四章面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法ppt課件

1、第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法第四章第四章 面向構(gòu)造圖的數(shù)學(xué)仿真方法面向構(gòu)造圖的數(shù)學(xué)仿真方法4.1 典型環(huán)節(jié)仿真模型確實(shí)定 .4.2 面向構(gòu)造圖離散類似法仿真4.3 非線形系統(tǒng)的數(shù)學(xué)仿真.4.4 延續(xù)系統(tǒng)的構(gòu)造圖仿真及程序本章小結(jié)第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出4.1 典型環(huán)節(jié)仿真模型確實(shí)定1. 積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)0as1xx uy圖 4-1 積分環(huán)節(jié)SasUsYsG0)()()(積分環(huán)節(jié)如圖4-1所示，其傳送函數(shù)可寫為4-1第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出xyuax 0形狀方程為4-2離散形狀方程為) 1() 1( ) 0 () 0 ( )()()() 1(200

2、nxnyyxnuTanTuanxnx4-3第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出2. 比例積分環(huán)節(jié)比例積分環(huán)節(jié)0as1xx uy10aa+圖 4-2 比例積分環(huán)節(jié)構(gòu)造圖cdabcaaaSabsdscsG/ / )(101004-4形狀方程與積分環(huán)節(jié)一致，不同的是輸出方程，傳送函數(shù)可寫為其中第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出 100uaaxyuax ) 1() 1() 1( ) 0 () 0 ( )(21)()() 1(10200nuaanxnyyxnuTanTuanxnx比例積分環(huán)節(jié)的形狀方程和輸出方程為4-54-6離散形狀方程為第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退

3、出3. 慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)0as1xx uy-1a圖 4-3 慣性環(huán)節(jié)構(gòu)造圖baabcaaSabsacsG/ / )(1010慣性環(huán)節(jié)的構(gòu)造圖如圖4-3所示，其傳送函數(shù)可寫為其中4-7第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出 01xyuaxax ) 0() 0() 1() 1( )()()()()() 1(2yxnxnynuTnuTnxTnxmm慣性環(huán)節(jié)的形狀方程和輸出方程為4-94-8離散形狀方程為第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出4. 比例慣性環(huán)節(jié)比例慣性環(huán)節(jié)10asa12aa xx uy0a圖 4-4 比例慣性環(huán)節(jié)構(gòu)造圖dcabaabdaasaaaabsadscsG/ /

4、 / ) ()(21011200傳送函數(shù)可寫為4-10第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出) 0(/) 0() 1() 1()() 1( )()()()()() 1(0122ydcxnuanxaanynuTnuTnxTnxmm )( 01201uaxaayuaxax 4-124-11離散形狀方程為比例慣性環(huán)節(jié)的形狀方程第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出csduys1圖 4-5 二階環(huán)節(jié)等效構(gòu)造圖除了上述幾種典型環(huán)節(jié)外，常用的還有二階環(huán)節(jié) ，它可由如圖4-5所示構(gòu)造圖組成。2120)(asasabsG第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出4.2 面向構(gòu)造圖離散類似法

5、仿真21u0y-圖 4-6 系統(tǒng)構(gòu)造圖3411y4y3y2y-2u3u4u第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出 假設(shè)由一個(gè)系統(tǒng)如圖4-6所示，假設(shè)知各環(huán)節(jié)的傳送函數(shù)，側(cè)很容易將其離散化，而各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系為432104321yyyyy 00100001001-001001-001 uuuu4-15第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出4.3 非線形系統(tǒng)的數(shù)學(xué)仿真典型非線性環(huán)節(jié)仿真子程序)(mu出)(mu入1c01c1c圖4-11 飽和非線性特征1. 飽和非線性飽和非線性飽和非線性特征輸入-輸出之間的仿真流程圖。第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出1)(cmu出)

6、()(mumu入出?)(1cmu入?)(1cmu入前往YYNN圖 4-12 飽和非線性仿真程序 完成圖4-11后，可采用圖4-12所示的仿真流程圖，并相應(yīng)地編制子程序在運(yùn)用中調(diào)用。進(jìn)入子程序1)(cmu出第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出2. 失靈區(qū)非線性失靈區(qū)非線性1c1c)(mu出)(mu入0圖 4-13 失靈區(qū)非線性特征圖4-13所示的失靈區(qū)的線性特征輸入-輸出之間的仿真流程圖如圖4-1445第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出1)()(cmumu入出1)()(cmumu入出0)(mu出?)(1cmu入前往YYNN進(jìn)入子程序?)(1cmu入圖 4-14 失靈區(qū)非線性

7、仿真子程序第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出3. 齒輪間隙磁帶回環(huán)非線性圖齒輪間隙磁帶回環(huán)非線性圖4-151c1c)(mu出)(mu入0451c圖 4-15 齒輪間隙非線性特征流程圖見圖4-16第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出前往1)()(cmumu入出?)()(10cmumu入出?)( )(0mumu入入?)( )(0mumu入入)( )(0mumu出出1)()(cmumu入出?)()(10cmumu入出 )()( 0mumu出出記下本次輸出即進(jìn)入子程序YYYYNNNN圖 4-16 齒輪間隙非線性子程序第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出含有非線性環(huán)節(jié)反對(duì)

8、離散類似仿真程序的設(shè)計(jì)方法 當(dāng)系統(tǒng)中有上述典型非線性環(huán)節(jié)時(shí)，離散類似法仿真程序需求做如下修正： 1對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)要增設(shè)一個(gè)參數(shù)Z(I)，它表示第I個(gè)環(huán)節(jié)的入口有哪種類型非線性環(huán)節(jié)。 2對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)要增設(shè)一個(gè)參數(shù)C(I)，它表示第I個(gè)環(huán)節(jié)入口的那個(gè)非線性環(huán)節(jié)的參數(shù)，當(dāng)?shù)贗個(gè)環(huán)節(jié)入口沒有非線性環(huán)節(jié)，C(I)=0。3一個(gè)完好的面向構(gòu)造圖的離散類似法仿真程序框圖如圖4-17所示：第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出輸入系統(tǒng)的銜接矩陣W反復(fù)上述最后兩步，直到計(jì)算終了等步長(zhǎng)，輸入函數(shù)輸入環(huán)節(jié)數(shù),0yn)0(),0(iiyx初值輸入各環(huán)節(jié)系數(shù)，以及)(),(),(TTTmm計(jì)算各個(gè)環(huán)節(jié)的)( )(0ku

9、kuWYUyiii改計(jì)算根據(jù)環(huán)節(jié)前的非線性修計(jì)算各個(gè)環(huán)節(jié)的輸入由根據(jù)) 1( ) 1(kykyii改計(jì)算根據(jù)環(huán)節(jié)后的非線性修環(huán)節(jié)的輸出根據(jù)差分方程計(jì)算各個(gè)圖 4-17 離散類似法仿真程序框圖第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出非線性系統(tǒng)仿真舉例。統(tǒng)輸出響應(yīng)，分析結(jié)果，這三種情況下的系），且失靈區(qū)特性（見圖、非線性環(huán)節(jié)為），且節(jié)為飽和特征（件圖、非線性環(huán)、非線性環(huán)節(jié)；時(shí)：分析當(dāng)加階躍輸入所示。仿真結(jié)構(gòu)圖如圖有一個(gè)四階非線性系統(tǒng)11343 ; 51142 110184 11ccu第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出確定系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)號(hào)根據(jù)圖4-19所示，寫出銜接矩陣運(yùn)轉(zhuǎn)程序根據(jù)提

10、示輸入數(shù)據(jù)結(jié)果分析步驟第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出432104321 01000001000001010001 yyyyyuuuu確定系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)號(hào)根據(jù)圖4-19所示，寫出銜接矩陣第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出10102211 . 05 . 0sssss非線性環(huán)節(jié)u1y1u0y3y4u4y2yy3u2us11010s1 . 05 . 0ss22s非線性環(huán)節(jié)圖 4-19 仿真框圖圖 4-18 四階非線性系統(tǒng)仿真構(gòu)造圖第四章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法返回主菜單退出 本章是全書的重點(diǎn)之一，所引見的兩種面向構(gòu)造圖仿真方法是目前科學(xué)研討和工程實(shí)際中常用的仿真方法。 1當(dāng)延續(xù)系統(tǒng)用構(gòu)造圖方式給定后，離散類似法是一種較為簡(jiǎn)單的方法，該方法的本質(zhì)就是在系統(tǒng)必要環(huán)節(jié)的輸入與輸出端參與虛擬采樣器和堅(jiān)持器，將延續(xù)系統(tǒng)離散化，然后分別計(jì)算分割開的各個(gè)環(huán)節(jié)的輸出量，并按構(gòu)造圖的關(guān)系把相應(yīng)的輸入與輸出銜接起來，順序求解計(jì)算。由于環(huán)節(jié)的離