!基于Simulink的控制系统建模与仿真
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基于simulink实现的数模混合控制系统仿真新方法
基于simulink实现的数模混合控制系统仿真新方法
“基于Simulink实现的数模混合控制系统仿真新方法”是一种用于数字模拟混合控制系统仿真的新方法。
这种方法将模型软件Simulink与Matlab/Simulink混合仿真工具结合起来，可以有效地模拟复杂的数模混合控制系统。
首先，使用Simulink可以快速创建数字模拟混合控制系统的模型，并可以实时监控系统的行为。
此外，Simulink可以帮助用户快速定义和验证多种不同的控制策略，而Matlab/Simulink混合仿真工具则可以快速检测出系统中可能存在的问题，从而提供更多有用的信息。
使用这种方法，可以快速检测出系统中可能存在的问题，并可以迅速对其进行修正。
例如，如果系统中发生了异常，可以使用Simulink快速定位问题并采取措施。
此外，因为这种方法可以快速定义和验证多种不同的控制策略，因此可以大大提高控制策略的精度和可靠性。
此外，“基于Simulink实现的数模混合控制系统仿真新方法”还可以将数据收集和分析功能与模型仿真功能相结合，从而使系统集成更加完善。
这样，就可以通过分析
收集到的数据来发现系统中可能存在的问题，从而提高系统的可靠性。
总之，“基于Simulink实现的数模混合控制系统仿真新方法”是一种非常有效的方法，可以帮助用户快速定义和验证多种不同的控制策略，并可以实时监控系统的行为，从而提高系统的可靠性。
基于SIMULINK的二阶_三阶系统建模与仿真
(3)
根据微分方程 (3) ,并给该方程的各参数赋值 ,建立该
弹性系统的仿真模型如图 2 所示 。
对该弹性系统模型进行仿真 ,仿真时间长度为 10 秒 ,仿真结果如图 3 所示 ,该结果反映了上述弹性阻尼
·20 ·
系统在图 2 所示参数条件下质量块位移随时间变化的 情况 。
在输入一定的情况下 ,我们可以通过调节系统参 数得到最佳输出结果 ,通过对系统各参数的调节 ,得出 不同参数条件下仿真结果 ,对这些仿真结果进行比较 , 可以方便的反映在该系统中各参数变化对输出结果影 响的大小 ,从而真实反映该弹性系统的特性 ,方便确定 各参数的重要性 。
在实际实验中 ,我们可以依据仿真结果方便的对 各系统参数进行比较和选取 ,在该弹性系统的仿真过 程中 ,如果系统参数变化小 ,但对输出结果影响大 ,则 该参数的所要求的精度较高 ,反之则该参数的所要求 的精度较底 ,这些对我们实际实验中各系统参数的选 取具有重要的指导意义 。
3 三阶系统仿真
如图 4 所示的直流电力拖动系统是一个典型的三 阶系统 ,首先对该系统进行模型化 ,即建立该系统的数 学模型 ,得到三阶系统的常系数微分方程如下 :
面积 。通过几何方式求得实测线段与设计轮廓的焦点
后 ,可有几何方式求出封闭图形的面积 。同样 ,在设计
断面轮廓较为复杂时 ,要考虑的边界条件非常多 ,面积
计算容易产生错误 。而采用积分方式计算 ,不论断面
轮廓多么复杂 ,均能得到非常准确的结果 。
积分计算方式 :如图 2 所示 ,首先作一虚拟的能包
容设计断面轮廓和实测断面轮廓的最小矩形 ,左下角
我们在需要构造自己的模块时只需要将自己的功 能代码放在适当的位置 ,定义模块的输入输出端口的 数目和类型即可 ,这样便很方便地实现了对该数据文 件的调用 。
基于MatlabSimulink的控制系统设计与仿真
基于MatlabSimulink的控制系统设计与仿真控制系统设计与仿真是现代工程领域中至关重要的一部分，它涉及到对系统的建模、控制器设计以及性能评估等方面。
MatlabSimulink作为一款强大的工程仿真软件，在控制系统设计与仿真中扮演着重要的角色。
本文将介绍基于MatlabSimulink的控制系统设计与仿真的基本原理、方法和应用。
1. 控制系统设计基础在开始介绍基于MatlabSimulink的控制系统设计与仿真之前，我们首先需要了解控制系统设计的基础知识。
控制系统通常由被控对象、传感器、执行器和控制器等组成。
其中，被控对象是需要被调节或控制的物理系统，传感器用于采集被控对象的状态信息，执行器则根据控制器输出的信号对被控对象进行调节，而控制器则根据传感器采集的信息和设定的目标来生成控制信号。
2. MatlabSimulink简介MatlabSimulink是MathWorks公司推出的一款用于数学建模、仿真和算法开发的工具。
它提供了丰富的模块库和直观的图形化界面，使工程师能够快速地建立模型、进行仿真并进行实时分析。
在控制系统设计领域，MatlabSimulink可以帮助工程师快速搭建控制系统模型，并进行性能评估。
3. 控制系统建模与仿真在MatlabSimulink中，可以通过拖拽不同的模块来建立控制系统模型。
常见的模块包括传感器、执行器、PID控制器等。
通过连接这些模块，并设置相应的参数，可以构建一个完整的控制系统模型。
一旦建立好模型，就可以进行仿真分析了。
MatlabSimulink提供了丰富的仿真工具，可以对系统进行时域分析、频域分析等。
4. 控制器设计与调试在控制系统设计中，控制器设计是至关重要的一环。
MatlabSimulink提供了各种常见的控制器设计方法，如PID控制器、状态空间反馈等。
工程师可以根据系统需求选择合适的控制器，并通过仿真来验证其性能。
此外，在调试阶段，MatlabSimulink还提供了丰富的调试工具，如信号监视器、作用力显示等，帮助工程师快速发现问题并进行调整。
simulink建模与仿真流程
simulink建模与仿真流程我们需要在Simulink中创建一个新的模型。
打开Simulink软件后，选择“File”菜单中的“New”选项，然后选择“Model”来创建一个新的模型。
接着，我们可以在模型中添加各种组件，如信号源、传感器、执行器等，以及各种数学运算、逻辑运算和控制算法等。
在建模过程中，我们需要定义模型的输入和输出。
在Simulink中，可以使用信号源模块来定义模型的输入信号，如阶跃信号、正弦信号等。
而模型的输出信号可以通过添加显示模块来实现，如示波器模块、作用域模块等。
接下来，我们需要配置模型的参数。
在Simulink中，可以通过双击组件来打开其参数设置对话框，然后根据需求进行参数配置。
例如，对于控制系统模型，我们可以设置控制器的增益、采样时间等参数。
完成模型的配置后，我们可以进行仿真运行。
在Simulink中，可以选择“Simulation”菜单中的“Run”选项来运行仿真。
在仿真过程中，Simulink会根据模型的输入和参数进行计算，并生成相应的输出结果。
我们可以通过示波器模块来实时显示模型的输出信号，以便进行结果分析和调试。
在仿真过程中，我们可以通过修改模型的参数来进行参数调优。
例如，可以改变控制器的增益值，然后重新运行仿真，观察输出结果的变化。
通过不断调整参数，我们可以优化模型的性能，使其达到设计要求。
除了单一模型的仿真，Simulink还支持多模型的联合仿真。
通过将多个模型进行连接，可以实现系统级的仿真。
例如，我们可以将控制系统模型和物理系统模型进行连接，以实现对整个控制系统的仿真。
在仿真完成后，我们可以对仿真结果进行分析和评估。
Simulink提供了丰富的分析工具，如频谱分析、时域分析和稳定性分析等。
通过对仿真结果的分析，我们可以评估模型的性能，并进行进一步的改进和优化。
Simulink建模与仿真流程包括创建模型、添加组件、定义输入输出、配置参数、运行仿真、参数调优、联合仿真和结果分析等步骤。
如何使用MATLABSimulink进行动态系统建模与仿真
如何使用MATLABSimulink进行动态系统建模与仿真如何使用MATLAB Simulink进行动态系统建模与仿真一、引言MATLAB Simulink是一款强大的动态系统建模和仿真工具，广泛应用于各个领域的工程设计和研究中。
本文将介绍如何使用MATLAB Simulink进行动态系统建模与仿真的方法和步骤。
二、系统建模1. 模型构建在MATLAB Simulink中，可以通过拖拽模块的方式来构建系统模型。
首先，将系统的元件和子系统模块从库中拖拽到模型窗口中，然后连接这些模块，形成一个完整的系统模型。
2. 参数设置对于系统模型的各个组件，可以设置对应的参数和初始条件。
通过双击模块可以打开参数设置对话框，可以设置参数的数值、初始条件以及其他相关属性。
3. 信号连接在模型中，各个模块之间可以通过信号连接来传递信息。
在拖拽模块连接的同时，可以进行信号的名称设置，以便于后续仿真结果的分析和显示。
三、系统仿真1. 仿真参数设置在进行系统仿真之前，需要设置仿真的起止时间、步长等参数。
通过点击仿真器界面上的参数设置按钮，可以进行相关参数的设置。
2. 仿真运行在设置好仿真参数后，可以点击仿真器界面上的运行按钮来开始仿真过程。
仿真器将根据设置的参数对系统模型进行仿真计算，并输出仿真结果。
3. 仿真结果分析仿真结束后，可以通过查看仿真器界面上的仿真结果来分析系统的动态特性。
Simulink提供了丰富的结果显示和分析工具，可以对仿真结果进行绘图、数据处理等操作，以便于对系统模型的性能进行评估。
四、参数优化与系统设计1. 参数优化方法MATLAB Simulink还提供了多种参数优化算法，可以通过这些算法对系统模型进行优化。
可以通过设置优化目标和参数范围，以及定义参数约束条件等，来进行参数优化计算。
2. 系统设计方法Simulink还支持用于控制系统、信号处理系统和通信系统等领域的特定设计工具。
通过这些工具，可以对系统模型进行控制器设计、滤波器设计等操作，以满足系统性能要求。
Simulink与控制系统仿真第二版课程设计
MATLAB/Simulink与控制系统仿真第二版课程设计前言MATLAB/Simulink是一种常用的科学计算软件，在控制系统仿真中也有着广泛的应用。
本文将介绍MATLAB/Simulink与控制系统仿真第二版课程设计的相关内容，希望能够为初学者提供一些参考。
课程设计概述本次课程设计重点涵盖了以下内容：1.利用MATLAB/Simulink搭建控制系统仿真模型；2.设计控制器并进行参数调整；3.利用仿真结果进行系统性能分析。
软件准备在进行课程设计之前，我们需要准备以下软件：1.MATLAB/Simulink 软件，版本不低于 R2018a。
2.Control System Toolbox 软件。
可以通过MathWorks官网进行下载或安装。
实验进程实验一：建立控制系统模型1.利用模块库中的控制系统工具箱，选择Transfer Fcn模块，表示一般的传递函数。
2.建立一个常数块，作为控制输入变量。
3.利用Math Operation模块，实现控制输入变量和传递函数的乘积。
4.将Transfer Fcn模块的输出接入Scope模块，用于显示输出波形。
5.搭建完整的模型，并进行仿真，观察输出波形。
实验二：参数调整与PID控制1.在控制系统模型中，选择PID Controller模块。
2.设计PID控制器的参数，包括比例系数、积分时间和微分时间。
3.在仿真结果中，观察PID控制器的作用效果，并尝试进行参数调整，找到最优的控制器参数。
实验三：闭环控制系统1.利用模块库中的控制系统工具箱，搭建一个闭环控制系统模型。
2.包括控制器、对象以及反馈环节，模拟实际的控制系统。
3.在仿真结果中，观察闭环控制系统的工作效果，并进行性能分析。
实验结果与分析在完成以上三个实验后，我们得到了如下结果：•初步的控制系统仿真模型，可以实现基本的控制作用；•经过PID控制器的参数调整后，模型的控制精度得到了显著提高；•闭环控制系统的应用，进一步提升了系统的控制效果。
控制系统建模与仿真基于MATLABSimulink的分析与实现
控制系统建模与仿真基于 MATLABSimulink的分析与实现
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
实现
通过
仿真
技术
进行
分析
方法
分析
matlabsi mulink
仿真
系统
simulink
实现
介绍
工程
精彩摘录
精彩摘录
《控制系统建模与仿真基于MATLABSimulink的分析与实现》精彩摘录 随着科技的发展和社会的进步，控制系统在各个领域中的应用越来越广泛， 掌握控制系统的建模与仿真技术对于科学研究、工程实践等方面都具有重要意义。 而《控制系统建模与仿真基于MATLABSimulink的分析与实现》这本书，正是为满 足这一需求而编写的。
阅读感受
而真正让我感到震撼的是第4章到第8章的内容。作者利用MATLAB强大数据处 理、绘图函数和Simulink仿真工具，对被控对象模型进行了系统建模、分析、计 算、性能指标的优化及控制器设计。从时域、频域、根轨迹、非线性及状态空间 几个方面，完成了对系统性能指标的验证及控制系统设计。这其中的细节和深度， 都足以显示作者对这一领域的深入理解和实践经验。
目录分析
在“仿真技术”部分，目录涵盖了控制系统仿真的基本原理、仿真模型的建 立、参数设置以及仿真结果的分析等内容。还介绍了如何利用MATLABSimulink进 行仿真，使得读者能够快速上手这一强大的仿真工具。
目录分析
“应用实例”部分通过多个具体的案例，展示了如何将建模与仿真技术应用 于实际控制系统。这些案例既有简单的单输入单输出系统，也有复杂的非线性多 输入多输出系统，具有很高的实用价值。
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
实现
通过
仿真
技术
进行
分析
方法
分析
matlabsi mulink
仿真
系统
simulink
实现
介绍
工程
精彩摘录
精彩摘录
《控制系统建模与仿真基于MATLABSimulink的分析与实现》精彩摘录 随着科技的发展和社会的进步，控制系统在各个领域中的应用越来越广泛， 掌握控制系统的建模与仿真技术对于科学研究、工程实践等方面都具有重要意义。 而《控制系统建模与仿真基于MATLABSimulink的分析与实现》这本书，正是为满 足这一需求而编写的。
阅读感受
而真正让我感到震撼的是第4章到第8章的内容。作者利用MATLAB强大数据处 理、绘图函数和Simulink仿真工具，对被控对象模型进行了系统建模、分析、计 算、性能指标的优化及控制器设计。从时域、频域、根轨迹、非线性及状态空间 几个方面，完成了对系统性能指标的验证及控制系统设计。这其中的细节和深度， 都足以显示作者对这一领域的深入理解和实践经验。
目录分析
在“仿真技术”部分，目录涵盖了控制系统仿真的基本原理、仿真模型的建 立、参数设置以及仿真结果的分析等内容。还介绍了如何利用MATLABSimulink进 行仿真，使得读者能够快速上手这一强大的仿真工具。
目录分析
“应用实例”部分通过多个具体的案例，展示了如何将建模与仿真技术应用 于实际控制系统。这些案例既有简单的单输入单输出系统，也有复杂的非线性多 输入多输出系统，具有很高的实用价值。
基于MATLABSimulink的控制系统设计与仿真
基于MATLABSimulink的控制系统设计与仿真控制系统设计是现代工程领域中至关重要的一部分，它涉及到对系统动态特性的分析、建模、控制器设计以及系统性能评估等方面。
MATLAB Simulink作为一款强大的工程仿真软件，在控制系统设计与仿真领域有着广泛的应用。
本文将介绍基于MATLAB Simulink的控制系统设计与仿真过程，包括系统建模、控制器设计、性能评估等内容。
1. 控制系统设计概述控制系统是通过对被控对象施加某种影响，使其按照既定要求或规律运行的系统。
在控制系统设计中，首先需要对被控对象进行建模，以便进行后续的分析和设计工作。
MATLAB Simulink提供了丰富的建模工具和仿真环境，可以帮助工程师快速准确地建立系统模型。
2. 系统建模在MATLAB Simulink中，可以利用各种不同的模块来构建系统模型，如传感器、执行器、控制器等。
通过简单拖拽这些模块并连接起来，就可以构建出完整的系统结构。
同时，Simulink还支持连续系统和离散系统的建模，可以方便地进行时域和频域分析。
3. 控制器设计控制器是控制系统中至关重要的一部分，它根据系统反馈信息对输出信号进行调节，以实现对被控对象的精确控制。
在MATLAB Simulink中，可以使用各种不同类型的控制器设计工具，如PID控制器、状态空间反馈控制器等。
通过这些工具，工程师可以快速设计出符合系统要求的控制器。
4. 性能评估在完成控制器设计后，需要对系统性能进行评估。
MATLAB Simulink提供了丰富的仿真功能，可以对系统进行动态响应、稳定性、鲁棒性等方面的评估。
通过仿真结果，工程师可以及时发现问题并进行调整优化。
5. 实例分析为了更好地说明基于MATLAB Simulink的控制系统设计与仿真过程，我们以一个温度控制系统为例进行分析。
首先建立被控对象的数学模型，然后设计PID控制器，并利用Simulink进行仿真验证。
最后根据仿真结果对系统性能进行评估，并进行必要的调整。
lms simulink 实例
lms simulink 实例LMS Simulink是一种功能强大的工具，用于进行系统建模和仿真。
在本文中，我们将通过一个实例来展示Simulink的应用。
请注意，本文将以人类的视角进行写作，以增强阅读体验。
标题：使用LMS Simulink进行电机控制系统建模与仿真简介：电机控制是现代工业中常见的应用之一，它在许多领域中发挥着重要作用。
为了实现电机的精确控制，需要进行系统建模和仿真。
本文将介绍如何使用LMS Simulink来实现电机控制系统的建模和仿真。
1. 建立电机模型我们需要建立电机的数学模型。
在Simulink中，可以使用不同的模块来表示电机的各个组件，如电感、电阻、转子等。
通过将这些模块连接在一起，可以构建出完整的电机模型。
2. 设计控制算法接下来，我们需要设计控制算法，以实现对电机的精确控制。
在Simulink中，可以使用不同的控制模块来实现PID控制、模糊控制等算法。
通过将这些控制模块与电机模型连接在一起，可以实现电机的闭环控制。
3. 仿真与分析完成模型的建立和控制算法的设计后，我们可以进行仿真和分析。
在Simulink中，可以设置仿真参数，如仿真时间、输入信号等。
通过运行仿真，可以获取电机系统在不同条件下的响应，并进行性能评估和优化。
4. 结果与讨论根据仿真结果，我们可以对电机控制系统的性能进行评估和分析。
通过调整控制算法的参数，可以优化系统的响应速度、稳定性等指标。
同时，还可以通过仿真结果来验证模型的准确性和可靠性。
结论：本文介绍了使用LMS Simulink进行电机控制系统建模和仿真的基本步骤。
通过建立电机模型、设计控制算法、进行仿真和分析，可以实现对电机的精确控制。
Simulink提供了丰富的模块和功能，使得系统建模和仿真变得更加简单和高效。
希望本文能够对读者理解和应用Simulink具有一定的帮助。
以上是关于使用LMS Simulink进行电机控制系统建模与仿真的文章创作。
基于MATLABSimulinkSimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真
基于MATLABSimulinkSimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的快速发展，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的调速性能，在电动汽车、风力发电、机器人和工业自动化等领域得到了广泛应用。
然而，PMSM的高性能运行依赖于先进的控制系统，其中矢量控制（Vector Control, VC）是最常用的控制策略之一。
矢量控制，也称为场向量控制，其基本思想是通过坐标变换将电机的定子电流分解为与磁场方向正交的两个分量——转矩分量和励磁分量，并分别进行控制，从而实现电机的高性能运行。
这种控制策略需要对电机的动态行为和电磁关系有深入的理解，并且要求控制系统能够快速、准确地响应各种工况变化。
MATLAB/Simulink/SimPowerSystems是MathWorks公司开发的一套强大的电力系统和电机控制系统仿真工具。
通过Simulink的图形化建模环境和SimPowerSystems的电机及电力电子元件库，用户可以方便地进行电机控制系统的建模、仿真和分析。
本文旨在介绍基于MATLAB/Simulink/SimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真方法。
将简要概述永磁同步电机的基本结构和运行原理，然后详细介绍矢量控制的基本原理和坐标变换方法。
接着，将通过一个具体的案例，展示如何使用Simulink和SimPowerSystems进行永磁同步电机矢量控制系统的建模和仿真，并分析仿真结果，验证控制策略的有效性。
将讨论在实际应用中可能遇到的挑战和问题，并提出相应的解决方案。
通过本文的阅读，读者可以对永磁同步电机矢量控制系统有更深入的理解，并掌握使用MATLAB/Simulink/SimPowerSystems进行电机控制系统仿真的基本方法。
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(1) 修改系统模型，如下图所示。
其中Inport、Outport分别表示系统的输入与输 出，增益模块的作用是将速度单位km/h转变为mph， 其值为5/8。
(2) 求取滑艇速度控制系统在此工作点处的平衡 状态。
在MATLAB命令窗口中使用trim命令获得系统 在输出为100 mph时的平衡状态：
x
Fw
Fh
Fe
θ
1. 建立汽车运动的数学模型
根据牛顿第二定律，汽车的运动方程：
mx Fe Fw Fh
式中，m为汽车质量，设m=100；
Fe是引擎动力，汽车最大驱动力为600，最大制动力为
-600；即
600 Fe 600
Fw是空气阻力， Fw 0.001(x 20 sin(0.01t))2
(4) Functions & Tables模块库中的Fcn模块：求 取水的阻力。
(5) 其它模块：Math模块库中的Gain模块、 Continuous模块库中的Integrator模块。
使用Simulink建立的系统模型框图如下图所示。
滑艇速度控制系统模型框图
然后设置正确的系统模型参数与仿真参数对此 系 统 进 行 仿 真 ， 其 中 Step 的 Final Value 值 设 置 为 1000（即滑艇牵引力）、子系统中增益模块Gain的 取值为1/1000（即1/m）、Fcn模块的expression设置 为u^2-u（求取水的阻力 ）、系统仿真时间为 0至 100s。
积分环节： x(n) x(n 1) u(n) 微分环节： d(n) u(n) u(n 1) 系统输出： y(n) Pu(n) Ix(n) Dd(n)
• 汽车动力机构 汽车动力机构是行驶控制系统的执行机构。其
功能是在牵引力的作用下改变汽车速度，使其达到 指定的速度。牵引力与速度之间的关系为：
建模：
根据牛顿运动定律，自由下落物体的位置：
mx mg a1x a2 xx
式中，a1、a2为空气阻力系数。 选择桥梁作为蹦极者开始起跳的起点，表明位置x的基
准为蹦极者开始跳下的位置，并设低于桥梁的位置为正值，
高于桥梁的位置为负值。
设弹力绳索的弹性系数为k，定义绳索长度为l，则其对
下落体位置的影响为：
中获得胜利，则滑艇必须在尽可能短的时间内达到 最大速度。设此速度控制器所能达到的最大速度为 100 mph（miles per hour，英里每小时）。而在前 面所提供的滑艇牵引力仅为1000，故需要设置合适 的牵引力对速度控制器进行操纵。
既然滑艇速度最大值为100mph，因此在对滑艇 速度控制系统进行线性化时，希望此系统能够使滑 艇的速度基本稳定在最大速度处。换句话说，系统 的工作点应该选择为使速度达到100mph时的系统输 入与系统状态。由于对非线性系统进行线性化表示 需要给出系统所在的操作点（即平衡点），因此在 对滑艇速度控制系统进行线性化之前，需要获得滑 艇速度稳定在100 mph处的系统平衡点。按照如下步 骤可以获得滑艇速度控制系统的平衡点：
为了对行驶控制器中比例调节的性能进行定性 的分析，需要对行驶控制系统模型做一些改变，如 下所示：
(1) 将行驶控制器子系统中的比例增益的取值改 为p。
(2) 在系统模型的最顶层加入一个Outport模块 输出仿真结果。
下图所示为修改后的汽车行驶控制系统的系统 模型框图。
修改后的汽车行驶控制系统模型
位置变换器是汽车行驶控制系统的输入部分，其 目的是将速度操纵机构的位置转换为相应的速度，二 者之间的数学关系如下所示：
v 50x 45 x [0,1]
• 离散行驶控制器 行驶控制器是整个汽车行驶控制系统的核心。
简单说来，其功能是根据汽车当前速度与指定速度 的差值，产生相应的牵引力。行驶控制器为一典型 的PID控制器，其数学描述为：
式中第二项是为近似考虑“阵风”而引入的；
x为行驶汽车的速度；
Fh是重力分量， Fh mg sin
式中θ为坡路与水平方向的夹角。
2. 建立比例控制器的数学模型
比例控制器工作原理：根据期望速度和实际速度之差产
生“指令”驱动Fc，其数学模型是：
Fc Ke (xc x)
式中，Ke为比例系数，可取Ke=50；
2. 滑艇速度控制系统的模型建立与仿真
使 用 下 面 的 Simulink 模 块 建 立 滑 艇 速 度 控 制 系 统的模型：
(1) Sources模块库中的Step模块：用来产生滑艇 的牵引力。
(2) Subsystems模块库中的Subsystem模块：构 成滑艇速度控制器子系统。
(3) Sinks模块库中的Scope模块：输出滑艇的速 度。
位置 变换
器Hale Waihona Puke 汽车 动力 机构汽车行驶控制系统之位置变换器与汽车动力机构
行驶控制系统之行驶控制器
3．系统模块参数设置与仿真参数设置 建立系统模型之后，接下来按照系统的要求设置系统模
块参数与仿真参数。这里仅给出模块参数与相应仿真参数。 速度操纵机构的位置变换器参数： （1）Slider Gain模块：最小值Low为0、最大值High为1、
从系统仿真的结果中可以明显看出比例调节器 取值对汽 车行驶控制系统性能的影响：增加比例调
节器的取值可以有效的改善行驶控制系统的动态性 能。这是因为，对于行驶控制系统而言，其速度变 化越平稳越好（但并非变化缓慢）。从图中可以看 出，对于取值较大的比例调节器，汽车速度的过渡 时间较小，而且变化平稳（仿真结果曲线无振荡， 光滑）。
行驶控制器 参数设置：
P=1 I=0.01 D=0
行驶控制器 PID 参数：
P=5 I=0.005
D=2
不同控制参数下的仿真结果
汽车行驶控制系统的目的是使汽车的速度在较短 的时间内平稳地达到指定的速度。从上图的仿真结果 中可以看出，在行驶控制器控制参数取值为P=1、 I=0.01、D=0时，汽车的速度并非直接达到指定的速 度，而是经过一个振荡衰减过程，最后逐渐过渡到指 定的速度。此时行驶控制系统为典型的二阶欠阻尼控 制系统。
阻尼器的阻尼力、加速度力，运动方程如下：
mx fx kx F x 0.2x 0.4x 0.2F u(t) 0.2F x u(t) 0.2x 0.4x
例exm1。
例2 蹦极跳系统 蹦极跳是一种挑战身体极限的运动，蹦极者系
着一根弹力绳从高处的桥梁或山崖等向下跳。在下 落的过程中，蹦极着几乎处于失重状态。应用 Simulink对蹦极跳系统进行仿真研究。
xc 为汽车期望速度，x为汽车实际速度。
理 “指令”驱动力Fc与实际驱动力Fe的差别在于：前者是
论上需要的计算力，后者是受物理限制后实际能提供的力。
例exm3。
例4 汽车行驶控制系统
汽车行驶控制系统是应用非常广泛的控制系统，其主 要目的是对汽车速度进行合理的控制。系统工作原理如下：
（1）汽车速度操纵机构的位置发生改变以设置汽车的速 度，这是因为操纵机构的不同位置对应着不同的速度。
实现行驶控制器（即PID控制器）。 （3）Continuous模块中的Integrator积分器模块：用来
实现汽车动力机构。 （4）Subsystems模块库中的Subsystem子系统模块：用
来对系统不同的部分进行封装。 然后建立系统模型，并将速度操纵机构的位置变换器、
行驶控制器、汽车动力机构封装到不同的子系统之中。
k=20，a2=a1=1，m=70kg，g=10m/s2。 通过仿真，分析蹦极跳系统对体重为70kg的蹦 极者而言是否安全；若不安全，如何改进，以保证 安全。 例exm2。
例3 汽车速度控制系统 汽车行驶在下图所示的斜坡上（可看作汽车沿
直线山坡路向前行驶）。要求设计一个简单的比例 控制器，使汽车能以设定的速度运动。
下图为系统仿真的结果。
滑艇在牵引力为
滑艇在牵引力（值
1（00值0）1的00作0）用的下作，用 速下度，在速经度过在808s0左s 右 左 的 并右时 稳由到间 定03后 在上3， 3k升3m由k/并hm0。上 /稳h 升定
滑艇系统仿真结果
3. 滑艇速度控制器系统的线性化
对于滑艇速度控制器系统而言，如果要在比赛
系统中最为重要的部分为行驶控制器，行驶控
制器是一个典型的PID反馈控制器。现要求使用命 令行方式对行驶控制系统中的行驶控制器中比例调 节的性能进行定性的分析。已知行驶控制器中PID 控制器的I（积分）、D（微分）参数如下取值分 别为I=0.01、D=1。P（比例）的取值由MATLAB 脚本文件所决定（以分析不同P值下行驶控制器的 性能）。
例5 滑艇动态方程及其线性化
1. 滑艇动力学方程
在滑艇的运行过程中，滑艇主要受到如下作用
力的控制：滑艇自身的牵引力F，滑艇受到的水的阻 力 f 。其中水的阻力 f v2 v，为滑艇的运动速度。
由运动学的相关定理可知，整个滑艇系统的动力学
方程为
v 1 (F - (v 2 v)) m
其中m为滑艇的质量。由滑艇系统的动力学方程易 知，此系统为一非线性系统。下面来建立此系统的 Simulink模型并进行线性分析。
然后编写MATLAB脚本文件对行驶控制系统在 不同的比例调节器取值下进行仿真，并绘制出不同 取值下系统仿真结果以对比例调节性能进行分析。 其要求如下：
(1) 编写一个for循环改变p的值，取值范围为0 到25，间隔为5。
(2) 在同一幅图中作出不同p值下系统的仿真结 果以对比例调节性能进行分析。
不同比例调节器取值下的系统响应
初始取值0.555。 （2）Gain模块：增益取值为50。 （3）Constant1模块：常数取值为45。 行驶控制器参数： （1）所有Unit Delay模块：初始状态为0、采样时间为
0.02s。 （2）P、I、D增益模块：取值分别为1、0.01、0。