《仪表仿真技术》实验指导书

仪表仿真技术及仪表实验指导书 王向红曾志伟 20011年3月 实验一 基本simul ink仿真系统设计 实验二二元系统建模技术 实验三非连续系统及混合系统设计 实验四PID控制器的设计及封装技术 实验五PID控制器的应用 实验六通信系统建模与仿真 实验一基本simulink仿真系统设计 1.1实验目的 1. 熟悉MATLAB中基本simulink仿真环境； 2. 掌握simulink进行系统仿真设计的基本步骤； 3. 了解simulink中各模块库； 4. 掌握模块操作、信号线操作、模型注释的基本技巧; 1.2预习要求 1. Simulink中模块库的组成和各部分的功能； 2. 掌握源模块、系统模块、输出模块的含义及基本系统框图结构。 1.3实验内容 1. 在命令窗口中输入simulink命令或在工具栏中点击瞽图标，观察期模块 库的构成； 2. 熟悉基本模块库中的demo； 3. 了解各模块参数的设定及示波器的使用方法； 4. 新建模型文件，搭建2个简单的simulink仿真模型，对模型进行注释并仿 真。 模型1 x0 sin5。 5 x0 1 模型2 其中 ml, cl, kl mx0 cxt kxt Ft x0 1, x0 0,F 5exp-2r 1.4实验报告要求 1 .简略写出实验内容的操作步骤 2. 给出Simulink仿真模型和运行结果； 3. 体会与建议。 1.5思考题 1 .simulink的基本功能是什么 simulink进行系统仿真设计的基本步骤是什么 实验二二元系统建模技术 2. 1实验目的 1 .掌握Simulink二元系统仿真模型的建立。 2.掌握用不同的算法（od45,ode15s等）、不同的仿真时间对系统的影响。 2. 2预习要求 了解用不同的仿真参数、不同的算法、不同的仿真时间进行仿真实验，对仿 真结果的影响。 2. 3实验内容 1 ＞设计Simulink仿真模型 2、在Simulink环境构建仿真模型 3、了解参数、算法、仿真时间的设定方法 模型1 x -100 x-100.1y [y 100.1S00L 5f 模型2 X 7]X1 - - sx Ylfl i 2 , k/], 100, S] 0.5, 2 2, 10. y r2yl-52--一 一 1 ri 2. 4报告要求 1 ＞写出Simulink仿真模型 2、分析Simulink仿真模型在不同的参数、不同的算法、不同的仿真时间进 行仿真实验的结果。 3. 体会与建议。 2. 5思考题 1 .simulink仿真算法的适用范围 实验三非连续系统及混合系统设计 2. 1实验目的 1. 掌握非连续系统的建模方法; 2. 掌握混合系统的建模方法； 3. 2预习要求 1. 了解非连续各模块库模块的功能； 2. 了解离散模块库各模块的功能； 3. 了解不同系统求解器的应用场所。 3. 3实验内容 1 设计Simulink仿真模型; 2、分析非连续系统和混合系统在Simulink中建模、仿真的异同； 模型1由一个小车系统简单模拟卫星的位置控制过程，控制的目的是使卫 星按指定路径运行，即让小车静止的原点。小车由两个喷射式发动机推动在光滑 的平面内运动。若小车的速度和位移之和为负值，则启动左边的发动机；若小车 的速度和位移之和为正，则启动右边的发动机。如图1所示。其模型为 尸1, x x 0 动力学方程mx F ,其中 m5kg, F -l,x x 0 F 0, x x O 图1小车运行示意图 模型2 x、k 1尤 ik 0.1工2* 0.5sin5。 x2k 1 - 0.05 sin W* 0・94 尤2* 0.75 3. 4报告要求 1、写出Simulink仿真模型； 2、简略写出实验内容的操作步骤及运行结果; 3. 5思考题 1 .连续系统、非连续系统、离散系统以及混合系统的在simulink中建模仿真 需注意什么 实验四PID控制器的设计及封装技术 4. 1实验目的 1. 掌握PID连续、离散系统的建模方法； 2. 研究PID控制器对系统的影响； 3. 掌握子系统封装技术 4. 2预习要求 掌握PID控制的原理。 1. 模拟PID控制器 典型的PID控制结构如图2所示。 PID控制器 I I ►比例 e4- II I I ►微分 图2典型PID控制结构 PID调节器的数学描述为 f pet 灯erdr d 2数字PID控制器 积分环节x〃 xn -1 e〃 、微分环节s〃 e〃- e〃 -1 离散PID表达式 un pen kxn dsn 4. 3实验内容 1、设计模拟PID控制器仿真模型 2、设计数字PID控制器仿真模型 3、对建立的模拟和数字PID控制进行封装，比例因子h积分因子，和微分 因子d均为可输入的变量。 4. 4报告要求 1 ＞写出Simulink仿真模型 2、分析Simulink仿真模型在不同的h，和d参数时仿真实验的结果。 4. 5思考题 E i、d参数如何影响模型 实验五PID控制器的应用 5. 1实验目的 1. 掌握PID控制器的应用； 2. 研究PID控制器对系统的影响； 5. 2预习要求 掌握PID控制的原理，典型PID控制器的应用框图如图3所示。 图3典型PID控制器的应用框图 5. 3实验内谷 1、汽车行驶在图4所示的斜坡上（可看作汽车沿直线山坡路向前行驶）。 1）建立汽车运动的数学模型 PID控制器 根据牛顿第二定律，汽车的运动方程mx Fe-Fw-Fh 式中，m100为汽车质量；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（ 20sin（0.0k））2 行驶汽车的速度；Fh是重力分量，Fh mgsin。，。pi/4为坡路与水平方向的夹 角O 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, 其数学模型是兀虬（丸T）,式中，Ke为比例系数，可取Ke50；丸为汽车期 望速度，充为汽车实际速度。本例中设定汽车速度为匀速60km/ho “指令”驱动力Fc与实际驱动力Fe的差别在于前者是