系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型仿真與控制課件

1訓(xùn)練目的了解系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立方法；利用模型進(jìn)行時(shí)域分析，初步了解頻域分析；了解系統(tǒng)仿真的意義。1訓(xùn)練目的了解系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立方法；

2這些東西有什么共同之處？?jī)和婢咂嚒?、積木航模、車模服裝店里的假人模特質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷理想氣體理想運(yùn)算放大器房地產(chǎn)模型市區(qū)平面地圖風(fēng)洞作戰(zhàn)沙盤2這些東西有什么共同之處？?jī)和婢咂?、槍、積木

3模型（Model）是什么？略去對(duì)象不重要的屬性，保留重要的屬性；成為一個(gè)新的對(duì)象；新對(duì)象稱為原對(duì)象的模型；可以是有形實(shí)體、也可以是一個(gè)概念；從真實(shí)對(duì)象中提煉而得，性質(zhì)單純；利用模型便于研究對(duì)象的性質(zhì)和特點(diǎn)。3模型（Model）是什么？略去對(duì)象不重要的屬性，保留重要

4數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型是對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)特定對(duì)象，一個(gè)特定目的，根據(jù)特有的內(nèi)在規(guī)律，做出一些必要的假設(shè)，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具，得到的一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)；是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言對(duì)一部分現(xiàn)實(shí)世界的描述；我們研究的對(duì)象是工業(yè)系統(tǒng)，略去的屬性是我們認(rèn)為在某種情形下不重要的。構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，可以認(rèn)識(shí)系統(tǒng)內(nèi)部各元件之間的關(guān)系，從內(nèi)部描述系統(tǒng)，可以有針對(duì)性地設(shè)計(jì)和改造系統(tǒng)。4數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型是對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)特定對(duì)象，一個(gè)特定目2022/11/185工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型描述系統(tǒng)在某一方面的規(guī)律，給出了原因集(自變量集、激勵(lì)集、輸入集)到結(jié)果集(因變量集、響應(yīng)集、輸出集)之間的一個(gè)映射關(guān)系；一般地，這種關(guān)系可以描述為

Y=f(X)結(jié)果集因變量集響應(yīng)集輸出集原因集自變量集激勵(lì)集輸入集映射f(.)是解析式2022/11/115工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型描

6工業(yè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的最常用形式工業(yè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的最常用形式是系統(tǒng)的某種本質(zhì)特征的數(shù)學(xué)表達(dá)式，如曲線、函數(shù)、代數(shù)方程、微分方程、差分方程、積分方程、數(shù)學(xué)規(guī)劃模型等等等，常稱為解析模型；工程中，很多機(jī)械、電氣或液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律都可以基于物理定律用微分方程來(lái)描述，求解這些微分方程，就可以了解系統(tǒng)在某種輸入信號(hào)作用下的輸出響應(yīng)。6工業(yè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的最常用形式工業(yè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的最常用形式2022/11/187系統(tǒng)模型的用途預(yù)計(jì)系統(tǒng)響應(yīng)：給定激勵(lì)，可以預(yù)知響應(yīng)結(jié)果；系統(tǒng)分析：了解系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)對(duì)系統(tǒng)特性的影響；系統(tǒng)校正：根據(jù)要求調(diào)整結(jié)構(gòu)或參數(shù)，改善系統(tǒng)特性，如引入局部反饋、加入微分(超前)或積分(滯后)；仿真：為系統(tǒng)仿真提供基礎(chǔ)；控制：為選擇控制策略和設(shè)計(jì)控制器提供依據(jù)。2022/11/117系統(tǒng)模型的用途預(yù)計(jì)系統(tǒng)響應(yīng)：給定激勵(lì)，2022/11/188借用方程的類型對(duì)系統(tǒng)分類非線性方程、線性方程非線性系統(tǒng)、線性系統(tǒng)時(shí)變、定常方程時(shí)變系統(tǒng)、定常系統(tǒng)方程的階數(shù)系統(tǒng)的階數(shù)若方程不含時(shí)間變量，稱為靜態(tài)模型，如地形模型。本課程僅討論一、二階線性定常系統(tǒng)，原因是：1)可以得到精確的解析結(jié)果；2)很多實(shí)際系統(tǒng)可認(rèn)為是此類；3)有些重要結(jié)果可在高階系統(tǒng)中借用。2022/11/118借用方程的類型對(duì)系統(tǒng)分類非線性方程、線2022/11/189系統(tǒng)建?！馕瞿Ｐ偷慕?shí)驗(yàn)法：依據(jù)系統(tǒng)對(duì)某些典型激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)或其它數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，Blackbox

系統(tǒng)辨識(shí)典型激勵(lì)信號(hào)如階躍、斜坡、正弦；系統(tǒng)特性測(cè)試。分析法、解析法：依據(jù)系統(tǒng)本身所遵循的有關(guān)定律列寫表達(dá)式，Mechanismanalysis,Whitebox本次課內(nèi)容。2022/11/119系統(tǒng)建?！馕瞿Ｐ偷慕?shí)驗(yàn)法：依據(jù)系2022/11/1810用分析法建立解析模型從系統(tǒng)輸入端到輸出端，循信息流，依據(jù)各變量所遵循的力學(xué)、電磁學(xué)、熱力學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)定律、元器件和部件的外部特性，依次列寫出各元器件、部件的方程；聯(lián)立諸方程，消去中間變量，化簡(jiǎn)，得到描述系統(tǒng)輸入量與輸出量之間關(guān)系的微分方程，一般輸入量寫在方程右邊；整理成標(biāo)準(zhǔn)形式（在齊次方程即零激勵(lì)情形下整理）。2022/11/1110用分析法建立解析模型從系統(tǒng)輸入端到輸2022/11/1811用分析法建立解析模型必須對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、元器件特性及參數(shù)有足夠的了解；影響動(dòng)態(tài)特性的因素是各種儲(chǔ)能元件：如機(jī)械慣量（質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）；電磁慣量（電容、電感）；熱慣量（熱容）。幾種易于儲(chǔ)存的能量形式：彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能；動(dòng)能、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能；電場(chǎng)能、磁場(chǎng)能、熱能等等。2022/11/1111用分析法建立解析模型必須對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部2022/11/1812物理定律牛頓力學(xué)定律（平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)）基爾霍夫定律法拉第電磁感應(yīng)定律傅立葉傳熱定律牛頓冷卻定律動(dòng)力學(xué)概念的推廣：系統(tǒng)中的量是時(shí)間的函數(shù)，具有時(shí)間變化率，如：化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、熱動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)。2022/11/1112物理定律牛頓力學(xué)定律（平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)）2022/11/1813用分析法建立解析模型常作一些簡(jiǎn)化，如：將元器件的特性視為理想（采用理想模型）；線性化：忽略次要的非線性因素，或工作點(diǎn)附近小范圍內(nèi)近似線性化；降階；忽略小參數(shù)，如寄生電容、寄生電感、微漏磁、微升溫、微散熱；若干個(gè)小參數(shù)合并（系統(tǒng)集結(jié)）。2022/11/1113用分析法建立解析模型常作一些簡(jiǎn)化，如2022/11/1814解析模型例：RC系統(tǒng)ddtRCui(t)uo(t)-RCui(t)uo(t)i(t)2022/11/1114解析模型例：RC系統(tǒng)dRCui(t)2022/11/1815典型一階系統(tǒng)模型的標(biāo)準(zhǔn)形式y(tǒng)(t)項(xiàng)系數(shù)為1；T稱為時(shí)間常數(shù)，RC、熱容量和熱阻、容積和流阻等；若x(t)為單位階躍，y(t)為階躍響應(yīng)。2022/11/1115典型一階系統(tǒng)模型的標(biāo)準(zhǔn)形式y(tǒng)(t)項(xiàng)2022/11/1816一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)y(t)T2T3T4T5T63.2%86.5%95%98.2%99.3%t01五個(gè)特征點(diǎn)2022/11/1116一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)y(t)T2T2022/11/1817一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)誤差帶2022/11/1117一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)誤差帶2022/11/1818一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)時(shí)間常數(shù)不同，快速性不同，無(wú)快速性與穩(wěn)定性的沖突。2022/11/1118一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)時(shí)間常數(shù)不同，2022/11/1819一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)y(t)x(t)=1(t)T2T3T4T5T63.2%86.5%95%98.2%99.3%t一階系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)用調(diào)整時(shí)間ts(輸出量達(dá)到并停留在允許誤差帶所需的最小時(shí)間)表示±5%調(diào)整時(shí)間ts=3T2022/11/1119一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)y(t)x(t2022/11/1820一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及時(shí)域指標(biāo)ts小——快速；|y()-1|小，即ess小——穩(wěn)態(tài)誤差小，精確；無(wú)振蕩。時(shí)間常數(shù)小的系統(tǒng)快速性好2022/11/1120一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及時(shí)域指標(biāo)ts小2022/11/1821解析模型例：RLC系統(tǒng)2022/11/1121解析模型例：RLC系統(tǒng)2022/11/1822解析模型例：RLC系統(tǒng)基爾霍夫定律其中：如果R、L、C均為實(shí)數(shù)，上述微分方程為二階線性常系數(shù)微分方程。2022/11/1122解析模型例：RLC系統(tǒng)基爾霍夫定律其2022/11/1823解析模型例：RLC系統(tǒng)對(duì)于若L很小，可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)化為一階線性常系數(shù)微分方程2022/11/1123解析模型例：RLC系統(tǒng)對(duì)于若L很小，2022/11/1824解析模型例：RLC系統(tǒng)2022/11/1124解析模型例：RLC系統(tǒng)2022/11/1825解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)M—質(zhì)量K—彈簧剛度B—粘性阻尼系數(shù)y(t)—質(zhì)量塊的位移輸入量:外力fi(t)輸出量:y(t)質(zhì)量塊阻尼器彈簧系統(tǒng)靜止平衡時(shí)的位置2022/11/1125解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)2022/11/1826解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)步驟1：從系統(tǒng)的輸入端開(kāi)始，依據(jù)各變量所遵循的物理學(xué)定律，依次列寫出各元件、部件的微分方程。牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律彈簧特性阻尼器特性將質(zhì)量塊默認(rèn)為質(zhì)點(diǎn)！2022/11/1126解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)2022/11/1827解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)步驟2：消去中間變量，得到描述系統(tǒng)輸入量與輸出量之間關(guān)系的微分方程。如果M、K、B均為實(shí)數(shù)，上述微分方程為二階線性常系數(shù)微分方程。2022/11/1127解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)2022/11/1828解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)步驟3：有時(shí)將某些小參數(shù)或輕微的非線性忽略掉，可以降低方程的階次，簡(jiǎn)化分析而保持滿意的精度。對(duì)于若M很小，可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)化為一階線性常系數(shù)微分方程2022/11/1128解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)2022/11/1829典型二階系統(tǒng)模型的標(biāo)準(zhǔn)形式y(tǒng)(t)——系統(tǒng)的輸出量,x(t)——系統(tǒng)的輸入量,ζ——系統(tǒng)的阻尼系數(shù)，也稱為阻尼比,ωn——系統(tǒng)的無(wú)阻尼振蕩頻率，也稱為自然振蕩頻率、固有頻率。2022/11/1129典型二階系統(tǒng)模型的標(biāo)準(zhǔn)形式y(tǒng)(t)—2022/11/1830二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)ζ<1，exp(-ζnt)是包絡(luò)線，sin(.)呈指數(shù)衰減由此可得單位階躍響應(yīng)的表達(dá)式,為ζ和n的函數(shù)，進(jìn)而是元器件參數(shù)的函數(shù)。2022/11/1130二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)ζ<1，exp2022/11/1831二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)阻尼比不同的情形：2022/11/1131二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)阻尼比不同的情2022/11/1832二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)決定二階系統(tǒng)性能的參數(shù)：阻尼比ζ和無(wú)阻尼振蕩頻率ωn：ζ決定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性；ωn影響系統(tǒng)的快速性。參數(shù)系統(tǒng)狀況階躍響應(yīng)無(wú)阻尼狀況等幅振蕩欠阻尼狀況衰減振蕩臨界阻尼狀況無(wú)振蕩過(guò)阻尼狀況無(wú)振蕩2022/11/1132二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)決定二階系統(tǒng)性2022/11/1833二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)1:ζ=0；2:ζ=0.3；3:ζ=0.707；4:ζ=1；5:ζ=2。5個(gè)ζ值，快速性與穩(wěn)定性有沖突!!!最佳阻尼系統(tǒng):ζ=0.7072022/11/1133二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)1:ζ=0；52022/11/1834二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及時(shí)域指標(biāo)快速性：td－延遲時(shí)間tr－上升時(shí)間tp－峰值時(shí)間穩(wěn)定性：ts－調(diào)整時(shí)間Mp－超調(diào)量矛盾的統(tǒng)一體：快速性與穩(wěn)定性最佳二階系統(tǒng)：ζ＝0.7072022/11/1134二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及時(shí)域指標(biāo)快速性2022/11/1835二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及時(shí)域指標(biāo)tr、tp、ts小——快速；ts、Mp小——穩(wěn)定；|y()-1|小，即ess小——穩(wěn)態(tài)誤差小，精確。2022/11/1135二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及時(shí)域指標(biāo)tr、2022/11/1836描述系統(tǒng)特性的指標(biāo)快速性是希望被控量迅速達(dá)到設(shè)定值；穩(wěn)定性是指被控量不發(fā)生大幅度、長(zhǎng)時(shí)間的振蕩，即使有小幅振蕩也應(yīng)盡快衰減至零；如果系統(tǒng)被控量與設(shè)定值之間的誤差較小，就說(shuō)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性較好，或精度高。上述三類特性均可用階躍響應(yīng)曲線的特征定量地表示，稱為系統(tǒng)的時(shí)域指標(biāo)。tr、tp、ts小——快速；ts、Mp小——穩(wěn)定；y(∞)-1小——穩(wěn)態(tài)誤差ess（也稱靜差、偏差）小，準(zhǔn)確性好。2022/11/1136描述系統(tǒng)特性的指標(biāo)快速性是希望被控量2022/11/1837參數(shù)集、指標(biāo)集之間的關(guān)系元器件部件參數(shù)電阻、電容、電感、熱阻、熱容、放大倍數(shù)、傳動(dòng)比等標(biāo)準(zhǔn)形式方程中的參數(shù)時(shí)間常數(shù)、阻尼比、自然振蕩頻率等系統(tǒng)特性指標(biāo)上升時(shí)間、峰值時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差、絕對(duì)誤差積分、功耗積分等系統(tǒng)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)用解析模型容易進(jìn)行系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)2022/11/1137參數(shù)集、指標(biāo)集之間的關(guān)系元器件部件參2022/11/1838一些復(fù)雜的解析模型例子龍門吊系統(tǒng)（吊裝中集裝箱的運(yùn)動(dòng)）仿生機(jī)器昆蟲（六足行走、跳躍）、機(jī)器魚（艏向擺動(dòng)）、關(guān)節(jié)式機(jī)器人輪式機(jī)器人足球球員6-dof(Stewart)平臺(tái)磁懸浮軸承、磁懸掛天平（取代風(fēng)洞模型支架）多級(jí)倒立擺復(fù)擺城市擴(kuò)張流行病傳播生物種群規(guī)模2022/11/1138一些復(fù)雜的解析模型例子龍門吊系統(tǒng)（吊2022/11/1839難以建立解析模型的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)例子不規(guī)則物體下落軌跡、姿態(tài)（樹葉、航天返回艙？）不規(guī)則物體磁懸浮姿態(tài)吊裝中集裝箱的運(yùn)動(dòng)石油化工中某些原油煉化過(guò)程油田產(chǎn)量生態(tài)系統(tǒng)人體運(yùn)動(dòng)，如騎自行車某些材料的成分、微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的關(guān)系2022/11/1139難以建立解析模型的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)例子不規(guī)則系統(tǒng)仿真systemsimulation自然界都是相似的——萊布尼茲系統(tǒng)仿真systemsimulation2022/11/1841系統(tǒng)仿真例作戰(zhàn)模擬導(dǎo)彈對(duì)抗（導(dǎo)彈攔截導(dǎo)彈）空間預(yù)警信息處理系統(tǒng)水聲通信系統(tǒng)大型動(dòng)力機(jī)械運(yùn)行（汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、水輪機(jī)、風(fēng)機(jī)）艦船推進(jìn)系統(tǒng)龍門吊系統(tǒng)機(jī)器蟲、機(jī)器魚大型化工、電力系統(tǒng)運(yùn)行水庫(kù)、運(yùn)河調(diào)度油田產(chǎn)量道路交通流飛機(jī)、艦船、坦克駕駛訓(xùn)練虛擬現(xiàn)實(shí)（電子游戲、游樂(lè)場(chǎng)地震）利益沖突各方的博弈競(jìng)拍、洗錢、惡意透支2022/11/1141系統(tǒng)仿真例作戰(zhàn)模擬大型化工、電力系統(tǒng)2022/11/1842相似性原理相似概念的推廣：幾何相似、物理相似。兩個(gè)對(duì)象相似，表現(xiàn)為模型相似。相似性原理的一種表述：具有相似（同）模型的系統(tǒng)有相似的特性。在兩個(gè)系統(tǒng)之間可以存在相似元件、相似變量。相似系統(tǒng)：模型相似的系統(tǒng)。代數(shù)中，同構(gòu)、同倫2022/11/1142相似性原理相似概念的推廣：幾何相似、2022/11/1843相似性例力學(xué)系統(tǒng)電路系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)液位系統(tǒng)感性儲(chǔ)能元件彈簧電感流體慣量容性儲(chǔ)能元件質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電容熱容量液容耗能元件摩擦阻尼電阻熱阻液阻2022/11/1143相似性例力學(xué)系統(tǒng)電路系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)液2022/11/1844系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真是以相似性原理為理論基礎(chǔ)，以各種物理效應(yīng)設(shè)備、器材為依托，利用易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模擬實(shí)際系統(tǒng)或設(shè)想系統(tǒng)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究。優(yōu)點(diǎn)：具有可控性、無(wú)/少破壞性、可重復(fù)，因而經(jīng)濟(jì)、安全，受場(chǎng)地環(huán)境等條件限制??；有些系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)昂貴、風(fēng)險(xiǎn)高，有些實(shí)際系統(tǒng)不允許做實(shí)驗(yàn)，因此仿真成為現(xiàn)在工程技術(shù)研究中的重要方法。2022/11/1144系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真是以相似性原理為理論2022/11/1845仿真的類型物理仿真：基于物理相似性、幾何相似性，使用實(shí)際系統(tǒng)尺寸上放大或者縮小的相似體，如沙盤作業(yè)、流域模型、風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀IDO板等；數(shù)學(xué)仿真：基于相同的模型基于模擬量的仿真：利用數(shù)學(xué)模型相同，但成本較低、易于實(shí)現(xiàn)的另一種系統(tǒng)來(lái)模擬實(shí)際對(duì)象；數(shù)字仿真：用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型、產(chǎn)生激勵(lì)，模擬系統(tǒng)的響應(yīng)。多用于驗(yàn)證系統(tǒng)原理、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的正確性及可行性，如大氣環(huán)流、電網(wǎng)潮流、物流網(wǎng)絡(luò)、戰(zhàn)術(shù)模擬系統(tǒng)等。2022/11/1145仿真的類型物理仿真：基于物理相似性、2022/11/1846很多工程領(lǐng)域有專用仿真軟件軟件名稱特點(diǎn)電子系統(tǒng)Multisim(EWB)Psipce電子系統(tǒng)的仿真，包括模電、數(shù)電、微電子等。機(jī)械系統(tǒng)3D建模軟件Pro/E、UG、Solidworks、Solidedge、CATIA等可以進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的碰撞、聯(lián)動(dòng)等仿真，有些還可以機(jī)械仿真加工過(guò)程。虛擬樣機(jī)軟件ADAMS機(jī)電系統(tǒng)的仿真：從原理上仿真機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，機(jī)械：機(jī)構(gòu)的運(yùn)行，控制。綜合仿真工具M(jìn)atlab保護(hù)有各種Toolbox，可以仿真各種系統(tǒng)。2022/11/1146很多工程領(lǐng)域有專用仿真軟件軟件名稱特2022/11/1847一階系統(tǒng)的仿真輸入輸出之間關(guān)系2022/11/1147一階系統(tǒng)的仿真輸入輸出之間關(guān)系RC接采集卡CN2訓(xùn)練接線圖RC接采集卡CN2訓(xùn)練接線圖2022/11/1849訓(xùn)練內(nèi)容一階系統(tǒng)時(shí)域分析利用一階仿真系統(tǒng)研究一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)；C=100μF，R1=5KΩ，R2=50KΩ；運(yùn)行演示程序，輸出10V階躍信號(hào)，在顯示器屏幕上觀察輸入輸出波形；在程序界面上選用“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式”，將工控機(jī)采入的數(shù)據(jù)生成文件，用適當(dāng)?shù)奈募４嬗涗浀降臄?shù)據(jù)。注意事項(xiàng):1.每次測(cè)試前應(yīng)使電容放電

2.電解電容的正負(fù)極正確連接2022/11/1149訓(xùn)練內(nèi)容一階系統(tǒng)時(shí)域分析2022/11/1850_+CRf

_+R1RR_+CR_+RR_+RR_+RRR二階系統(tǒng)的物理仿真121：A=-1的反相放大器，ui=-uo2：積分電路，33：A=-1的反相放大器，ui=-uo44：A=-1的反相放大器，ui=-uo55：反相放大器，66：加法器2022/11/1150_CRf_R1RR_CR_RR_二階系統(tǒng)的物理仿真(續(xù))二階系統(tǒng)的物理仿真(續(xù))訓(xùn)練接線圖接采集卡CN2直流穩(wěn)壓電源改變?chǔ)浦涤?xùn)練接線圖接采集卡CN2直流穩(wěn)壓電源改變?chǔ)浦?022/11/1853訓(xùn)練內(nèi)容二階系統(tǒng)時(shí)域分析利用有源二階系統(tǒng)電路板仿真系統(tǒng)研究二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線；在四種不同ζ值的情況下分別測(cè)試；運(yùn)行演示程序，輸出5V階躍信號(hào)，在顯示器屏幕上觀察輸入輸出波形；在程序界面上選用“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式”，將工控機(jī)采入的數(shù)據(jù)生成文件，用適當(dāng)?shù)奈募４嬗涗浀降臄?shù)據(jù)。注意：四種不同ζ值由電路板板卡跳線實(shí)現(xiàn)2022/11/1153訓(xùn)練內(nèi)容二階系統(tǒng)時(shí)域分析2022/11/1854物理仿真編程實(shí)現(xiàn)使用編寫好的程序，在其中加以修改：目錄：E:\第二層次\DRAWINGC.C目錄：E:\第二層次\Control_d.C2022/11/1154物理仿真編程實(shí)現(xiàn)使用編寫好的程序，在2022/11/1855訓(xùn)練內(nèi)容一階系統(tǒng)時(shí)域分析二階系統(tǒng)時(shí)域分析要求：利用DRAWINGC.C或者Control_d.C程序可以觀察不同輸入(不同幅值的階躍、正弦、方波等)下一階和二階系統(tǒng)的響應(yīng)情況，請(qǐng)人為改變控制輸出u，即系統(tǒng)輸入ui，觀察系統(tǒng)輸出情況。注意：采樣周期的選擇。2022/11/1155訓(xùn)練內(nèi)容一階系統(tǒng)時(shí)域分析2022/11/1856

DRAWINGC.C程序說(shuō)明需要調(diào)用的子函數(shù)：draw_curve(pointsx,pointsy,points_num,max_v,ifdrawdash);double*pointsx,*pointsy,max_v;intpoints_num,ifdrawdash;auto_initgraph();DA(intchannel,intvout);intAD(intchannel);2022/11/1156DRAWINGC.C程序說(shuō)明需要調(diào)2022/11/1857給系統(tǒng)激勵(lì)信號(hào)!DRAWINGC.C程序說(shuō)明main(){inti,t,da_out;doublex[200],y[200];t=0;da_out=(int)(1.0/10.0*4095);

//送階躍電壓1VDA(1,da_out);2022/11/1157給系統(tǒng)激勵(lì)信號(hào)!DRAWINGC.C2022/11/1858DRAWINGC.C程序說(shuō)明for(i=0;i<200;i++){x[i]=i;

//采集

y[i]=AD(10)/4095.0*20.0-10.0;delay(t);//延時(shí)}當(dāng)輸入是隨時(shí)間變化的激勵(lì)信號(hào),需要放置在for循環(huán)里,例如提供一個(gè)正弦激勵(lì)信號(hào),觀察其響應(yīng)情況.2022/11/1158DRAWINGC.C程序說(shuō)明for(2022/11/1859DRAWINGC.C程序說(shuō)明

//初始化圖像設(shè)備

auto_initgraph();

//畫圖

draw_curve(x,y,200,10.0,1);getch();closegraph();//關(guān)閉圖像設(shè)備}2022/11/1159DRAWINGC.C程序說(shuō)明2022/11/1860DRAWINGC.C程序修改說(shuō)明初始化程序中增加路徑說(shuō)明:initgraph(&gd,&mode,“E:\\Turboc2.0");DA子函數(shù)中:outportb(Base+4+(port-1)*2,low);outportb(Base+5+(port-1)*2,high);主函數(shù)中for循環(huán)之前添加電壓輸出

da_out=(int)(1.0/10.0*4095);DA(1,da_out);主函數(shù)中for循環(huán)之后使輸出為零:DA(1,0);根據(jù)實(shí)際情況改變延遲時(shí)間t2022/11/1160DRAWINGC.C程序修改說(shuō)明初始2022/11/1861DRAWINGC.C程序修改說(shuō)明確定路徑正確：E:\\Turboc2.0；DA子函數(shù)中寄存器地址正確：通道1對(duì)應(yīng)寄存器地址為Base+4和+5；通道2對(duì)應(yīng)寄存器地址為Base+6和+7；調(diào)用DA子函數(shù)：DA(port，Data)；延遲時(shí)間t的選擇恰當(dāng)；電容放電。2022/11/1161DRAWINGC.C程序修改說(shuō)明確定2022/11/1862Control_d.c程序說(shuō)明Control_d程序位于E:\\第二層次；程序運(yùn)行出現(xiàn)初始化錯(cuò)誤，需要改變程序內(nèi)初始化圖像路徑，E:\\Turboc2.0；如需修改程序，將其另存后再改，嚴(yán)禁修改源程序。2022/11/1162Control_d.c程序說(shuō)明Con2022/11/1863Control_d.c程序說(shuō)明voidgraph_r(int*t,int*r,int*y,int*e, int*c,int*u)/*畫圖程序*/voidDA(intchannel,intOutputdata)/*DA子函數(shù)*/intAD(intchannel)/*AD子函數(shù)*/voidcreate_datafile(void)/*生成文件d.dat*/voidcontrol(void)/*控制子函數(shù)*/voidparameter(void)/*設(shè)定參數(shù)子函數(shù)*/main()/*主函數(shù)*/2022/11/1163Control_d.c程序說(shuō)明voi2022/11/1864Control_d.c程序說(shuō)明voidgraph_r(int*t,int*r,int*y,int*e,int*c,int*u){/*圖形初始化*//*drawYaxis*/畫y軸/*drawXaxis*/畫x軸/*drawycurve*/ 畫實(shí)際輸出/*drawrcurve*/畫理想輸出/*drawucurve*/畫控制輸出/*drawecurve*/ 畫誤差曲線}2022/11/1164Control_d.c程序說(shuō)明voi2022/11/1865Control_d.c程序說(shuō)明voidDA(intchannel,intOutputdata)

/*1-2，0-4095*/intAD(intchannel)/*0-15*/voidcreate_datafile(void)/*創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件*/2022/11/1165Control_d.c程序說(shuō)明voi2022/11/1866控制子函數(shù)controlvoidcontrol(void){floatg_e,g_c,ep;floattempp;intm,j,k;yy[i]=AD(10);/*讀系統(tǒng)輸出（采樣）*/y[i]=(yy[i]-2047)*2;/*轉(zhuǎn)換*/e[i]=y[i]-r[i];/*計(jì)算誤差*/u[i]=r[i];/*獲得控制量*/ida=u[i];DA(1,ida);/*輸出*/itoa(i,string,10);gotoxy(20,20);cputs(string);/*屏幕顯示*/}計(jì)算控制輸出u2022/11/1166控制子函數(shù)controlvoidc2022/11/1867參數(shù)初始化子函數(shù)parametervoidparameter(void){DA(1,0);/*系統(tǒng)初始化*/iae=0.0;/*累計(jì)誤差*/n=400;/*采樣點(diǎn)數(shù)（控制步數(shù)）*/i=0;iad=0;e[0]=0;amplitude=5;/*0---10v*//*幅值*/amplitude=amplitude*4095/10.0;/*DA轉(zhuǎn)換*/for(i=0;i<n+1;i++)r[i]=amplitude;/*參考值*/}

r[i]=amplitude*sin(2*3.14*i/n)+amplitude;2022/11/1167參數(shù)初始化子函數(shù)parameterv2022/11/1868Control_d.c程序說(shuō)明main(){intk,m,kkp;FILE*fpp;DA(1,0);delay(1000);clrscr();/*初始化*/

sample_time=10;

/*設(shè)定采樣時(shí)間*/parameter();/*設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)*/for(i=0;i<n;i++)

{control();/*調(diào)用控制子程序*/delay(sample_time);/*延時(shí)（采樣時(shí)間）*/}DA(1,0);create_datafile();/*創(chuàng)建記錄文件子程序*/graph_r(r,r,y,e,c,u);/*調(diào)用作圖子程序*/getch();delay(100);closegraph();return;}2022/11/1168Control_d.c程序說(shuō)明mai2022/11/1869Control_d.c程序說(shuō)明改變激勵(lì)幅值和信號(hào)類型。作法：voidparameter(void){…amplitude=5;/*改變幅值，范圍0~10V*/…

r[i]=amplitude;/*改變信號(hào)類型*/…}采樣時(shí)間作法：main(){…sample_time=10/*根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)適當(dāng)調(diào)整*/…}2022/11/1169Control_d.c程序說(shuō)明改變激系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的控制2022/11/1871控制系統(tǒng)的概念在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、機(jī)器和生產(chǎn)過(guò)程需要控制，使之按預(yù)定要求運(yùn)行。無(wú)處不在的控制系統(tǒng)：人、電梯、自動(dòng)門、防盜系統(tǒng)、洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐、飛機(jī)、輪船、汽車、數(shù)控車床、恒溫車間、自動(dòng)化生產(chǎn)線等等。分類：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。2022/11/1171控制系統(tǒng)的概念在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了2022/11/1872開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的控制器與被控對(duì)象之間只有順向作用，沒(méi)有反向作用，即系統(tǒng)的輸出量對(duì)控制作用沒(méi)有影響。2022/11/1172開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的控制2022/11/1873開(kāi)環(huán)控制例子普通電風(fēng)扇、洗衣機(jī)磁盤驅(qū)動(dòng)器中磁頭小車尋找磁道：步進(jìn)電機(jī)、絲杠螺母、導(dǎo)軸氣動(dòng)機(jī)械手（CCLink總線）放任式的管理部分中學(xué)生、大學(xué)生和成年人的學(xué)習(xí)資助完全自由的獨(dú)立科學(xué)研究活動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)基金運(yùn)作某些敵后特種作戰(zhàn)2022/11/1173開(kāi)環(huán)控制例子普通電風(fēng)扇、洗衣機(jī)2022/11/1874開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)信息單方向流動(dòng)，沒(méi)有反饋；有干擾時(shí)，被控量誤差無(wú)法修正；被控量多為“有”或“無(wú)”、“開(kāi)關(guān)”或“起?！钡冗壿嫚顟B(tài)，一般都是開(kāi)關(guān)控制，依順序、時(shí)間、布爾邏輯條件等給出控制信號(hào)；用于系統(tǒng)模型精度高且參數(shù)穩(wěn)定，或擾動(dòng)影響不嚴(yán)重，或被控量精度要求低、或執(zhí)行器的動(dòng)作簡(jiǎn)單的對(duì)象。2022/11/1174開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)信息單方向流動(dòng)2022/11/1875開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單（不對(duì)被控對(duì)象的實(shí)際輸出量進(jìn)行測(cè)量）缺點(diǎn)：當(dāng)干擾出現(xiàn)使輸出量產(chǎn)生偏差時(shí)，系統(tǒng)沒(méi)有自動(dòng)修正偏差的能力；精度較差，不適合干擾很強(qiáng)的系統(tǒng)。2022/11/1175開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單（不對(duì)被2022/11/1876閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出信號(hào)直接或間接全部或部分對(duì)控制作用產(chǎn)生影響的系統(tǒng)。2022/11/1176閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出2022/11/1877閉環(huán)控制例子不勝枚舉!!!操控機(jī)械手、示教-再現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)火炮、空-空導(dǎo)彈（炮瞄雷達(dá)、制導(dǎo)雷達(dá)給出的目標(biāo)坐標(biāo)）自導(dǎo)航飛機(jī)、車輛flybywire旋轉(zhuǎn)拋物面太陽(yáng)能采集系統(tǒng)大型船舶舵機(jī)、重型汽車方向系統(tǒng)獵豹、牧羊狗航天運(yùn)載火箭飛行、航天器軌道及姿態(tài)、彈道導(dǎo)彈飛行印制板表面裝貼工藝溫度焊接機(jī)器人按規(guī)定焊縫直流穩(wěn)壓電源（78、79系列）人體溫、恒溫槽、恒濕槽、恒壓艙定風(fēng)速風(fēng)洞靜止衛(wèi)星、飛艇磁盤驅(qū)動(dòng)器中主軸轉(zhuǎn)速抽水馬桶水位壓力鍋氣壓2022/11/1177閉環(huán)控制例子不勝枚舉!!!操2022/11/1878閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)閉環(huán)系統(tǒng)是借助輸出信號(hào)的反饋，在存在擾動(dòng)的情況下，減小輸出與給定輸入之間的偏差。閉環(huán)系統(tǒng)控制器的工作正是基于這一偏差進(jìn)行的。2022/11/1178閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)閉環(huán)系統(tǒng)是借助輸出信2022/11/1879閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)存在信息反饋，信息流構(gòu)成閉環(huán)回路；一般基于誤差對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行校正；控制對(duì)象一般為位置、速度、加速度、溫度、壓力、流量等模擬量，有“度”的概念，為數(shù)值控制。性能要求：響應(yīng)速度、穩(wěn)定性、精度；有的系統(tǒng)被控量難以通過(guò)測(cè)量獲取，反饋通道（即測(cè)量系統(tǒng)）對(duì)品質(zhì)有重要影響。2022/11/1179閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)存在信息反饋，信息流2022/11/1880閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：采用計(jì)算機(jī)作為控制器能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)；缺點(diǎn)：對(duì)于慣性系統(tǒng)，參數(shù)配置不當(dāng)，即反饋不當(dāng)容易產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定；在閉環(huán)控制中，系統(tǒng)的響應(yīng)速度與穩(wěn)定性之間存在矛盾。2022/11/1180閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：采用計(jì)算機(jī)作2022/11/1881其他系統(tǒng)恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)(regulation)：設(shè)定值r恒定，使被控量y保持恒定。 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、恒溫槽溫度、穩(wěn)壓電源、磁帶張力、液位、靜止衛(wèi)星的拋物面接收天線、程序控制系統(tǒng)(programmedcontrol)：設(shè)定值r(t)(t1<t<t2)事先已知，使被控量y(t)復(fù)現(xiàn)r(t)。 地對(duì)地導(dǎo)彈、金屬熱處理爐、印制板表面貼裝爐、數(shù)控機(jī)床、焊接機(jī)器人、某些化工冶煉過(guò)程、太陽(yáng)能拋物面集熱器隨動(dòng)系統(tǒng)(servo-mechanism)：設(shè)定值r(t)(t1<t<t2)事先未知，使被控量y(t)跟隨r(t)。 自動(dòng)火炮、攻擊活動(dòng)目標(biāo)的導(dǎo)彈或魚雷（地對(duì)空、空對(duì)空、地對(duì)艦、艦對(duì)艦、坦克）、操控機(jī)器人、2022/11/1181其他系統(tǒng)恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)(regulat2022/11/1882控制器的含義控制器的本質(zhì)：依據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)（實(shí)際輸出量y）求取最佳的控制量u，使實(shí)際輸出量y更好地跟隨設(shè)定輸入r。2022/11/1182控制器的含義控制器的本質(zhì)：依據(jù)當(dāng)前的2022/11/1883工控機(jī)作為控制器被控系統(tǒng)控制輸出u實(shí)際輸出y實(shí)際輸出y理想輸出r控制輸出u實(shí)際輸出y誤差e=r-y尋找合適的u，使y更好地逼近r2022/11/1183工控機(jī)作為控制器被控系統(tǒng)控制輸出u實(shí)2022/11/1884閉環(huán)控制系統(tǒng)理想輸出r控制輸出u實(shí)際輸出y誤差e=r-yuyr？u=f

(r,y)e=r-yu=f

(e)尋找合適的u，使y更好地逼近r2022/11/1184閉環(huán)控制系統(tǒng)理想輸出ruyr？u=f2022/11/1885控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)、快、準(zhǔn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性響應(yīng)的快速性響應(yīng)的準(zhǔn)確性輸出量對(duì)給定的輸入量的偏離應(yīng)該隨著時(shí)間增加逐漸趨于零，穩(wěn)定性的要求應(yīng)該考慮到滿足一定的穩(wěn)定裕度，波動(dòng)小系統(tǒng)的輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏差時(shí)，快速消除這種偏差過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，輸出量與給定輸入量（或同給定輸入量響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)輸出量）的偏差要小2022/11/1185控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)、快、準(zhǔn)輸出量對(duì)2022/11/1886訓(xùn)練內(nèi)容一階系統(tǒng)時(shí)域分析二階系統(tǒng)時(shí)域分析要求1：利用DRAWINGC.C程序可以觀察不同輸入(不同幅值的階躍、正弦、方波等)下一階和二階系統(tǒng)的響應(yīng)情況，請(qǐng)人為改變控制輸出u，即系統(tǒng)輸入ui，觀察系統(tǒng)輸出情況；要求2：調(diào)整輸入，使輸出較快速度達(dá)到輸入。注意：采樣周期的選擇2022/11/1186訓(xùn)練內(nèi)容一階系統(tǒng)時(shí)域分析2022/11/1887模型的分析RCxy2022/11/1187模型的分析RCxy2022/11/1888實(shí)現(xiàn)思路的分析2022/11/1188實(shí)現(xiàn)思路的分析2022/11/1889實(shí)現(xiàn)思路的分析2022/11/1189實(shí)現(xiàn)思路的分析2022/11/1890訓(xùn)練內(nèi)容提示在已有程序DRAWINGC或Control_D基礎(chǔ)上改造實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練要求。2022/11/1190訓(xùn)練內(nèi)容提示在已有程序DRAWING2022/11/1891main(){inti,da_out,t=0;doublex[200],y[200];da_out=(int)(1.0/10.0*4095);//送階躍電壓1VDA(1,da_out);for(i=0;i<200;i++){x[i]=i;y[i]=AD(10)/4095.0*20.0-10.0;//采集

delay(t);//延時(shí)

}DRAWINGC.C程序說(shuō)明if(i<50)da_out=(int)(2.0/10.0*4095);

//送階躍電壓2Velseda_out=(int)(1.0/10.0*4095);

//送階躍電壓1VDA(1,da_out);2022/11/1191main()DRAWINGC.C程序2022/11/1892程序說(shuō)明Control_d.cControl_d程序位于E:\\第二層次；程序運(yùn)行出現(xiàn)初始化錯(cuò)誤，需要改變程序內(nèi)初始化圖像路徑，E:\\Turboc2.0；如需修改程序，將其另存后再改，嚴(yán)禁修改源程序。2022/11/1192程序說(shuō)明Control_d.cCon2022/11/1893計(jì)算控制輸出u控制子程序controlvoidcontrol(void){floatg_e,g_c,ep;floattempp;intm,j,k;yy[i]=AD(10);/*讀系統(tǒng)輸出（采樣）*/y[i]=(yy[i]-2047)*2;/*轉(zhuǎn)換*/e[i]=y[i]-r[i];/*計(jì)算誤差*/u[i]=r[i];/*獲得控制量*/ida=u[i];DA(1,ida);/*輸出*/itoa(i,string,10);gotoxy(20,20);cputs(string);/*屏幕顯示*/}if(i>50)u[i]=r[i];elseu[i]=2*r[i];

2022/11/1193計(jì)算控制輸出u控制子程序controRC接采集卡CN2訓(xùn)練接線圖RC接采集卡CN2訓(xùn)練接線圖訓(xùn)練接線圖接采集卡CN2直流穩(wěn)壓電源改變?chǔ)浦涤?xùn)練接線圖接采集卡CN2直流穩(wěn)壓電源改變?chǔ)浦?/p>

96訓(xùn)練目的了解系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立方法；利用模型進(jìn)行時(shí)域分析，初步了解頻域分析；了解系統(tǒng)仿真的意義。1訓(xùn)練目的了解系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立方法；

97這些東西有什么共同之處？?jī)和婢咂?、槍、積木航模、車模服裝店里的假人模特質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷理想氣體理想運(yùn)算放大器房地產(chǎn)模型市區(qū)平面地圖風(fēng)洞作戰(zhàn)沙盤2這些東西有什么共同之處？?jī)和婢咂?、槍、積木

98模型（Model）是什么？略去對(duì)象不重要的屬性，保留重要的屬性；成為一個(gè)新的對(duì)象；新對(duì)象稱為原對(duì)象的模型；可以是有形實(shí)體、也可以是一個(gè)概念；從真實(shí)對(duì)象中提煉而得，性質(zhì)單純；利用模型便于研究對(duì)象的性質(zhì)和特點(diǎn)。3模型（Model）是什么？略去對(duì)象不重要的屬性，保留重要

99數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型是對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)特定對(duì)象，一個(gè)特定目的，根據(jù)特有的內(nèi)在規(guī)律，做出一些必要的假設(shè)，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具，得到的一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)；是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言對(duì)一部分現(xiàn)實(shí)世界的描述；我們研究的對(duì)象是工業(yè)系統(tǒng)，略去的屬性是我們認(rèn)為在某種情形下不重要的。構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，可以認(rèn)識(shí)系統(tǒng)內(nèi)部各元件之間的關(guān)系，從內(nèi)部描述系統(tǒng)，可以有針對(duì)性地設(shè)計(jì)和改造系統(tǒng)。4數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型是對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)特定對(duì)象，一個(gè)特定目2022/11/18100工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型描述系統(tǒng)在某一方面的規(guī)律，給出了原因集(自變量集、激勵(lì)集、輸入集)到結(jié)果集(因變量集、響應(yīng)集、輸出集)之間的一個(gè)映射關(guān)系；一般地，這種關(guān)系可以描述為

Y=f(X)結(jié)果集因變量集響應(yīng)集輸出集原因集自變量集激勵(lì)集輸入集映射f(.)是解析式2022/11/115工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型描

101工業(yè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的最常用形式工業(yè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的最常用形式是系統(tǒng)的某種本質(zhì)特征的數(shù)學(xué)表達(dá)式，如曲線、函數(shù)、代數(shù)方程、微分方程、差分方程、積分方程、數(shù)學(xué)規(guī)劃模型等等等，常稱為解析模型；工程中，很多機(jī)械、電氣或液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律都可以基于物理定律用微分方程來(lái)描述，求解這些微分方程，就可以了解系統(tǒng)在某種輸入信號(hào)作用下的輸出響應(yīng)。6工業(yè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的最常用形式工業(yè)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的最常用形式2022/11/18102系統(tǒng)模型的用途預(yù)計(jì)系統(tǒng)響應(yīng)：給定激勵(lì)，可以預(yù)知響應(yīng)結(jié)果；系統(tǒng)分析：了解系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)對(duì)系統(tǒng)特性的影響；系統(tǒng)校正：根據(jù)要求調(diào)整結(jié)構(gòu)或參數(shù)，改善系統(tǒng)特性，如引入局部反饋、加入微分(超前)或積分(滯后)；仿真：為系統(tǒng)仿真提供基礎(chǔ)；控制：為選擇控制策略和設(shè)計(jì)控制器提供依據(jù)。2022/11/117系統(tǒng)模型的用途預(yù)計(jì)系統(tǒng)響應(yīng)：給定激勵(lì)，2022/11/18103借用方程的類型對(duì)系統(tǒng)分類非線性方程、線性方程非線性系統(tǒng)、線性系統(tǒng)時(shí)變、定常方程時(shí)變系統(tǒng)、定常系統(tǒng)方程的階數(shù)系統(tǒng)的階數(shù)若方程不含時(shí)間變量，稱為靜態(tài)模型，如地形模型。本課程僅討論一、二階線性定常系統(tǒng)，原因是：1)可以得到精確的解析結(jié)果；2)很多實(shí)際系統(tǒng)可認(rèn)為是此類；3)有些重要結(jié)果可在高階系統(tǒng)中借用。2022/11/118借用方程的類型對(duì)系統(tǒng)分類非線性方程、線2022/11/18104系統(tǒng)建?！馕瞿Ｐ偷慕?shí)驗(yàn)法：依據(jù)系統(tǒng)對(duì)某些典型激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)或其它數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，Blackbox

系統(tǒng)辨識(shí)典型激勵(lì)信號(hào)如階躍、斜坡、正弦；系統(tǒng)特性測(cè)試。分析法、解析法：依據(jù)系統(tǒng)本身所遵循的有關(guān)定律列寫表達(dá)式，Mechanismanalysis,Whitebox本次課內(nèi)容。2022/11/119系統(tǒng)建?！馕瞿Ｐ偷慕?shí)驗(yàn)法：依據(jù)系2022/11/18105用分析法建立解析模型從系統(tǒng)輸入端到輸出端，循信息流，依據(jù)各變量所遵循的力學(xué)、電磁學(xué)、熱力學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)定律、元器件和部件的外部特性，依次列寫出各元器件、部件的方程；聯(lián)立諸方程，消去中間變量，化簡(jiǎn)，得到描述系統(tǒng)輸入量與輸出量之間關(guān)系的微分方程，一般輸入量寫在方程右邊；整理成標(biāo)準(zhǔn)形式（在齊次方程即零激勵(lì)情形下整理）。2022/11/1110用分析法建立解析模型從系統(tǒng)輸入端到輸2022/11/18106用分析法建立解析模型必須對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、元器件特性及參數(shù)有足夠的了解；影響動(dòng)態(tài)特性的因素是各種儲(chǔ)能元件：如機(jī)械慣量（質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）；電磁慣量（電容、電感）；熱慣量（熱容）。幾種易于儲(chǔ)存的能量形式：彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能；動(dòng)能、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能；電場(chǎng)能、磁場(chǎng)能、熱能等等。2022/11/1111用分析法建立解析模型必須對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部2022/11/18107物理定律牛頓力學(xué)定律（平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)）基爾霍夫定律法拉第電磁感應(yīng)定律傅立葉傳熱定律牛頓冷卻定律動(dòng)力學(xué)概念的推廣：系統(tǒng)中的量是時(shí)間的函數(shù)，具有時(shí)間變化率，如：化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、熱動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)。2022/11/1112物理定律牛頓力學(xué)定律（平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)）2022/11/18108用分析法建立解析模型常作一些簡(jiǎn)化，如：將元器件的特性視為理想（采用理想模型）；線性化：忽略次要的非線性因素，或工作點(diǎn)附近小范圍內(nèi)近似線性化；降階；忽略小參數(shù)，如寄生電容、寄生電感、微漏磁、微升溫、微散熱；若干個(gè)小參數(shù)合并（系統(tǒng)集結(jié)）。2022/11/1113用分析法建立解析模型常作一些簡(jiǎn)化，如2022/11/18109解析模型例：RC系統(tǒng)ddtRCui(t)uo(t)-RCui(t)uo(t)i(t)2022/11/1114解析模型例：RC系統(tǒng)dRCui(t)2022/11/18110典型一階系統(tǒng)模型的標(biāo)準(zhǔn)形式y(tǒng)(t)項(xiàng)系數(shù)為1；T稱為時(shí)間常數(shù)，RC、熱容量和熱阻、容積和流阻等；若x(t)為單位階躍，y(t)為階躍響應(yīng)。2022/11/1115典型一階系統(tǒng)模型的標(biāo)準(zhǔn)形式y(tǒng)(t)項(xiàng)2022/11/18111一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)y(t)T2T3T4T5T63.2%86.5%95%98.2%99.3%t01五個(gè)特征點(diǎn)2022/11/1116一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)y(t)T2T2022/11/18112一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)誤差帶2022/11/1117一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)誤差帶2022/11/18113一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)時(shí)間常數(shù)不同，快速性不同，無(wú)快速性與穩(wěn)定性的沖突。2022/11/1118一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)時(shí)間常數(shù)不同，2022/11/18114一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)y(t)x(t)=1(t)T2T3T4T5T63.2%86.5%95%98.2%99.3%t一階系統(tǒng)的時(shí)域性能指標(biāo)用調(diào)整時(shí)間ts(輸出量達(dá)到并停留在允許誤差帶所需的最小時(shí)間)表示±5%調(diào)整時(shí)間ts=3T2022/11/1119一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)y(t)x(t2022/11/18115一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及時(shí)域指標(biāo)ts小——快速；|y()-1|小，即ess小——穩(wěn)態(tài)誤差小，精確；無(wú)振蕩。時(shí)間常數(shù)小的系統(tǒng)快速性好2022/11/1120一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及時(shí)域指標(biāo)ts小2022/11/18116解析模型例：RLC系統(tǒng)2022/11/1121解析模型例：RLC系統(tǒng)2022/11/18117解析模型例：RLC系統(tǒng)基爾霍夫定律其中：如果R、L、C均為實(shí)數(shù)，上述微分方程為二階線性常系數(shù)微分方程。2022/11/1122解析模型例：RLC系統(tǒng)基爾霍夫定律其2022/11/18118解析模型例：RLC系統(tǒng)對(duì)于若L很小，可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)化為一階線性常系數(shù)微分方程2022/11/1123解析模型例：RLC系統(tǒng)對(duì)于若L很小，2022/11/18119解析模型例：RLC系統(tǒng)2022/11/1124解析模型例：RLC系統(tǒng)2022/11/18120解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)M—質(zhì)量K—彈簧剛度B—粘性阻尼系數(shù)y(t)—質(zhì)量塊的位移輸入量:外力fi(t)輸出量:y(t)質(zhì)量塊阻尼器彈簧系統(tǒng)靜止平衡時(shí)的位置2022/11/1125解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)2022/11/18121解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)步驟1：從系統(tǒng)的輸入端開(kāi)始，依據(jù)各變量所遵循的物理學(xué)定律，依次列寫出各元件、部件的微分方程。牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律彈簧特性阻尼器特性將質(zhì)量塊默認(rèn)為質(zhì)點(diǎn)！2022/11/1126解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)2022/11/18122解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)步驟2：消去中間變量，得到描述系統(tǒng)輸入量與輸出量之間關(guān)系的微分方程。如果M、K、B均為實(shí)數(shù)，上述微分方程為二階線性常系數(shù)微分方程。2022/11/1127解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)2022/11/18123解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)步驟3：有時(shí)將某些小參數(shù)或輕微的非線性忽略掉，可以降低方程的階次，簡(jiǎn)化分析而保持滿意的精度。對(duì)于若M很小，可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)化為一階線性常系數(shù)微分方程2022/11/1128解析模型例：質(zhì)量塊-彈簧-阻尼器系統(tǒng)2022/11/18124典型二階系統(tǒng)模型的標(biāo)準(zhǔn)形式y(tǒng)(t)——系統(tǒng)的輸出量,x(t)——系統(tǒng)的輸入量,ζ——系統(tǒng)的阻尼系數(shù)，也稱為阻尼比,ωn——系統(tǒng)的無(wú)阻尼振蕩頻率，也稱為自然振蕩頻率、固有頻率。2022/11/1129典型二階系統(tǒng)模型的標(biāo)準(zhǔn)形式y(tǒng)(t)—2022/11/18125二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)ζ<1，exp(-ζnt)是包絡(luò)線，sin(.)呈指數(shù)衰減由此可得單位階躍響應(yīng)的表達(dá)式,為ζ和n的函數(shù)，進(jìn)而是元器件參數(shù)的函數(shù)。2022/11/1130二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)ζ<1，exp2022/11/18126二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)阻尼比不同的情形：2022/11/1131二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)阻尼比不同的情2022/11/18127二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)決定二階系統(tǒng)性能的參數(shù)：阻尼比ζ和無(wú)阻尼振蕩頻率ωn：ζ決定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性；ωn影響系統(tǒng)的快速性。參數(shù)系統(tǒng)狀況階躍響應(yīng)無(wú)阻尼狀況等幅振蕩欠阻尼狀況衰減振蕩臨界阻尼狀況無(wú)振蕩過(guò)阻尼狀況無(wú)振蕩2022/11/1132二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)決定二階系統(tǒng)性2022/11/18128二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)1:ζ=0；2:ζ=0.3；3:ζ=0.707；4:ζ=1；5:ζ=2。5個(gè)ζ值，快速性與穩(wěn)定性有沖突!!!最佳阻尼系統(tǒng):ζ=0.7072022/11/1133二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)1:ζ=0；52022/11/18129二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及時(shí)域指標(biāo)快速性：td－延遲時(shí)間tr－上升時(shí)間tp－峰值時(shí)間穩(wěn)定性：ts－調(diào)整時(shí)間Mp－超調(diào)量矛盾的統(tǒng)一體：快速性與穩(wěn)定性最佳二階系統(tǒng)：ζ＝0.7072022/11/1134二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及時(shí)域指標(biāo)快速性2022/11/18130二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及時(shí)域指標(biāo)tr、tp、ts小——快速；ts、Mp小——穩(wěn)定；|y()-1|小，即ess小——穩(wěn)態(tài)誤差小，精確。2022/11/1135二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)及時(shí)域指標(biāo)tr、2022/11/18131描述系統(tǒng)特性的指標(biāo)快速性是希望被控量迅速達(dá)到設(shè)定值；穩(wěn)定性是指被控量不發(fā)生大幅度、長(zhǎng)時(shí)間的振蕩，即使有小幅振蕩也應(yīng)盡快衰減至零；如果系統(tǒng)被控量與設(shè)定值之間的誤差較小，就說(shuō)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性較好，或精度高。上述三類特性均可用階躍響應(yīng)曲線的特征定量地表示，稱為系統(tǒng)的時(shí)域指標(biāo)。tr、tp、ts小——快速；ts、Mp小——穩(wěn)定；y(∞)-1小——穩(wěn)態(tài)誤差ess（也稱靜差、偏差）小，準(zhǔn)確性好。2022/11/1136描述系統(tǒng)特性的指標(biāo)快速性是希望被控量2022/11/18132參數(shù)集、指標(biāo)集之間的關(guān)系元器件部件參數(shù)電阻、電容、電感、熱阻、熱容、放大倍數(shù)、傳動(dòng)比等標(biāo)準(zhǔn)形式方程中的參數(shù)時(shí)間常數(shù)、阻尼比、自然振蕩頻率等系統(tǒng)特性指標(biāo)上升時(shí)間、峰值時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差、絕對(duì)誤差積分、功耗積分等系統(tǒng)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)用解析模型容易進(jìn)行系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)2022/11/1137參數(shù)集、指標(biāo)集之間的關(guān)系元器件部件參2022/11/18133一些復(fù)雜的解析模型例子龍門吊系統(tǒng)（吊裝中集裝箱的運(yùn)動(dòng)）仿生機(jī)器昆蟲（六足行走、跳躍）、機(jī)器魚（艏向擺動(dòng)）、關(guān)節(jié)式機(jī)器人輪式機(jī)器人足球球員6-dof(Stewart)平臺(tái)磁懸浮軸承、磁懸掛天平（取代風(fēng)洞模型支架）多級(jí)倒立擺復(fù)擺城市擴(kuò)張流行病傳播生物種群規(guī)模2022/11/1138一些復(fù)雜的解析模型例子龍門吊系統(tǒng)（吊2022/11/18134難以建立解析模型的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)例子不規(guī)則物體下落軌跡、姿態(tài)（樹葉、航天返回艙？）不規(guī)則物體磁懸浮姿態(tài)吊裝中集裝箱的運(yùn)動(dòng)石油化工中某些原油煉化過(guò)程油田產(chǎn)量生態(tài)系統(tǒng)人體運(yùn)動(dòng)，如騎自行車某些材料的成分、微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的關(guān)系2022/11/1139難以建立解析模型的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)例子不規(guī)則系統(tǒng)仿真systemsimulation自然界都是相似的——萊布尼茲系統(tǒng)仿真systemsimulation2022/11/18136系統(tǒng)仿真例作戰(zhàn)模擬導(dǎo)彈對(duì)抗（導(dǎo)彈攔截導(dǎo)彈）空間預(yù)警信息處理系統(tǒng)水聲通信系統(tǒng)大型動(dòng)力機(jī)械運(yùn)行（汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、水輪機(jī)、風(fēng)機(jī)）艦船推進(jìn)系統(tǒng)龍門吊系統(tǒng)機(jī)器蟲、機(jī)器魚大型化工、電力系統(tǒng)運(yùn)行水庫(kù)、運(yùn)河調(diào)度油田產(chǎn)量道路交通流飛機(jī)、艦船、坦克駕駛訓(xùn)練虛擬現(xiàn)實(shí)（電子游戲、游樂(lè)場(chǎng)地震）利益沖突各方的博弈競(jìng)拍、洗錢、惡意透支2022/11/1141系統(tǒng)仿真例作戰(zhàn)模擬大型化工、電力系統(tǒng)2022/11/18137相似性原理相似概念的推廣：幾何相似、物理相似。兩個(gè)對(duì)象相似，表現(xiàn)為模型相似。相似性原理的一種表述：具有相似（同）模型的系統(tǒng)有相似的特性。在兩個(gè)系統(tǒng)之間可以存在相似元件、相似變量。相似系統(tǒng)：模型相似的系統(tǒng)。代數(shù)中，同構(gòu)、同倫2022/11/1142相似性原理相似概念的推廣：幾何相似、2022/11/18138相似性例力學(xué)系統(tǒng)電路系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)液位系統(tǒng)感性儲(chǔ)能元件彈簧電感流體慣量容性儲(chǔ)能元件質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電容熱容量液容耗能元件摩擦阻尼電阻熱阻液阻2022/11/1143相似性例力學(xué)系統(tǒng)電路系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)液2022/11/18139系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真是以相似性原理為理論基礎(chǔ)，以各種物理效應(yīng)設(shè)備、器材為依托，利用易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模擬實(shí)際系統(tǒng)或設(shè)想系統(tǒng)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究。優(yōu)點(diǎn)：具有可控性、無(wú)/少破壞性、可重復(fù)，因而經(jīng)濟(jì)、安全，受場(chǎng)地環(huán)境等條件限制??；有些系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)昂貴、風(fēng)險(xiǎn)高，有些實(shí)際系統(tǒng)不允許做實(shí)驗(yàn)，因此仿真成為現(xiàn)在工程技術(shù)研究中的重要方法。2022/11/1144系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真是以相似性原理為理論2022/11/18140仿真的類型物理仿真：基于物理相似性、幾何相似性，使用實(shí)際系統(tǒng)尺寸上放大或者縮小的相似體，如沙盤作業(yè)、流域模型、風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、DIDO板等；數(shù)學(xué)仿真：基于相同的模型基于模擬量的仿真：利用數(shù)學(xué)模型相同，但成本較低、易于實(shí)現(xiàn)的另一種系統(tǒng)來(lái)模擬實(shí)際對(duì)象；數(shù)字仿真：用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型、產(chǎn)生激勵(lì)，模擬系統(tǒng)的響應(yīng)。多用于驗(yàn)證系統(tǒng)原理、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的正確性及可行性，如大氣環(huán)流、電網(wǎng)潮流、物流網(wǎng)絡(luò)、戰(zhàn)術(shù)模擬系統(tǒng)等。2022/11/1145仿真的類型物理仿真：基于物理相似性、2022/11/18141很多工程領(lǐng)域有專用仿真軟件軟件名稱特點(diǎn)電子系統(tǒng)Multisim(EWB)Psipce電子系統(tǒng)的仿真，包括模電、數(shù)電、微電子等。機(jī)械系統(tǒng)3D建模軟件Pro/E、UG、Solidworks、Solidedge、CATIA等可以進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的碰撞、聯(lián)動(dòng)等仿真，有些還可以機(jī)械仿真加工過(guò)程。虛擬樣機(jī)軟件ADAMS機(jī)電系統(tǒng)的仿真：從原理上仿真機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，機(jī)械：機(jī)構(gòu)的運(yùn)行，控制。綜合仿真工具M(jìn)atlab保護(hù)有各種Toolbox，可以仿真各種系統(tǒng)。2022/11/1146很多工程領(lǐng)域有專用仿真軟件軟件名稱特2022/11/18142一階系統(tǒng)的仿真輸入輸出之間關(guān)系2022/11/1147一階系統(tǒng)的仿真輸入輸出之間關(guān)系RC接采集卡CN2訓(xùn)練接線圖RC接采集卡CN2訓(xùn)練接線圖2022/11/18144訓(xùn)練內(nèi)容一階系統(tǒng)時(shí)域分析利用一階仿真系統(tǒng)研究一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)；C=100μF，R1=5KΩ，R2=50KΩ；運(yùn)行演示程序，輸出10V階躍信號(hào)，在顯示器屏幕上觀察輸入輸出波形；在程序界面上選用“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式”，將工控機(jī)采入的數(shù)據(jù)生成文件，用適當(dāng)?shù)奈募４嬗涗浀降臄?shù)據(jù)。注意事項(xiàng):1.每次測(cè)試前應(yīng)使電容放電

2.電解電容的正負(fù)極正確連接2022/11/1149訓(xùn)練內(nèi)容一階系統(tǒng)時(shí)域分析2022/11/18145_+CRf

_+R1RR_+CR_+RR_+RR_+RRR二階系統(tǒng)的物理仿真121：A=-1的反相放大器，ui=-uo2：積分電路，33：A=-1的反相放大器，ui=-uo44：A=-1的反相放大器，ui=-uo55：反相放大器，66：加法器2022/11/1150_CRf_R1RR_CR_RR_二階系統(tǒng)的物理仿真(續(xù))二階系統(tǒng)的物理仿真(續(xù))訓(xùn)練接線圖接采集卡CN2直流穩(wěn)壓電源改變?chǔ)浦涤?xùn)練接線圖接采集卡CN2直流穩(wěn)壓電源改變?chǔ)浦?022/11/18148訓(xùn)練內(nèi)容二階系統(tǒng)時(shí)域分析利用有源二階系統(tǒng)電路板仿真系統(tǒng)研究二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線；在四種不同ζ值的情況下分別測(cè)試；運(yùn)行演示程序，輸出5V階躍信號(hào)，在顯示器屏幕上觀察輸入輸出波形；在程序界面上選用“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式”，將工控機(jī)采入的數(shù)據(jù)生成文件，用適當(dāng)?shù)奈募４嬗涗浀降臄?shù)據(jù)。注意：四種不同ζ值由電路板板卡跳線實(shí)現(xiàn)2022/11/1153訓(xùn)練內(nèi)容二階系統(tǒng)時(shí)域分析2022/11/18149物理仿真編程實(shí)現(xiàn)使用編寫好的程序，在其中加以修改：目錄：E:\第二層次\DRAWINGC.C目錄：E:\第二層次\Control_d.C2022/11/1154物理仿真編程實(shí)現(xiàn)使用編寫好的程序，在2022/11/18150訓(xùn)練內(nèi)容一階系統(tǒng)時(shí)域分析二階系統(tǒng)時(shí)域分析要求：利用DRAWINGC.C或者Control_d.C程序可以觀察不同輸入(不同幅值的階躍、正弦、方波等)下一階和二階系統(tǒng)的響應(yīng)情況，請(qǐng)人為改變控制輸出u，即系統(tǒng)輸入ui，觀察系統(tǒng)輸出情況。注意：采樣周期的選擇。2022/11/1155訓(xùn)練內(nèi)容一階系統(tǒng)時(shí)域分析2022/11/18151

DRAWINGC.C程序說(shuō)明需要調(diào)用的子函數(shù)：draw_curve(pointsx,pointsy,points_num,max_v,ifdrawdash);double*pointsx,*pointsy,max_v;intpoints_num,ifdrawdash;auto_initgraph();DA(intchannel,intvout);intAD(intchannel);2022/11/1156DRAWINGC.C程序說(shuō)明需要調(diào)2022/11/18152給系統(tǒng)激勵(lì)信號(hào)!DRAWINGC.C程序說(shuō)明main(){inti,t,da_out;doublex[200],y[200];t=0;da_out=(int)(1.0/10.0*4095);

//送階躍電壓1VDA(1,da_out);2022/11/1157給系統(tǒng)激勵(lì)信號(hào)!DRAWINGC.C2022/11/18153DRAWINGC.C程序說(shuō)明for(i=0;i<200;i++){x[i]=i;

//采集

y[i]=AD(10)/4095.0*20.0-10.0;delay(t);//延時(shí)}當(dāng)輸入是隨時(shí)間變化的激勵(lì)信號(hào),需要放置在for循環(huán)里,例如提供一個(gè)正弦激勵(lì)信號(hào),觀察其響應(yīng)情況.2022/11/1158DRAWINGC.C程序說(shuō)明for(2022/11/18154DRAWINGC.C程序說(shuō)明

//初始化圖像設(shè)備

auto_initgraph();

//畫圖

draw_curve(x,y,200,10.0,1);getch();closegraph();//關(guān)閉圖像設(shè)備}2022/11/1159DRAWINGC.C程序說(shuō)明2022/11/18155DRAWINGC.C程序修改說(shuō)明初始化程序中增加路徑說(shuō)明:initgraph(&gd,&mode,“E:\\Turboc2.0");DA子函數(shù)中:outportb(Base+4+(port-1)*2,low);outportb(Base+5+(port-1)*2,high);主函數(shù)中for循環(huán)之前添加電壓輸出

da_out=(int)(1.0/10.0*4095);DA(1,da_out);主函數(shù)中for循環(huán)之后使輸出為零:DA(1,0);根據(jù)實(shí)際情況改變延遲時(shí)間t2022/11/1160DRAWINGC.C程序修改說(shuō)明初始2022/11/18156DRAWINGC.C程序修改說(shuō)明確定路徑正確：E:\\Turboc2.0；DA子函數(shù)中寄存器地址正確：通道1對(duì)應(yīng)寄存器地址為Base+4和+5；通道2對(duì)應(yīng)寄存器地址為Base+6和+7；調(diào)用DA子函數(shù)：DA(port，Data)；延遲時(shí)間t的選擇恰當(dāng)；電容放電。2022/11/1161DRAWINGC.C程序修改說(shuō)明確定2022/11/18157Control_d.c程序說(shuō)明Control_d程序位于E:\\第二層次；程序運(yùn)行出現(xiàn)初始化錯(cuò)誤，需要改變程序內(nèi)初始化圖像路徑，E:\\Turboc2.0；如需修改程序，將其另存后再改，嚴(yán)禁修改源程序。2022/11/1162Control_d.c程序說(shuō)明Con2022/11/18158Control_d.c程序說(shuō)明voidgraph_r(