系统仿真-控制系统数字仿真的实现.ppt

系统仿真
——控制系统数字仿真的实现
张晓华教授/博士生导师
E-mail:xh_******@hit.
主要内容
计算机控制系统的数字仿真
控制系统的结构及其拓扑描述
面向系统结构的数字仿真
环节的离散化与非线性系统的数字方真
控制系统的结构及其拓扑描述
控制系统常见的典型结构形式:
SISO
SISO feedforward
SISO feedback
MIMO
控制系统的结构及其拓扑描述
控制系统的典型环节:
比例环节
惯性环节
惯性比例环节
积分环节
积分比例环节
二阶振荡环节
高阶线性环节
控制系统的结构及其拓扑描述
控制系统的连接矩阵:
根据图中 u i 、y i拓扑连接关系,可逐个写出每个环节输入u i 受哪些环节输出y i 的制约和影响。
控制系统的结构及其拓扑描述
控制系统的连接矩阵:
W 称为联接矩阵
W0 称为输入联接矩阵
u = [ u1 ,u2 ,…, un ]’
y = [ y1 ,y2 ,…, yn ]’
仔细研究联接矩阵W ,可从其元素值直接看出各环节之间联接情况。
w i j = 0, 环节j不与环节i相连;
w i j ≠0, 环节j与环节i有连接关系;
w i j > 0, 环节j与环节i直接相连( w i j = 1 )
或通过比例系数相连( w i j为任意正实数) ;
w i j < 0, 环节j与环节i直接负反馈相连( w i j = – 1 )
或通过比例系数负反馈相连( w i j 为任意负实数) ;
特殊地:w i i ≠0, 环节 i 单位自反馈( w i i = 1或w i i = – 1 )
或通过比例系数自反馈( w i i 为任意实数) ;
面向系统结构的数字仿真
典型闭环系统的数字仿真:
控制系统最常见的典型闭环系统结构
系统的开环传递函数 G ( s ) ,可按照能控标准型写出其开环状态方程:
面向系统结构的数字仿真
典型闭环系统的数字仿真:
控制量
由
再由:y= CX
其中:A b = A — b·V·C
仿真模型一旦确立,就可以着手考虑求解与编程实现
知: f ( t , X ) = A b X + b r
为对应n个状态变量
面向系统结构的数字仿真
典型闭环系统的数字仿真:
最后,再由:
求得t k + 1 时刻状态 X k + 1 ,
立即可得输出相应时刻值:
y k + 1 = C X k + 1
构成一个完整的仿真程序,必须至少建立: