matlAB,SIMULINK联合仿真经典的例子
- 格式:doc
- 大小:207.50 KB
- 文档页数:10
matlab simulink案例1. 电机传动系统模拟在这个案例中,我们将使用Simulink来模拟一个简单的电机传动系统。
我们将建立一个由电机、负载和控制器组成的系统,并使用Simulink来模拟系统的动态行为。
通过调整输入信号和控制器参数,我们可以观察系统的响应,并优化控制器的性能。
2. PID控制器设计在这个案例中,我们将使用Simulink来设计一个PID控制器,并将其应用于一个简单的控制系统。
我们将建立一个由传感器、控制器和执行器组成的系统,并使用Simulink来模拟系统的动态行为。
通过调整PID控制器的参数,我们可以观察系统的响应,并优化控制器的性能。
3. 机器人路径规划在这个案例中,我们将使用Simulink来进行机器人的路径规划。
我们将建立一个由传感器、路径规划器和执行器组成的系统,并使用Simulink来模拟机器人在不同环境中的路径规划行为。
通过调整路径规划器的算法和参数,我们可以优化机器人的路径规划性能。
4. 电力系统稳定性分析在这个案例中,我们将使用Simulink来进行电力系统的稳定性分析。
我们将建立一个由发电机、负载和传输线路组成的电力系统,并使用Simulink来模拟系统的动态行为。
通过调整系统的参数和控制策略,我们可以评估系统的稳定性,并优化系统的运行性能。
5. 汽车动力学模拟在这个案例中,我们将使用Simulink来进行汽车的动力学模拟。
我们将建立一个由车辆、发动机和传动系统组成的模型,并使用Simulink来模拟车辆在不同驾驶条件下的动力学行为。
通过调整车辆参数和控制策略,我们可以评估车辆的性能,并优化驾驶体验。
6. 无人机飞行控制在这个案例中,我们将使用Simulink来进行无人机的飞行控制。
我们将建立一个由无人机、传感器和控制器组成的系统,并使用Simulink来模拟无人机在不同飞行任务下的控制行为。
通过调整控制器的参数和飞行任务的要求,我们可以优化无人机的飞行性能。
matlab的simulink仿真建模举例-回复Matlab的Simulink仿真建模举例Simulink是Matlab附带的一款强大的仿真建模工具,它能够帮助工程师们通过可视化的方式建立和调试动态系统模型。
Simulink通过简化传统的数学模型建立过程,使得工程师们能够更加直观地理解和分析复杂的系统。
在本文中,我们将介绍一个关于电机控制系统的Simulink仿真建模的例子。
一、了解电机控制系统在开始建模之前,我们首先需要了解电机控制系统的基本原理。
电机控制系统通常包括输入、电机和输出三个主要部分。
输入通常是来自于传感器或用户的命令信号,例如转速、位置或力矩。
电机是通过接受输入信号并根据特定的控制算法生成输出信号。
输出信号通常是电机的转速、位置或功率等。
控制算法通常采用比例-积分-微分(PID)控制或者其他控制算法。
二、建立Simulink模型1. 创建新的Simulink模型在Matlab主界面中,选择Simulink选项卡下的“New Model”创建一个新的Simulink模型。
2. 添加输入信号在Simulink模型中,我们首先需要添加输入信号模块。
在Simulink库浏览器中选择“Sources”类别,在右侧面板中找到“Step”模块,并将其拖放到模型中。
3. 添加电机模型接下来,我们需要将电机模型添加到Simulink模型中。
Simulink库浏览器中选择“Simscape”类别,在右侧面板中找到“Simscape Electrical”子类别,然后找到“Simscape模型”模块,并将其拖放到模型中。
4. 连接输入信号和电机模型将输入信号模块的输出端口与电机模型的输入端口相连,以建立输入信号与电机模型之间的连接。
5. 添加输出信号模块在Simulink模型中,我们还需要添加输出信号模块。
在Simulink库浏览器中选择“Sinks”类别,在右侧面板中找到“Scope”模块,并将其拖放到模型中。
使用Link for ModelSim ,你可以建立一个有效的环境来进行联合仿真、器件建模、以及分析和可视化。
进行如下的实例的开发。
1 :可以在MA TLAB或Simulink 中针对HDL实体开发软件测试基准(test bench) 。
2 :可以在Simulink 中对包含在大规模系统模型的HDL 模型进行开发和仿真。
3 :可以生成测试向量进行测试、调试,以及同MA TLAB/Simulink下的规范原形进行HDL 代码的验证。
4 :提供在MA TLAB/Simulink下的对HDL行为级的建模能力。
5 :可以在MA TLAB/Simulink下对HDL的实现进行验证、分析、可视化。
Link for ModelSim中MA TLAB与ModelSim 接口和Simulink与ModelSim 接口是独立的。
这使得你可以单独使用一个接口或同时使用两个。
使用ModelSim和MATLAB的接口使用Link for ModelSim后,你可以使用MA TLAB和它提供的工具箱,比如设计和仿真信号处理,或者其他的数值计算算法。
你还可以用HDL来取代算法和系统设计中的器件模型,并直接完成HDL器件和MA TLAB中剩余算法的联合仿真。
使用ModelSim和Simulink的接口你可以通过Simulink和相关的Blockset创建一个关于信号处理方面或者通信系统方面的系统级设计。
你也可以把HDL 器件合并到设计中或者用HDL模块来取代相应的子系统,并借此来创建软件测试基准来验证你的HDL实现。
ModelSim 中联合仿真模块的参数对话框可以让你很容易的设置输入输出端口,二者连接的属性,时钟,以及TCL命令。
本图显示了在MATLAB和ModelSim的接口关系。
把在MATLAB 中获得的测试基准代码输出作为输入输入到VHDL实体中,并把经过ModelSim的输出输入到MATLAB函数中Link for ModelSim还提供一个模块来生成VCD的文件格式,可以用来:1 :观察在HDL仿真环境下的Simulink仿真波形2 :使用相同或不同的仿真环境来比较多个不同仿真运行的结果。
基于MATLAB/Simulink的电力系统故障分析10kv系统三相短路分析三相短路(以中性点不接地系统模型为类)模块搭建:三相短路各元件参数设置如下:三相短路仿真波形如下:如图1——a、b、c三相短路电流仿真波形图分析:正常运行时,a、b、c三相大小相等,相位相差120度。
发生三相短路时,a、b、c三相电压全如图2——线路1的零序电流分析:在没有故障时,没有零序电流,突然出现故障时,零序电流为故障电流的3倍,为3I0。
如图3——线路1的零序电压分析:在没有故障时,没有零序电压,突然出现故障时,零序电流为故障电压的3倍,为3U0。
如图4——线路1的故障相电压如图5——线路3的零序电流如图6——线路3的短路电流如图7——三相对称电源电压如图8——线路2的零序电流分析:在没有故障时,没有零序电流,突然出现故障时,零序电流为故障电流的3倍,为3I0。
如图9——三相对称电源电流如图10——三相对称电源零序电压如图11——一相短路电流10kv系统两相短路分析仿真模块搭建同三相短路,只有三相故障模块参数改变如下:注:a、b两相短路分析:两相短路原理同三相短路,两相短路复合序网图是无零序并联网,短路两相电压相等,电流互为相反数,非故障相电流为零。
零点漂移轨迹的验证一理论分析对于以下简单的中性点不接地系统,当其发生单相接地故障时,各量之间满足以下关系:其中,分别表示A、 B、 C三相对O’点的导纳则用复数形式可表示为其相量关系如下图:则可得所以,可以推出中性点不接地系统发生单相接地故障后,不同接地电阻下,对应的零点漂移轨迹为接地相右半圆.二matalab仿真模型搭建类似单相短路电源参数设置消弧线圈参数设置其它参数设置类似单相接地短路短路,但是接下来不知该怎么把它的参数通过图形描述出来,以此证明中性点不接地系统发生单相接地故障后,不同接地电阻下,对应的零点漂移轨迹为接地相右半圆.如下图:。
实验九SIMULINK仿真一、实验目的SIMULINK是一个对动态系统(包括连续系统、离散系统和混合系统)进行建模、仿真和综合分析的集成软件包,是MA TLAB的一个附加组件,其特点是模块化操作、易学易用,而且能够使用MATLAB提供的丰富的仿真资源。
在SIMULINK环境中,用户不仅可以观察现实世界中非线性因素和各种随机因素对系统行为的影响,而且也可以在仿真进程中改变感兴趣的参数,实时地观察系统行为的变化。
因此SIMULINK已然成为目前控制工程界的通用软件,而且在许多其他的领域,如通信、信号处理、DSP、电力、金融、生物系统等,也获得重要应用。
对于信息类专业的学生来说,无论是学习专业课程或者相关课程设计还是在今后的工作中,掌握SIMULINK,就等于是有了一把利器。
本次实验的目的就是通过上机训练,掌握利用SIMULINK对一些工程技术问题(例如数字电路)进行建模、仿真和分析的基本方法。
二、实验预备知识1. SIMULINK快速入门在工程实际中,控制系统的结构往往很复杂,如果不借助专用的系统建模软件,则很难准确地把一个控制系统的复杂模型输入计算机,对其进行进一步的分析与仿真。
1990年,Math Works软件公司为MATLAB提供了新的控制系统模型图输入与仿真工具,并命名为SIMULAB,该工具很快就在控制工程界获得了广泛的认可,使得仿真软件进入了模型化图形组态阶段。
但因其名字与当时比较著名的软件SIMULA类似,所以1992年正式将该软件更名为SIMULINK。
SIMULINK的出现,给控制系统分析与设计带来了福音。
顾名思义,该软件的名称表明了该系统的两个主要功能:Simu(仿真)和Link(连接),即该软件可以利用系统提供的各种功能模块并通过信号线连接各个模块从而创建出所需要的控制系统模型,然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真和分析。
⏹SIMULINK的启动首先启动MATLAB,然后在MA TLAB主界面中单击上面的Simulink按钮或在命令窗口中输入simulink命令。
simulink仿真简单实例
一、模拟环境
1、MATLAB/Simulink 设计环境:
在MATLAB中开发Simulink模型,仿真模拟系统,开发系统塑造都可以在这个环境下进行。
2、LabVIEW 设计环境:
LabVIEW允许你以基于可视化技术的开发环境(VI)来创建测试,模拟,监控系统,以及自动化系统的可视化界面。
二、仿真实例
1、基于MATLAB/Simulink的仿真实例:
(1)传统的PID控制器
这是一个利用PID控制器控制速度的例子。
首先,建立一个简单的Simulink模型,包括PID控制器、电机和反馈器件。
之后,你可以调整PID参数,以提高系统的控制能力。
(2)智能控制
这是一个基于智能控制算法的实例。
通过使用神经网络,试图根据输入自动调整PID参数,使系统具有更强的控制能力。
2、基于LabVIEW的仿真实例:
(1)叉车仿真
这是一个使用LabVIEW来模拟电动叉车运行过程的实例。
你可以模拟叉车的启动过程,叉车行驶过程,并开发出任意的叉车控制算法。
(2)汽车仿真
这是一个使用LabVIEW进行汽车模拟的实例。
你可以模拟汽车的动力性能,并开发出任意类型的汽车控制算法,如路径规划算法,自动驾驶算法等。
一、 控制系统的模型与转换1. 请将下面的传递函数模型输入到matlab 环境。
]52)1)[(2(24)(32233++++++=s s s s s s s G )99.02.0)(1(568.0)(22+--+=z z z z z H ,T=0.1s >> s=tf('s');G=(s^3+4*s+2)/(s^3*(s^2+2)*((s^2+1)^3+2*s+5));GTransfer function:s^3 + 4 s + 2------------------------------------------------------s^11 + 5 s^9 + 9 s^7 + 2 s^6 + 12 s^5 + 4 s^4 + 12 s^3>> num=[1 0 0.56];den=conv([1 -1],[1 -0.2 0.99]);H=tf(num,den,'Ts',0.1)Transfer function:z^2 + 0.56-----------------------------z^3 - 1.2 z^2 + 1.19 z - 0.992. 请将下面的零极点模型输入到matlab 环境。
请求出上述模型的零极点,并绘制其位置。
)1)(6)(5()1)(1(8)(22+++-+++=s s s s j s j s s G )2.8()6.2)(2.3()(1511-++=----z z z z z H ,T=0.05s>>z=[-1-j -1+j];p=[0 0 -5 -6 -j j];G=zpk(z,p,8)Zero/pole/gain:8 (s^2 + 2s + 2)--------------------------s^2 (s+5) (s+6) (s^2 + 1)>>pzmap(G)>> z=[0 0 0 0 0 -1/3.2 -1/2.6];p=[1/8.2];H=zpk(z,p,1,'Ts',0.05)Zero/pole/gain:z^5 (z+0.3125) (z+0.3846)-------------------------(z-0.122)Sampling time: 0.05>>pzmap (H )num=[0,7.1570,-6.4875 ];den=[1,-2.2326,1.7641,-0.4966];sysd=tf(num,den,0.05,'variable','z^-1')Transfer function:7.157 z^-1 - 6.487 z^-2-----------------------------------------1 - 2.233 z^-1 + 1.764 z^-2 - 0.4966 z^-3Sampling time: 0.05二、 线性系统分析1. 请分析下面传递函数模型的稳定性。
数控螺旋面钻头尖刃磨机的机构仿真
一、原理
图1二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床示意图
图2 二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床刃磨原理图
重要假设条件:
1、二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床是通过两组并联杆(2,a和3,b)保证动平台4
只在空间中做水平运动,而没有翻转运动。
每一组并联杆是由空间相互平行的4根杆件组成,由于组内各杆件受力相同,所以将其简化成平面机构如图2。
构件a,b是保证动平台4只做水平运动的辅助平行杆,所以可以假设将机构中杆件a,b省略,而动平台4只做水平移动,没有翻转运动,也就是4相对于地面的夹角θ4恒等于0。
2、直线电机的次子有两个(1和5)但是在加工过程中并不是两者同时运动,所以假设5与
导轨固联。
3、假设机床在工作过程中动平台4只受到树直向上的恒力作用,且作用在其中心位置。
基于以上假设机床平面结构示意图如图3。
图3二并联杆数控螺旋面钻头尖刃磨机床简化机构平面结构示意图
二、建立仿真方程
C2=cos(θ2) S2=sin(θ2)ﻩC3=cos(θ3) ﻩS3=sin(θ3)
一)力方程(分别对各个杆件进行受力分析)
对动平台4:受力分析如图4
F24x+F43x=m4*Ac4x (1)
F24y+F43y=m4*Ac4y (2)
F24y*rc4-F43y*rc4=0 (3)
图4动平台4的受力分析
对并联杆2:受力分析如图5
F12x+F24x=-m2*Ac2x (4)
F12y+F24y=-m2*Ac2y (5)
F12x*rc2*S2+F12y*rc2*C2
-F24x*rc2*S2-F24y*rc2*C2=I2*α2 (6)
图5并联杆2的受力分析对直线电机滑块1:受力分析如图6
Fm+F12x=m1*r1_dot_dot (7)
Fy=F12y (8)
图6直线电机滑块1的受力分析
对并联杆3:受力分析如图7
图7并联杆3的受力分析
二)闭环矢量运动方程(矢量图如图
8)
图8 闭环矢量图
矢量方程为:R 1+R2=R3+R4
将上述矢量方程分解为x 和y方向,并分别对方程两边对时间t 求两次导数得:
r 1_do t_d ot+r2*α2*S2+r2*w2^2*C2=r3*α3*S3+r 3*w3^2*C 3 (12)
r2*α2*C2-r 2*w2^2*S2=r 3*α3*C3-r3*w3^2*S3 (13)
三)质心加速度的矢量方程
F13x+F43x=-m3*Ac3x (9) F13y+F43y=-m3*Ac3y (10) F43x*r3*C3+F43y*r3*S3= I3*α3 (11)
图9质心加速度
的矢量示意图
矢量关系:
Ac3=Rc3_dot_dot
Ac4=R3_dot_dot+ Rc4_dot_dot
Ac2=R3_dot_dot+ R4_dot_dot+Rc2_dot_dot
(_dot_dot表示对时间求两次导数)
将上述三个矢量方程分别分解为x和y方向,则它们等效为以下六个方程;
Ac3x=-rc3*w3^2*C3-rc3*α3*S 3 (14)
Ac3y=-rc3*w3^2*S3+rc3*α3*C 3 (15)
Ac4x=-r3*w3^2*C3-r3*α3*S3(16)
Ac4y=-r3*w3^2*S3+r3*α3*C 3 (17)
Ac2x=-r3*w3^2*C3-r3*α3*S3-rc2*w2^2*C2-rc2*α2*S2 (18)
Ac2y=-r3*w3^2*S3+r3*α3*C3-rc2*w2^2*S2+rc2*α2*C2 (19)
力未知量为:
F12x,F12y,F24x,F24y,F43x,F43y,F13x,F13y,Fy,Fm
引入的加速度有:
α2,α3,r1_dot_dot,Ac3x,Ac3y,Ac4x,Ac4y,Ac2x,Ac2y
三、系统方程的组装
将所有19个方程组装成矩阵形式
1
010000000
000200
0000
101000000000020
0222222220000002000000000
01010000000000004000010100000000000040
00101000000000000010000000010010000000
100000010000000000000010100000000m m rc S rc C rc S rc C I m m m ⋅⋅-⋅-⋅-----300000000101000000003000
00033330000
3
00000000000000000223310000000
000000000223300000000000000000223301000000
0000000002233001000000000000000330001000000000000m m r C r S I r S r S r C r C rc S r S rc C r C rc S ⋅⋅-⋅-⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅-⋅003300001000
00000000003300000100
000000000033
0001rc C r S r C ⎛⎫
⎪ ⎪
⎪
⎪
⎪ ⎪
⎪
⎪ ⎪
⎪
⎪ ⎪ ⎪ ⎪
⎪
⎪ ⎪
⎪
⎪ ⎪
⎪
⎪ ⎪ ⎪ ⎪
⋅-
⎪
⋅ ⎪
⎪ ⎪⋅-⎝⎭ 120120240240434301301300020333^2322^2222^2233^2322^222233441F x F y F x F y F x p F y F x F y Fy Fm r w C r w C r w S r w S rc w C Ac x Ac y Ac x Ac y Ac x Ac y r αα••⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⨯= ⎪ ⎪ ⎪⋅⋅-⋅⋅ ⎪ ⎪⋅⋅-⋅⋅ ⎪-⋅⋅ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭
33^2322^2233^2333^2333^2333^2333^23r w S rc w S r w S rc w C rc w S r w C r w S ⎛⎫
⎪
⎪
⎪ ⎪
⎪
⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪
⎪
⎪ ⎪ ⎪ ⎪-⋅⋅ ⎪⋅⋅+⋅⋅ ⎪ ⎪-⋅⋅ ⎪ ⎪⋅⋅ ⎪
-⋅⋅ ⎪
⎪ ⎪⋅⋅⎝⎭ 四、初始条件的设定
假设图3位置就是初始位置。
由于θ2+θ3=180度(3.14弧度),所以积分器初始值设为 θ2=1,θ3=2.14,r1=1.5,其它积分器初始值均设为0。
五、机构的仿真及其结果
根据上述矩阵方程建立的m 文件和simuli nk文件见附录。
仿真结果:
1、并联杆2的运动参数曲线如图10
2、并联杆3的运动参数曲线如图11
3、直线电极滑块1的运动参数曲线如图12图10并联杆2的运动参数
θ2,w2,α2曲线
图11并联杆2的运动参数
θ3,w3,α3曲线
图12直线电极滑块1的
运动参数r1,r1_dot,
r1_dot_dot曲线
4、各个杆件内力曲线如图13
由图可知F24y与F43y的曲线重合,而实际上F24y,F43y是并联杆与动平台之间的内力,它们实际上也是相等的,所以曲线与实际情况相符。
图13各个杆件内力曲线
5、直线电机驱动力Fm与导轨对直线电机次子法向支持力Fy的曲线
6、并联杆2的质心加速度Ac2x,Ac2y曲线如图15图14Fm与Fy的曲线
7、并联杆3的质心加速度Ac3x,Ac3y曲线如图16
8、动平台4的质心加速度Ac4x,Ac4y曲线如图17
9、误差曲线图15并联杆2的质心加速度Ac2x,Ac2y曲线
图16并联杆3的质心加速度Ac3x,Ac3y曲线
图17动平台4的质心加速度Ac4x,Ac4y曲线
图18机构仿真误差随时间的变化曲线
M函数为
function e=my7(u)
%u(1)=r1
%u(2)=theta_2
%u(3)=theta_3
r2=1.0;
r3=1.0;
r4=0.5;
ex=u(1)-r2*cos(u(2))+r3*cos(u(3))-r4;
ey=r2*sin(u(2))-r3*sin(u(3));
e=norm([ex ey]);
结论:
由误差曲线可以看出误差程周期变化,并且是收敛状态,所以仿真正确。