液压控制系统位置自动控制(APC)仿真实例
建模步骤
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建模步骤 |
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项目 |
内容 |
说明 |
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组 成 框 图 |
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主 要 传 递 函 数 |
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新 建 模 型 窗 口 |
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点出“Simulink Library Brower” 下的图标“ 或者选择MATLAB命令窗口中的File\New\Model菜单选项 |
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拖 入 成 员 块 |
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从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 把Sources/Pulse Generator和Discrete/Zero-Order Hold等成员块拖到模型窗口；按图示顺序排列 |
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复 制 、 旋 转 成 员 块 |
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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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编 辑 成 员 块 |
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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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连 接 成 方 框 图 |
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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
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运行及设置 |
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项目 |
内容 |
说明 |
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检 测 ： 加 入 信 号 类 型 和 输 出 显 示 类 别 |
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从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 Generator，Step，… 双击“Sine Wave”成员块，可编辑相关参数 |
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设 置 观 测 点 |
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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K1，Ku，Kh，Kf赋值或者在MATLAB命令窗口直接输入K1＝90，Ku＝15，Kh＝0.88，和Kf＝156.25等设定值 |
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直 接 查 看 仿 真 过 程 |
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双击“Scope1”，“Scope”将弹出Scope1和Scope两个对话框，单 击模型窗口工具栏“ 标开始进行仿真，其过程和结果在Scope1和Scope窗口分别显示。单击Scope窗口中“ 标，按输出图形自动调整显示比例。该结果可以打印输出 |
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用 线 性 定 常 系 统 LTI Viewer 仿 真 |
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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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加 入 输 入 输 出 点 |
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去除APC模型窗口中“Sine Wave”、“Scope1”、“Scope”成员块，从Simulink\Commonly Used Blocks库中分别把输入和输出成员块In1和Out1拖入模型窗口，并连接如左图示 |
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运 行 |
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用编辑成员块的方法修改K1，Ku，Kh，Kf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 Viewer：Linearization Quick Plot窗口中 |
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改 变 传 递 函 数 的 参 数 |
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不关闭LTI Viewer：Linearization 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 Viewer：Linearization 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 Viewer：Linearization Quick Plot窗口。这时仅能绘出修改参数后的曲线 |
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变 换 响 应 曲 线 类 别 |
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LTI Viewer：Linearization 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图(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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获 取 性 能 指 标 |
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在LTI Viewer：Linearization 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)等，鼠标点击并按住标记点，将显示该点特征值 |
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设 置 坐 标 有 关 参 数 值 |
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在LTI Viewer：Linearization Quick Plot窗口绘图区内单击右键，选择弹出快捷菜单的Properties…项，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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改 变 横 坐 标 值 |
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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 |
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曲 线 图 形 输 出 阶 跃 响 应 |
Figure窗口 |
在LTI Viewer：Linearization Quick Plot窗口中，选择菜单“File\Print…”。LTI Viewer：Linearization 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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修 改 标 记 点 式 样 |
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选取LTI Viewer：Linearization 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 |
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曲 线 图 形 输 出 频 率 响 应 |
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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 Viewer：Linearization Quick Plot窗口绘图区，单击鼠标右键，单击弹出的快捷菜单的Properties…项，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 |
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对 单 个 高 分 子 阶 次 的 处 理 |
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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，因MATLAB的Transfer 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 |
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整 理 后 的 MATLAB 模 型 |
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机 、 电 、 液 综 合 仿 真 分 析 |
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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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运 行 |
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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 |
