控制系统的工具软件MATLAB及其在仿真中的应用

液压控制系统位置自动控制(APC)仿真实例

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液压控制系统位置自动控制(APC)仿真实例

建模步骤

建模步骤

项目

内容

说明

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点出“Simulink Library Brower

下的图标“p162d”按钮新建Untited模型窗口

或者选择MATLAB命令窗口中的File\New\Model菜单选项

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Simulink元件库中浏览窗口的“Continuous”子元件库中点击“TransferFcn”成员块并拖到模型窗口

同样方法把“Commonly Used Blocks”子元件库中的“Sum”、“Gain”、“Switch”成员块拖到模型窗口

Sources/Pulse GeneratorDiscrete/Zero-Order Hold等成员块拖到模型窗口按图示顺序排列

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鼠标点出“Transfer Fcn”成员块的同时按住“Ctr1”键移动鼠标复制一传递函数“Transfer Fcn1”成员块同样方法复制“Gain1”和“Gain2”成员块。复制等编辑过程遵循Windows规范操作。选中“Gain2”成员块点出Format\Rotate Block两次或按“Ctr1+R”键两次使“Gain2”成员块旋转180°同样方法旋转“Discrete Pulse Generator”成员块

单击成员块并移动鼠标调整成员块相对位置

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双击每个成员块(Block)均能在弹出的对话框中对该块的参数进行编辑修改

双击“Transfer Fcn”成员块把“Numerator”值[1]改为[6.67e-4]Denominator”值[11]改为[1/942.50$22*0.7/942.501]Transfer Fcn”成员块表达传递函数Gsv(s)。同样方法修改“Transfer Fcn1”成员块使它表达传递函数Gh(s)

对其他成员块进行相应的修改

单击成员块后用鼠标拖动成员块的任一角点可改变成员块尺寸大小使函数表达式显示完整

 

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用鼠标点住成员块上的“并拖到下一成员块的“”处在两成员块间自动连上流程线。从流程线上做分支线时在点击鼠标前需按住“Ctr1”键。如左图示其结果和通常书写的传递函数相同

选择菜单File\save取文件名为“APC将保存为APC.md1模型文件

运行及设置

运行及设置

项目

内容

说明

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Simulink元件库浏览窗口的“Sources”子元件库中点击“Sine Wave”成员块并拖到模型窗口

把“Commonly Used Blocks”子元件库中“Scope”成员块拖到模型窗口并连接。构成一个正弦波输入示波器显示输出的仿真图

MATLAB提供的输入波形还有Pulse GeneratorStep,…

双击“Sine Wave”成员块可编辑相关参数

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用复制“Scope”成员块的方法在信号“Sine Wave”成员块后设置一“Scope1”观测点。“Scope1”将显示输入波形

用编辑成员块的方法为K1KuKhKf赋值或者在MATLAB命令窗口直接输入K190Ku15Kh0.88Kf156.25等设定值

仿

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双击“Scope1Scope”将弹出Scope1Scope两个对话框

击模型窗口工具栏“p165e”图

标开始进行仿真其过程和结果在Scope1Scope窗口分别显示。单击Scope窗口中“p165f”图

按输出图形自动调整显示比例。该结果可以打印输出

线

LTI

Viewer

仿

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选择菜单“Tools\Control Design\Linear Analysis”将弹出Control and Estimation Tools Manager窗口点击该窗口下方的Linearize Model按钮。若已建的模型中含有未给定值的参数将弹出一Simulink Control Design提示对话框告诉哪些参数未定义关闭这两个窗口返回到APC模型窗口

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去除APC模型窗口中“Sine Wave”、“Scope1”、“Scope”成员块Simulink\Commonly Used Blocks库中分别把输入和输出成员块In1Out1拖入模型窗口并连接如左图示

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用编辑成员块的方法修改K1KuKhKf等参数

选择菜单Tools\Control Design\Linear Analysis…,弹出Contro1 and Estimation Tools Manager窗口点击该窗口下方的Linearize Model按钮运行后的结果显示在线性定常系统可视化仿真环境的LTI ViewerLinearization Quick Plot窗口中

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不关闭LTI ViewerLinearization Quick Plot窗口激活APC模型窗口。双击要改变参数的成员块修改参数后返回Contro1 and Estimation Tools Manager窗口点击该窗口下方的Linearize Model按钮点击LTI ViewerLinearization Quick Plot窗口结果便以不同颜色绘出响应曲线。如果在修改参数前关闭了LTI ViewerLinearization Quick Plot窗口。这时仅能绘出修改参数后的曲线

线

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LTI ViewerLinearization Quick Plot窗口能方便直观、准确地根据不同的要求绘制相应的曲线即阶跃响应曲线(缺省曲线类型)、脉冲响应曲线、Bode(开环、闭环)Nyquist图和Nichols图等。在绘图区单击鼠标右键将弹出一快捷菜单选择其中的“Plot Type\Bode进行曲线类型变换

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LTI ViewerLinearization Quick Plot窗口的绘图区域单击右键将弹出一快捷菜单。选择快捷菜单中的“Characteristics”的子项将对已绘出的曲线标记特征值:如过渡过程时间(Rise Time)、进入稳态时间(Settling Time)、峰值点(Peak)、增益裕量(Gain Margin)、相角裕量(Phase Margin)鼠标点击并按住标记点将显示该点特征值

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LTI ViewerLinearization Quick Plot窗口绘图区内单击右键选择弹出快捷菜单的Properties单击弹出窗口的各标签可修改坐标轴范围、名称以及设置稳差百分数、上升时间和坐标单位等

 

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例如从该窗口的Limits标签修改X-limits时间其值由0~0.08s更改为0~0.10s

线

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Figure窗口

LTI ViewerLinearization Quick Plot窗口中选择菜单“File\Print”。LTI ViewerLinearization Quick Plot窗口中曲线图形立刻从打印机输出

选择菜单“File\Printto Figure曲线图形输出到Figure窗口中在该窗口可以对曲线图形进行注释、打印设置或存为通用图片格式文档

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选取LTI ViewerLinearization Quick Plot窗口菜单Edit\Line Styles…,弹出Line Styles对话框可设置曲线的线型、标记点形状

线

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绘图区单击鼠标右键选择“Plot Type\Bode变换曲线响应类型为波德图

选取LTI ViewerLinearization Quick Plot窗口绘图区单击鼠标右键单击弹出的快捷菜单的Properties点击弹出窗口的Limits标签可修改图形显示的横纵坐标值

单击Units标签可修改坐标单位如左图示坐标单位从弧度/秒改为赫兹

对包含着二阶因子的传递函数其建模的方法与APC系统略有不同MATLABTransfer Fcn不能处理分子阶次高于分母的多项式要先对上述的函数进行组合

MATLAB

 

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仿

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利用Simulink6.5提供的Physical Networks\Sim hydraulic子元件库建立如左图示的液压原理图建模过程同上各成员块参数修改方法如前。该系统中包含了控制过程的各物理量如工作介质类型、泵的流量、阀的开口量负载的质量、阻尼和惯性及恒定负荷的作用等并对输入控制信号和输出力及位移设置监控和比较

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仿真过程中显示的输入信号和输出响应曲线跟随误差和输出力