力系统仿真软件 电力系统仿真软件简介 一、PSAPAC 简介: 由美国EPRI开发，是一个全面分析电力系统静态和动态性能的软件工具。 功能：DYNRED（Dynamic Reduction Program）：网络化简与系统的动态等值，保留需要的节点。 LOADSYN（Load Synthesis Program）：模拟静态负荷模型和动态负荷模型。 IPFLOW（Interactive Power Flow Program）：采用快速分解法和牛顿－拉夫逊法相结合的潮流分析方法，由电压稳态分析工具和不同负荷、事故及发电调度的潮流条件构成。 TLIM（Transfer Limit Program）：快速计算电力潮流和各种负荷、事故及发电调度的输电线的传输极限。 DIRECT：直接法稳定分析软件弥补了传统时域仿真工作量大、费时的缺陷，并且提供了计算稳定裕度的方法，增强了时域仿真的能力。 LTSP（Long Term Stability Program）：LTSP是时域仿真程序，用来模拟大型电力系统受到扰动后的长期动态过程。为了保证仿真的精确性，提供了详细的模型和方法。 VSTAB（Voltage Stability Program）：该程序用来评价大型复杂电力系统的电压稳定性，给出接近于电压不稳定的信息和不稳定机理。为了估计电压不稳定状态，使用了一种增强的潮流程序，提供了一种接近不稳定的模式分析方法。 ETMSP（Extended Transient midterm Stability Program）：EPRI为分析大型电力系统暂态和中期稳定性而开发的一种时域仿真程序。为了满足大型电力系统的仿真，程序采用了稀疏技术，解网络方程时为得到最合适的排序采用了网络拓扑关系并采用了显式积分和隐式积分等数值积分法。 SSSP(Small－signal Stability Program)：该程序有助于局部电厂模式振荡和站间模式振荡的分析，由多区域小信号稳定程序(MASS)及大型系统特征值分析程序（PEALS）两个子程序组成。MASS程序采用了QR变换法计算矩阵的所有特征值，由于系统的所有模式都计算，它对控制的设计和协调是理想的工具；PEALS使用了两种技术：AESOPS算法和改进Arnoldi 方法，这两种算法高效、可靠，而且在满足大型复杂电力系统的小信号稳定性分析的要求上互为补充。 二、EMTP/ATP 简介: EMTP是加拿大H.W.Dommel教授首创的电磁暂态分析软件,它具有分析功能多、元件模型全和运算结果精确等优点,对于电网的稳态和暂态都可做仿真分析，它的典型应用是预测电力系统在某个扰动（如开关投切或故障）之后感兴趣的变量随时间变化的规律，将EMTP 的稳态分析和暂态分析相结合，可以作为电力系统谐波分析的有力工具。 ATP（The alternative Transients Program）是EMTP的免费独立版本，是目前世界上电磁暂态分析程序最广泛使用的一个版本, 它可以模拟复杂网络和任意结构的控制系统，数学模型广泛，除用于暂态计算，还有许多其它重要的特性。ATP程序正式诞生于1984年，由Drs.
现代工程控制理论 实验报告 实验名称：控制系统数字仿真技术 实验时间： 2015/5/3 目录 一、实验目的 (2) 二、实验容 (3)
三、实验原理 (3) 四、实验方案 (6) 1、分别离散法； (6) 2、整体离散法； (7) 3、欧拉法 (9) 4、梯形法 (9) 5、龙格——库塔法 (10) 五、实验结论 (11) 小结： (14) 一、实验目的 1、探究多阶系统状态空间方程的求解； 2、探究多种控制系统数字仿真方法并对之进行精度比较；
二、 实验容 1、 对上面的系统进行仿真，运用分别离散法进行分析； 2、 对上面的系统进行仿真，运用整体离散法进行分析； 3、 对上面的系统进行仿真，运用欧拉法进行分析； 4、 对上面的系统进行仿真，运用梯形法进行分析； 5、 对上面的系统进行仿真，运用龙泽——库塔法进行分 析； 6、 对上面的几种方法进行总计比较，对他们的控制精度分 别进行分析比较； 三、 实验原理 1、 控制系统状态空间方程整体离散法的求解； 控制系统的传递函数一般为 x Ax Bu Y Cx Du ? =+=+ 有两种控制框图简化形式如下： KI 控制器可以用框图表示如下：
惯性环节表示如下： 高阶系统(s)(1)n K G T = +的框图如下 对于上面的框图可以简写传递函数 x Ax Bu Y Cx Du ? =+=+ 根据各环节间的关系可以列写出式子中出现的系数A 、B 、C 和D ，下面进行整体离散法求传递函数的推导
00 ()0 ...*()...()(t)(0)...*(t)(0)(t)(0)()(0)At At At At At t t At t t A AT t AT A At t t At At A At A t x Ax Bu e e x e Ax e Bu d e x dt Bue dt dt e x Bue dt e x x Bue d e x x e e Bue d x x e Bue d t KT x kT x e τ ττ τττττ ? -? -----------=+=+=?=?=+=+?=+==????? ?①①得②③ ③得令()0 (1)(1)[(1)]0 (1)[(1)]0 ...(1)[(1)](0)...*(1)()(1)T (1)()()() ,kT A kT A kT k T A k T A k T AT k T AT A k T kT T T AT At AT At AT Bue d t K T x k T x e Bue d e x k e x k Bue d k t x k e x k e Budt e x k e Bdt u k e ττττττ τ?-+?++-++-+=++=+-+-=+-=+=+=+?Φ=? ? ? ??④ 令⑤ ⑤④得令令0 (1)()(1) T At m m e Bdt x k x k x k Φ=+=Φ?+Φ?+?得 这样，如果知道系数，就可以知道高阶系统的传递函数和状态空间方程。 2、 在控制系统的每一个环节都加一个采样开关，构成分别 离散法求解系统的状态空间方程； 采样开关其实是一个零阶保持器
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。
控制系统仿真课程设计 （2010级） 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2013年7月
控制系统仿真课程设计（一） ——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的 本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真，掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法，深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点，实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系，掌握过程控制系统参数整定的方法。 1.2 设计原理 锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量，目的是使汽包水位维持在给定的范围内。汽包液位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水过多，若用此蒸汽推动汽轮机，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。汽包液位过低，水循环就会被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，甚至爆炸。 常见的锅炉汽水系统如图1-1所示，锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响，而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量，锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量，使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。 图1-1 锅炉汽水系统图
在给水流量及蒸汽负荷发生变化时，锅炉汽包水位会发生相应的变化，其分别对应的传递函数如下所示： （1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性 汽包和给水可以看做单容无自衡对象，当给水增加时，一方面会使得汽包水位升高，另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，又会使得汽包中气泡减少，导致水位降低，两方面的因素结合，在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟，使得汽包水位的变化具有一定的滞后。因此，汽包水位在给水流量作用下，近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统，系统特性可以表示为 ()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ （1.1） （2）汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下，当蒸汽流量突然增加时，瞬间会导致汽包压力的降低，使得汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高；而当蒸汽流量突然减小时，汽包内压力会瞬间增加，使得水面下汽包的容积变小，出现水位先下降后上升的现象，上述现象称为“虚假水位”。虚假水位在大中型中高压锅炉中比较显著，会严重影响锅炉的安全运行。“虚假水位”现象属于反向特性，变化速度很快，变化幅值与蒸汽量扰动大小成正比，也与压力变化速度成正比，系统特性可以表示为 222()()()1f K K H s G s D s T s s ==-+ （1.2） 常用的锅炉水位控制方法有：单冲量控制、双冲量控制及三冲量控制。单冲量方法仅是根据汽包水位来控制进水量，显然无法克服“虚假水位”的影响。而双冲量是将蒸汽流量作为前馈量用于汽包水位的调节，构成前馈-反馈符合控制系统，可以克服“虚假水位”影响。但双冲量控制系统要求调节阀具有好的线性特性，并且不能迅速消除给水压力等扰动的影响。为此，可将给水流量信号引入，构成三冲量调节系统，如图1-2所示。图中LC 表示水位控制器（主回路），FC 表示给水流量控制器（副回路），二者构成一个串级调节系统，在实现锅炉水位控制的同时，可以快速消除给水系统扰动影响；而蒸汽流量作为前馈量用于消除“虚假水位”的影响。
发电厂运行仿真分析系统软件系统简介 软件网站：https://www.doczj.com/doc/ea9058891.html, 主要邮箱：szy@https://www.doczj.com/doc/ea9058891.html, 附属邮箱：emrun@https://www.doczj.com/doc/ea9058891.html,
目录 1. 软件版本简介 (1) 1.1 原理版功能 (1) 1.2 定制版功能 (1) 1.3 单机版功能 (1) 1.4 网络版功能 (1) 2. 软件功能简介 (2) 2.1 节能分析功能 (2) 2.2 运行仿真操作 (2) 2.3 故障事故分析 (2) 2.4 试验优化分析 (3) 2.5 设计优化分析 (3) 2.6 运行优化分析 (3) 3. 软件支撑系统 (1) 4. 软件操作简介 (3) 4.1 工况选择／保存功能 (3) 4.2 冻结／解冻/加速 (3) 4.3 外部参数设置功能 (4) 4.4 回退功能 (4) 4.5 事件及报警记录 (4) 4.6 重演功能 (5)
4.7 快存功能 (5) 4.8 故障设置功能 (5) 4.9 各类操作画面示例 (6) 4.10 测试版说明 (10)
1. 软件版本简介 1.1 原理版功能： 原理版软件只对通用类型的电厂生产原理过程进行仿真，在仿真范围及控制室表盘配置及DCS画面上进行简化，适合于现场运行管理人员和节能分析人员对运行过程进行理论分析，主要包括：故障运行分析、经济指标分析和典型技术分析，适用于对电厂机组的初步理论指导和经济核算指导。原理版软件也适合于大专院校热动、热自及电气专业的学生的课程学习。 1.2 定制版功能： 定制版软件只对某一具体电厂的生产过程进行仿真，满足电厂控制室DCS系统的完整操作画面及相关表盘的虚拟配置，建立的各系统数学模型能够真实再现这个电厂生产过程的各种运行工况，在功能、模拟范围和模型逼真上较高，对电厂设计论证、技术改造、经济评定、节能分析及对实际运行数据的跟踪比较程度水平较高。定制版软件主要适用于运行人员岗前培训、运行人员实时数据优化指导。 3. 单机版功能： 单机版软件的所有运行操作及节能分析功能都集成在单台计算机软件内，在独立的该计算机上能够完成仿真及运行的所有操作功能，包括运行操作分析、故障处理分析、经济指标分析等操作功能。 4. 网络版功能： 网络版软件按照不同的运行操作功能对仿真分析系统进行平台设置，可以在同一局域网内将不同的网络节点计算机设置成不同功能的操作员站：如汽机操作员台、锅炉操作员台、电气操作员台、故障设置及经济指标统计平台等。
课程设计 双闭环直流调速系统设计及仿真验证 学院年级：工程学院08级 组长：陈春明学号200830460102 08自动化1班成员一：陈木生学号 200830460103 08自动化1班 指导老师： 日期： 2012-2-28 华南农业大学工程学院
摘要 转速、电流双闭环调速系统是应用最广的直流调速系统，由于其静态性能良好，动态响应快，抗干扰能力强，因而在工程设计中被广泛地采用。现在直流调速理论发展得比较成熟，但要真正设计好一个双闭环调速系统并应用于工程设计却有一定的难度。 Matlab是一高性能的技术计算语言，具有强大的科学数据可视化能力，其中Simulink具有模块组态简单、性能分析直观的优点，方便了系统的动态模型分析。应用Simulink来研究双闭环调速系统，可以清楚地观察每个时刻的响应曲线，所以可以通过调整系统的参数来得出较为满意的波形，即良好的性能指标，这给分析双闭环调速系统的动态模型带来很大的方便。 本研究采用工程设计方法，并利用Matlab协助分析双闭环调速系统，依据自动控制系统快、准、稳的设计要求，重点分析系统的起动过程。 关键词：双闭环直流调速 Simulink 自动控制
目录 1、直流电机双闭环调速系统的结构分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.1 双闭环调速系统的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.2 双闭环调速系统的结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 、建立直流电机双闭环调速系统的模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.1 小型直流调速系统的指标及参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.2 电流环设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.3 转速环设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3、直流电动机双闭环调速系统的MATLAB仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.1 系统框图的搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.2 PI控制器参数的设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.3 仿真结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4、结论与总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5、参考资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
模拟仿真软件介绍 模拟仿真技术发展至今，用于不同领域、不同对象的模拟仿真软件林林总总，不可胜数，仅对机械产品设计开发而言，就有机构运动仿真软件，结构仿真软件，动力学仿真软件，加工过程仿真软件（如：切削加工过程仿真软件、装配过程仿真软件、铸造模腔充填过程仿真软件、压力成型过程仿真软件等），操作训练仿真软件，以及生产管理过程仿真软件，企业经营过程仿真软件等等。这里仅以一种微机平台上的三维机构动态仿真软件为例，介绍模拟仿真软件的结构和功能。 DDM（Dynamic Designer Motion）是DTI（Design Technology International）公司推出的、工作于AutoCAD和MDT平台上的微机全功能三维机构动态仿真软件，包含全部运动学和动力学分析的功能，主要由建模器、求解器和仿真结果演示器三大模块组成（见图1）。 1.DDM建模器的功能 1）设定单位制。 2）定义重力加速度的大小和方向。 3）可以AutoCAD三维实体或普通图素（如直线、圆、圆弧）定义运动零件。 4）可以定义零件质量特性：
图1 DDM仿真软件模块结 ①如果将三维实体定义为零件，可以自动获得其质量特性。 ②如果用其他图素定义零件，则可人工设定质量特性。 5）可以定义各种铰链铰链用于连接发生装配关系的各个零件，系统提供六种基本铰链和两种特殊铰链。 基本铰链： ①旋转铰——沿一根轴旋转。 ②平移铰——沿一根轴移动。 ③旋转滑动铰——沿一根轴旋转和移动。 ④平面铰——在一个平面内移动并可沿平面法线旋转。 ⑤球铰——以一点为球心旋转。 ⑥十字铰——沿两根垂直轴旋转。 特殊铰链：
自动控制原理及系统仿 真课程设计 学号：1030620227 姓名：李斌 指导老师：胡开明 学院：机械与电子工程学院
2013年11月
目录 一、设计要求 (1) 二、设计报告的要求 (1) 三、题目及要求 (1) （一）自动控制仿真训练 (1) （二）控制方法训练 (19) （三）控制系统的设计 (23) 四、心得体会 (27) 五、参考文献 (28)
自动控制原理及系统仿真课程设计 一：设计要求： 1、 完成给定题目中，要求完成题目的仿真调试，给出仿真程序和图形。 2、 自觉按规定时间进入实验室，做到不迟到，不早退，因事要请假。严格遵守实验室各项规章制度，实验期间保持实验室安静，不得大声喧哗，不得围坐在一起谈与课程设计无关的空话，若违规，则酌情扣分。 3、 课程设计是考查动手能力的基本平台，要求独立设计操作，指导老师只检查运行结果，原则上不对中途故障进行排查。 4、 加大考查力度，每个时间段均进行考勤，计入考勤分数，按照运行的要求给出操作分数。每个人均要全程参与设计，若有1/3时间不到或没有任何运行结果，视为不合格。 二：设计报告的要求： 1.理论分析与设计 2.题目的仿真调试，包括源程序和仿真图形。 3.设计中的心得体会及建议。 三：题目及要求 一）自动控制仿真训练 1.已知两个传递函数分别为：s s x G s x G +=+= 22132)(,131)(
①在MATLAB中分别用传递函数、零极点、和状态空间法表示； MATLAB代码： num=[1] den=[3 1] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) num=[2] den=[3 1 0] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) 仿真结果： num =2 den =3 1 0 Transfer function: 2 --------- 3 s^2 + s
阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 控制系统设计与仿真上机实验报告 学院：自动化学院 班级：自动化 姓名： 学号： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 一、第一次上机任务 1、熟悉matlab软件的运行环境，包括命令窗体，workspace等，熟悉绘图命令。 2、采用四阶龙格库塔法求如下二阶系统的在幅值为1脉宽为1刺激
下响应的数值解。 2?，??n10?0.5,??(s)G n22?????2ss nn3、采用四阶龙格库塔法求高阶系统阶单位跃响应曲线的数值解。 2?，，??5T?n100.5,???Gs)( n22???1)?s(?2s)(Ts?nn4、自学OED45指令用法，并求解题2中二阶系统的单位阶跃响应。 程序代码如下： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
;曲线如下： 法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。．阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
法拉兹·日·阿卜——学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。． 阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根 二、第二次上机任务 试用simulink方法解微分方程，并封装模块，输出为。得到各、1x i 状态变量的时间序列，以及相平面上的吸引子。 ?x?x??xx?3121? ??xx?x???322 ??xx?xx??x??32321参数入口为的值以及的初值。（其中，以及??????x28?10,?8/,,3,?i1模块输入是输出量的微分。）初值分别为提示：0.001xxx?0,?0,?312s:Simulink
常见仿真软件介绍 软件名称（中文）：系统仿真和分析 软件名称（英文）：AMESim 软件发行单位：法国IMAGINE公司 软件应用于研究的方向：多学科领域复杂系统建模与仿真 软件背景及主要的用途：AMESim提供了一个系统工程设计的完整平台，使得用户可以在一个平台上建立复杂的多学科领域系统的模型，并在此基础上进行仿真计算和深入的分析。用户可以在AMESim平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能.AMESim处于不断的快速发展中，现有的应用库有：机械库、信号控制库、液压库（包括管道模型）、液压元件设计库（HCD）、动力传动库、液阻库、注油库（如润滑系统）、气动库（包括管道模型）、电磁库、电机及驱动库、冷却系统库、热库、热液压库（包括管道模型）、热气动库、热液压元件设计库（THCD）、二相库、空气调节系统库；作为在设计过程中的一个主要工具，AMESim还具有与其它软件包丰富的接口，例如Simulink?, Adams?, Simpack?, Flux2D?，RTLab? , dSPACE?, iSIGHT?等。 软件名称（中文）：机械系统动力学分析与仿真 软件名称（英文）：ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) 软件发行单位：原由美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发，目前已被美国MSC公司收购成为MSC/ ADAMS，是最著名的虚拟样机分析软件。 软件应用于研究的方向：ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。 软件背景及主要的用途：目前，ADAMS已在汽车、飞机、铁路、工程机械、一般机械、航天机械等领域得到广泛应用，己经被全世界各行各业的大多制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS 软件占据了销售总额近8千万美元的51%份额。ADAMS软件由核心模块、功能扩展模块、专业模块、工具箱和接口模块5类模块组成。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发
北华大学 《MATLAB仿真》课程设计 姓名： 班级学号： 实习日期： 辅导教师：
前言 科学技术的发展使的各种系统的建模与仿真变得日益复杂起来。如何快速有效的构建系统并进行系统仿真，已经成为各领域学者急需解决的核心问题。特别是近几十年来随着计算机技术的迅猛发展，数字仿真技术在各个领域都得到了广泛的应用与发展。而MATLAB作为当前国际控制界最流行的面向工程和科学计算的高级语言，能够设计出功能强大、界面优美、稳定可靠的高质量程序，而且编程效率和计算效率极高。MATLAB环境下的Simulink是当前众多仿真软件中功能最强大、最优秀、最容易使用的一个系统建模、仿真和分析的动态仿真环境集成工具箱，并且在各个领域都得到了广泛的应用。 本次课程设计主要是对磁盘驱动读取系统校正部分的设计，运用自动控制理论中的分析方法，利用MATLAB对未校正的系统进行时域和频域的分析，分析各项指标是否符合设计目标,若有不符合的，根据自动控制理论中的校正方法，对系统进行校正，直到校正后系统满足设计目标为止。我组课程设计题目磁盘驱动读取系统的开环传递函数为是设计一个校正装置，使校正后系统的动态过程超调量δ%≤7%，调节时间ts≤1s。 电锅炉的温度控制系统由于存在非线性、滞后性以及时变性等特点,常规的PID控制器很难达到较好的控制效果。考虑到模糊控制能对复杂的非线性、时变系统进行很好的控制, 但无法消除静态误差的特点, 本设计将模糊控制和常规的PI D控制相结合, 提出一种模糊自适应PID控制器的新方法。并对电锅炉温度控制系统进行了抗扰动的仿真试验, 结果表明, 和常规的PI D控制器及模糊PI D复合控制器相比,模糊自适应PI D控制改善了系统的动态性能和鲁棒性, 达到了较好的控制效果。
电磁场仿真软件简介 随着电磁场和微波电路领域数值计算方法的发展，在最近几年出现了大量的电磁场 和微波电路仿真软件。在这些软件中，多数软件都属于准3维或称为 2.5维电磁仿真软件。例如，Agilent公司的ADS（Advanced Design System）、AWR公司的Microwave Office、Ansoft公司的Esemble、Serenade和CST公司的CST Design Studio等。目前，真正意义上的三维电磁场仿真软件只有Ansoft公司的HFSS、CST公司的Mafia、CST Microwave Studio、Zeland公司的Fidelity和IMST GmbH公司的EMPIRE。从理论上讲，这些软件都能仿真任意三维结构的电磁性能。其中，HFSS （HFSS是英文高频结构仿真器（High Frequency Structure Simulator）的缩写）是一种最早出 现在商业市场的电磁场三维仿真软件。因此，这一软件在全世界有比较大的用户群体。 由于HFSS进入中国市场较早，所以目前国内的电磁场仿真方面HFSS的使用者众多，特别是在各大通信技术研究单位、公司、高校非常普及。 德国CST公司的MicroWave Studio（微波工作室）是最近几年该公司在Mafia 软件基础上推出的三维高频电磁场仿真软件。它吸收了Mafia软件计算速度快的优点，同时又对软件的人机界面和前、后处理做了根本性的改变。就目前发行的版本而言， CST的MWS的前后处理界面及操作界面比HFSS好。Ansoft也意识到了自己的缺点，在刚刚推出的新版本HFSS（定名为Ansoft HFSS V9.0）中，人机界面及操作都得到 了极大的改善。在这方面完全可以和CST媲美。在性能方面，两个软件各有所长。在 速度和计算的精度方面CST和ANSOFT成绩相差不多。值得注意的是，MWS采用的理论基础是FIT（有限积分技术）。与FDTD（时域有限差分法）类似，它是直接从Maxwell 方程导出解。因此，MWS可以计算时域解。对于诸如滤波器，耦合器等主要关心带内 参数的问题设计就非常适合；而HFSS采用的理论基础是有限元方法(FEM)，这是一种微分方程法，其解是频域的。所以，HFSS如果想获得频域的解，它必须通过频域转换 到时域。由于，HFSS是用的是微分方法，所以它对复杂结构的计算具有一定的优势。 另外，在高频微波波段的电磁场仿真方面也应当提及另一个软件：ANSYS 。ANSYS是一个基于有限元法(FEM)的多功能软件。该软件可以计算工程力学、材料力 学、热力学和电磁场等方面的问题。它也可以用于高频电磁场分析（应用例如：微波辐 射和散射分析、电磁兼容、电磁场干扰仿真等）。其功能与HFSS和CST MWS类似。但由于该软件在建模和网格划分过程中需要对该软件的使用规则有详细的了解，因此， 对一般的工程技术人员来讲使用该软件有一定困难。对于高频微波波段通信、天线、器件封装、电磁干扰及光电子设计中涉及的任意形状三维电磁场仿真方面不如HFSS更专业、更理想。实际上，ANSYS软件的优势并不在电磁场仿真方面，而是结构静力/动力分析、热分析以及流体动力学等。但是，就其电磁场部分而言，它也能对任意三维结构 的电磁特性进行仿真。 虽然，Zeland公司的Fidelity和IMST GmbH公司的EMPIRE也可以仿真三维结