第2章习题解答(2)

2019-08-17 12:59

题图3(e)比例反馈控制系统Simulink模型

模型中各个模块说明如下。

u(t)输入模块:它的step time被设置为0,模块名称由原来的step改为u(t)。

加法器模块:在其属性对话框list of signs中输入+-。

积分模块integrator:采用默认值。比例器模块Gain:采用默认值。

Transfer Fon传递函数模块:在Denominator coefficient文本框中定义分子多项式系数向量为[10]。

Scope示波器:在示波器参数设置窗口选择Data history页,选中其中的Save data to workspace复选框。这将使送入示波器的数据同时被保存在MATLAB工作空间的默认名为ScopeData的结构矩阵或矩阵中。

②设置系统仿真参数。单击模型编辑窗口Simulation菜单中的Configuration Parameters选项,打开仿真参数设置对话框,选择Solver选项,把仿真的停止时间Sto ptime设置为20。

③仿真操作。双击示波器图标,打开示波器窗口。选择模型编辑窗口中Simulation菜单中的Stan命令,就可在示波器窗口中看到仿真结果的变化曲线,如题图3(f)所示。

题图3(f) 仿真结果

4. 建立下列微分方程所描述的系统的Simulink模型并仿真计算其单位阶跃响应。 ⑴r?(t)?2r(t)?2e?(t)

⑵r???(t)?r??(t)?2r?(t)?2r(t)?e??(t)?e?(t) ⑶r??(t)?3r?(t)?2r(t)?0,r(0)?1,r?(0)?2

解:⑴用积分器直接构造求解微分方程的模型 把原微分方程变为r?(t)??2r(t)?2e?(t)可知

r?经积分模块作用就得r,而r经代数运算又产生r?,据此可以建立系统模型并仿真,

实现建模与仿真步骤如下。 ①利用Simulink模块库中的基本模块,不难建立系统模型,如题图4(a)所示。

题图4(a) 求解微分方程的模型

模型中各个模块说明如下。

u(t)输入模块:模块名称由原来的step改为u(t),参数采用默认值。

Gs增益模块:增益参数Gain设置为2。

求和模块:其图标形状Icon shape选择rectangular,符号列表Lisl of signs设置为+-。 积分模块:参数不需改变。

G1增益模块:增益参数设置为2,它的方向旋转可借助Format菜单中的Rotate Block命令实现。

Scope示波器:在示波器参数设置窗口选择Data history页,选中其中的Save data to workspace复选框。这将使送入示波器的数据同时被保存在MATLAB工作空间的默认名为ScopeData的结构矩阵或矩阵中。

②设置系统仿真参数。单击模型编辑窗口Simulation菜单中的Configuration Parameters选项,打开仿真参数设置对话框,选择Solver选项,把仿真的停止时间Sto ptime设置为20。

③仿真操作。双击示波器图标,打开示波器窗口。选择模型编辑窗口中Simulation菜单中的Stan命令,就可在示波器窗口中看到仿真结果的变化曲线,如题图4(b)所示。

题图4(b) 仿真结果

⑵用积分器直接构造求解微分方程的模型

把原微分方程变为r???(t)??r??(t)?2r?(t)?2r(t)?e??(t)?e?(t)可知

r???经积分作用得r??,r??经积分作用得r?,r?再经积分模块作用就得r,而r??、r?和r经代数运算又产生r???,据此可以建立系统模型并仿真,实现建模与仿真步骤如下。

①利用Simulink模块库中的基本模块,不难建立系统模型,如题图4(c)所示。

题图4(c) 求解微分方程的模型

模型中各个模块说明如下。

u(t)输入模块:模块名称由原来的step改为u(t),参数采用默认值。

G1增益模块:增益参数Gain设置为2,它的方向旋转可借助Format菜单中的Rotate

Block命令实现。

G2增益模块:增益参数设置为2,它的方向旋转可借助Format菜单中的Rotate Block命令实现。

G3增益模块:增益参数设置为1,它的方向旋转可借助Format菜单中的Rotate Block命令实现。

求和模块:其图标形状Icon shape选择rectangular,符号列表Lisl of signs设置为++----。 积分模块和微分模块:参数采用默认值。

Scope示波器:在示波器参数设置窗口选择Data history页,选中其中的Save data to workspace复选框。这将使送入示波器的数据同时被保存在MATLAB工作空间的默认名为ScopeData的结构矩阵或矩阵中。

②设置系统仿真参数。单击模型编辑窗口Simulation菜单中的Configuration Parameters选项,打开仿真参数设置对话框,选择Solver选项,把仿真的停止时间Sto ptime设置为10。

③仿真操作。双击示波器图标,打开示波器窗口。选择模型编辑窗口中Simulation菜单中的Stan命令,就可在示波器窗口中看到仿真结果的变化曲线,如题图4(d)所示。

题图4(d) 仿真结果

⑶用积分器直接构造求解微分方程的模型 把原微分方程变为r??(t)??3r?(t)?2r(t)可知

r??经积分作用得r?,r?经积分模块作用就得r,而r?、r经代数运算又产生r??,据此

可以建立系统模型并仿真,实现建模与仿真步骤如下。 ①利用Simulink模块库中的基本模块,不难建立系统模型,如题图4(e)所示。

题图4(e) 求解微分方程的模型

模型中各个模块说明如下。

G1增益模块:增益参数设置为2,它的方向旋转可借助Format菜单中的Rotate Block命令实现。

G2增益模块:增益参数Gain设置为3,它的方向旋转可借助Format菜单中的Rotate Block命令实现。

求和模块:其图标形状Icon shape选择rectangular,符号列表Lisl of signs设置为--。 积分模块:参数采用默认值。

Scope示波器:在示波器参数设置窗口选择Data history页,选中其中的Save data to workspace复选框。这将使送入示波器的数据同时被保存在MATLAB工作空间的默认名为ScopeData的结构矩阵或矩阵中。

②设置系统仿真参数。单击模型编辑窗口Simulation菜单中的Configuration Parameters选项,打开仿真参数设置对话框,选择Solver选项,把仿真的停止时间Sto ptime设置为20。

在Data Import/Export选项中,把初始状态设置为[2;1]。

③仿真操作。双击示波器图标,打开示波器窗口。选择模型编辑窗口中Simulation菜单中的Stan命令,就可在示波器窗口中看到仿真结果的变化曲线,如题图4(f)所示。

题图4(f) 仿真结果

5. 使用Simulink仿真求下面系统的单位冲激响应(Simulink中没有单位冲激信号模块,所以用阶跃信号模块经微分来产生)。

5s2?s?15(s?1)⑴H(s)? ⑵H(s)?3

s?s2?ss(s?2)(s?5)解:⑴利用传递函数模块建模

在Continuous模块库中有标准的传递函数(Transfer Fcn)模块可供调用。实现建模与仿真步骤如下。

① 根据系统传递函数构建如题图5(a)所示的仿真模型。

题图5(a) 求单位冲激响应的模型

模型中各个模块说明如下。

u(t)模块:设置Step tinle为1。

G(s)模块:双击Transfer Fcn模块,引出其参数设置对话框,在分子、分母栏中填写

所需的系数。

微分模块:参数采用默认值。

Scope示波器:在示波器参数设置窗口选择Data history页,选中其中的Save data to workspace复选框。这将使送入示波器的数据同时被保存在MATLAB工作空间的默认名为ScopeData的结构矩阵或矩阵中。

②设置系统仿真参数。单击模型编辑窗口Simulation菜单中的Configuralion Parametcrs选项,打开仿真参数设置对话框,选择Solver选项,把仿真的停止时间Stop time设置为20。

③仿真操作。双击示波器图标,打开示波器窗口。选择模型编辑窗口Simulation菜单中


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