飞行器系统仿真

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飞行器动力系统的动态仿真与分析

飞行器动力系统的动态仿真与分析

飞行器动力系统的动态仿真与分析在当今航空航天领域的快速发展中,飞行器动力系统的性能和可靠性至关重要。

为了更好地理解和优化飞行器动力系统,动态仿真与分析技术成为了不可或缺的工具。

飞行器动力系统是一个复杂的系统,它包括了发动机、燃料供应系统、传动系统、排气系统等多个部分。

这些部分相互作用,共同决定了飞行器的动力性能、燃油效率、可靠性以及排放特性等关键指标。

动态仿真技术通过建立数学模型和物理模型,模拟飞行器动力系统在各种工况下的运行情况。

这些模型基于物理学原理、流体力学、热力学等知识,能够准确地反映系统的动态特性。

在建立模型时,需要考虑众多因素。

例如,发动机内部的燃烧过程涉及到复杂的化学反应和能量转换,需要精确的模型来描述燃料的燃烧速率、火焰传播速度以及燃烧产物的生成等。

同时,气体在涡轮和压气机中的流动也需要基于流体力学原理进行建模,考虑流速、压力、温度等参数的变化。

对于燃料供应系统,需要考虑燃料的流量控制、压力调节以及喷射特性等。

传动系统的建模则要考虑齿轮的传动比、扭矩传递以及摩擦损失等因素。

排气系统的模型则要关注气体的排放速度、温度和压力的变化,以及对飞行器阻力的影响。

通过动态仿真,可以在设计阶段就对飞行器动力系统的性能进行预测和评估。

例如,可以分析不同飞行速度和高度下发动机的推力输出、燃油消耗率以及尾气排放情况。

这有助于设计人员在早期发现潜在的问题,并进行针对性的改进和优化。

此外,动态仿真还可以用于故障诊断和预测。

通过模拟系统在各种故障情况下的运行表现,可以制定相应的故障诊断策略和维修计划。

同时,基于历史运行数据的仿真分析,可以预测系统未来可能出现的故障,提前采取预防措施,提高系统的可靠性和可用性。

在实际应用中,动态仿真技术还可以与实验研究相结合。

实验研究可以提供真实的物理数据,用于验证和校准仿真模型。

而仿真则可以在实验条件受限或成本过高的情况下,提供更广泛的工况分析和预测。

然而,飞行器动力系统的动态仿真也面临一些挑战。

飞行器动力系统仿真设计方法综述和改进方案介绍

飞行器动力系统仿真设计方法综述和改进方案介绍

飞行器动力系统仿真设计方法综述和改进方案介绍动力系统是飞行器的关键组成部分之一,对飞行器的性能和安全性具有重要影响。

如何有效地进行动力系统的设计和优化是当前飞行器研发领域的热点问题之一。

本文将介绍飞行器动力系统的仿真设计方法的现状,以及一些改进方案。

一、飞行器动力系统仿真设计方法综述1. 机理模型法机理模型法是飞行器动力系统仿真设计的一种基本方法。

它以数学模型来描述飞行器动力系统的工作原理和特性。

通过建立数学关系,可以预测动力系统的性能、燃烧过程以及其它相关参数。

这种方法具有较高的精确度,可以提供详尽的仿真结果,为飞行器动力系统的设计和优化提供了可靠的依据。

2. 传统优化算法传统优化算法如遗传算法、粒子群算法等被广泛应用于飞行器动力系统的仿真设计中。

这些算法通过对动力系统的不同参数进行变异和组合,搜索最优的设计方案。

传统优化算法相对简单易实现,但在面对复杂的多参数优化问题时效率较低。

3. 基于人工智能的优化算法近年来,随着人工智能技术的快速发展,一些基于深度学习和强化学习的优化算法在飞行器动力系统的仿真设计中获得了广泛关注。

这些算法通过自主学习和适应性调整,可以更高效地搜索最优设计方案。

然而,这些算法需要大量的数据支持和计算资源,实际应用面临一定的挑战。

二、改进方案介绍1. 建立动力系统模型的精确度提升针对机理模型法中数学模型的不足,可以通过提高模型的精确度来提升仿真结果的准确性。

可以采用更复杂的物理模型和实验数据来验证模型的可靠性,同时结合实际测试数据进行校正,以获得更准确的仿真结果。

2. 算法改进和混合优化方法传统优化算法在面对复杂多参数的优化问题时效率较低。

可以通过改进算法,如引入自适应权重、动态调整变异因子等,提高算法的搜索效率。

另外,可以将不同的优化算法进行混合使用,充分发挥各自的优点,从而更好地解决动力系统的多参数优化问题。

3. 结合人工智能技术的创新结合人工智能技术如深度学习、强化学习等,可以为飞行器动力系统的仿真设计提供创新的思路。

一体化飞行器在线模拟飞行仿真系统设计

一体化飞行器在线模拟飞行仿真系统设计

一体化飞行器在线模拟飞行仿真系统设计随着航空技术的发展和普及,航空模拟器的重要性日益凸显。

一体化飞行器在线模拟飞行仿真系统的设计成为了提高航空训练效果的关键。

本文将探讨一体化飞行器在线模拟飞行仿真系统的设计原理、功能模块和技术要点。

一、系统设计原理一体化飞行器在线模拟飞行仿真系统的设计原理是通过计算机技术模拟真实飞行环境,使飞行员能够在地面上进行仿真飞行训练。

其核心思想是将真实的飞行器和操作控制界面与计算机模拟系统相连接,实现真实飞行环境的准确再现。

二、功能模块1. 飞行模块飞行模块是一体化飞行器在线模拟飞行仿真系统的核心,模拟真实飞行器的各项参数和飞行特性。

通过对飞行器的姿态、加速度、速度等参数进行准确模拟,实现飞行员在地面上体验真实飞行操作。

2. 环境模块环境模块模拟了飞行器所处的环境,包括天气条件、地形地貌和空中障碍物等。

通过对环境参数的准确模拟,使飞行员能够在虚拟环境中面对各种复杂的飞行情况,提高应对突发事件能力。

3. 仪表模块仪表模块模拟了真实飞行器的各种仪表,包括高度表、速度表、航向指示器等。

通过对仪表的精确模拟,实现飞行员在地面上进行各类标准飞行操作和仪表飞行训练。

4. 控制模块控制模块提供了飞行器的操作控制界面,包括操纵杆、脚踏板和按钮等。

通过对控制模块的准确模拟,使飞行员能够在地面上进行各类飞行动作和操作,并实现对飞行器的精确操控。

三、技术要点1. 图形渲染技术一体化飞行器在线模拟飞行仿真系统需要实时渲染复杂的三维场景和飞行器模型。

采用先进的图形渲染技术,如OpenGL或DirectX,能够实现逼真的场景渲染和模型绘制,提高仿真飞行效果的真实感。

2. 物理模拟技术飞行器的飞行特性需要进行准确的物理模拟,包括重力、气动力、惯性等。

采用高精度的物理模拟算法,能够实现真实飞行特性的准确模拟,提高飞行仿真系统的逼真程度。

3. 数据传输技术一体化飞行器在线模拟飞行仿真系统需要实现飞行数据的实时传输。

某型飞行器自动驾驶控制系统设计与仿真

某型飞行器自动驾驶控制系统设计与仿真

某型飞行器自动驾驶控制系统设计与仿真1. 引言随着科技的飞速发展,无人驾驶技术成为了现实。

某型飞行器的自动驾驶控制系统设计与仿真成为了研究的热点。

本文将介绍某型飞行器自动驾驶控制系统的设计原理以及仿真模拟的过程。

2. 自动驾驶控制系统的设计原理自动驾驶控制系统的核心是感知、决策和控制三个模块,通过感知环境、决策路径以及控制飞行器的动作,实现自主飞行。

具体来说,自动驾驶控制系统包括传感器、处理器、算法和执行器四个主要部分。

2.1 传感器传感器是自动驾驶控制系统中非常重要的组成部分,它能够以无线电、激光、红外线等方式感知飞行器周围的环境信息。

常见的传感器有雷达、摄像头和红外线传感器等。

传感器能够获取飞行器前方的障碍物、地形、气象等信息,为后续的决策提供准确的数据。

2.2 处理器处理器是自动驾驶控制系统的核心,它负责接收传感器的信息并进行处理。

处理器使用高性能的芯片,能够实时地分析传感器数据并生成相应的控制指令。

处理器还会根据预先设定的算法判断飞行器当前的状态,包括位置、速度、姿态等。

2.3 算法算法是自动驾驶控制系统的灵魂,它能够根据传感器和处理器的数据,进行路径规划、避障、自适应等多种决策。

算法可以分为基于规则的算法和基于机器学习的算法。

基于规则的算法通过预设的规则来进行决策,而基于机器学习的算法则能够通过大量的数据训练,自动调整参数以实现更精准的控制。

2.4 执行器执行器是自动驾驶控制系统的最终实现部分,它能够根据处理器生成的控制指令,实现飞行器的动作。

常见的执行器有机械臂、电机、舵机等。

执行器能够精确地控制飞行器的姿态、速度以及飞行方向。

3. 仿真模拟的过程为了验证自动驾驶控制系统的设计效果,我们需要进行仿真模拟。

仿真模拟可以在电脑上进行,减小了开发成本和风险。

下面将介绍某型飞行器自动驾驶控制系统的仿真模拟过程。

3.1 建立仿真环境首先,我们需要建立一个仿真的飞行环境。

这可以通过使用计算机图形学的技术来实现。

四轴飞行器运动控制系统设计和仿真

四轴飞行器运动控制系统设计和仿真

四轴飞行器运动控制系统设计和仿真随着科技的发展,四轴飞行器这种机器在日常生活中变得越来越常见。

从无人机的航拍、救援到消防,四轴飞行器的应用越来越广泛。

但是,控制飞行器的姿态和运动依然是一个挑战。

这里将对四轴飞行器的运动控制系统进行设计和仿真。

1. 系统分析先对四轴飞行器进行简单的系统分析。

四轴飞行器有四个电机,每个电机都有一个螺旋桨。

通过改变电机的转速和螺旋桨的旋转方向,可以控制飞行器的姿态和运动。

四轴飞行器有三个自由度的旋转运动,分别是偏航、俯仰和横滚,还有三个自由度的平移运动,分别是上下、左右和前后。

控制这些运动需要一个运动控制系统。

运动控制系统分为两部分:飞行器的传感器和飞行控制器。

传感器用于测量飞行器的状态,例如角速度、角度和线性加速度等。

飞行控制器根据传感器的数据进行控制,以达到控制飞行器运动的目的。

2. 控制算法运动控制系统的重点在于控制算法。

幸运的是,我们可以使用开源的四轴飞行控制器(例如 Pixhawk 和 APM)来控制飞行器。

这些控制器具有成熟的控制算法,可实现飞行器的稳定飞行和自动飞行。

在四轴飞行器的运动控制中,最重要的算法是控制飞行器的姿态。

姿态控制是通过测量三个轴上的角度和角速度实现的。

姿态控制经常使用 PID 控制器。

PID 控制器使用比例、积分和微分三个控制项来控制飞行器的姿态。

3. 系统设计接下来,我们将设计一个四轴飞行器的运动控制系统。

这里主要讨论的是控制器的硬件和软件设计。

3.1 硬件设计飞行控制器通常使用 Arduino 或者其他类似的微控制器。

这些微控制器轻便、可编程并且能够进行必要的计算。

除了微控制器,飞行控制器还应该包含其他必要的硬件,例如传感器、接收器和电池等。

传感器是测量飞行器状态的重要组成部分。

飞行器通常使用加速度计、陀螺仪和罗盘。

加速度计可以测量飞行器在三个轴上的线性加速度,陀螺仪可以测量飞行器在三个轴上的角速度,罗盘可以测量飞行器的方向。

接收器则负责接收运动控制器发出的指令,例如俯仰、横滚和油门等。

飞行器导航系统仿真与优化研究

飞行器导航系统仿真与优化研究

飞行器导航系统仿真与优化研究在航空航天领域中,导航系统是至关重要的一个部分,尤其是对于飞行器而言。

在整个飞行过程中,导航系统能够为飞行员提供准确的位置信息,以确保航班的安全。

因此,导航系统的可靠性和准确性被认为是一项非常重要的考虑因素。

在当前技术水平下,仿真和优化技术已经成为了研究导航系统开发和设计的必要手段。

一、飞行器导航系统的基础飞行器导航系统是指通过各种方式获取飞行器的位置信息,以中心化地记录和分析,以保证飞行器在飞行中的位置和航向的准确性。

通俗的来说,导航系统就像是一个电子地图,它可以向飞行员提供当前的位置、航向等关键信息,并通过多种方式帮助飞行员进行巡航。

飞行器导航系统通常是由各种电子设备、传感器和计算机来完成的,例如惯性导航仪、卫星导航系统、自动定位系统等,它们可以根据不同的飞行环境和任务要求,提供适当的导航定位信息,以确保飞行器的安全和有效的操作。

二、飞行器导航系统的仿真技术飞行器导航系统的仿真技术是指通过计算机软件或硬件设备来模拟和测试导航系统的运行状态和性能,并以此为基础来做出决策和优化其性能。

这一技术的主要优点在于:通过仿真,可以在不浪费大量时间和金钱的情况下测试导航系统的性能,并确定和优化其设计。

在实践中,为了更好地进行导航系统的仿真和测试,研究人员通常会使用各种MATLAB/Simulink等仿真和建模工具。

这些工具拥有丰富的仿真库,可以对导航系统的各种算法进行快速测试和优化。

此外,研究人员还可以基于各种仿真和优化技术,开发出相应的导航系统模拟软件或仿真环境,以更好地理解导航系统的运行状态和性能。

三、飞行器导航系统优化技术基于上述仿真技术可以对导航系统进行测试和优化。

导航系统的优化技术是指通过模拟和数据分析,以提高其精度、稳定性和可靠性。

这一技术通常还涉及到机器学习和人工智能手段,以提高导航系统的自适应性和智能化程度。

其基本优点为:通过对导航系统的优化,以有效提高其性能和精度,从而减少了导航误差和位置漂移等问题的出现,为飞行员带来更大的安全和可靠性。

航天飞行器导航与控制系统设计与仿真

航天飞行器导航与控制系统设计与仿真

航天飞行器导航与控制系统设计与仿真导语:航天飞行器是现代科技的巅峰之作,它的导航与控制系统是其正常运行和控制的核心。

本文将探讨航天飞行器导航与控制系统的设计原理、关键技术以及仿真模拟的重要性。

一、航天飞行器导航与控制系统设计原理航天飞行器的导航与控制系统设计原理主要包括三个方面,即姿态控制、导航定位和轨迹规划。

1. 姿态控制:姿态控制是指通过控制飞行器的各种运动参数,使其保持稳定的飞行姿态。

对于航天飞行器来说,由于外部环境的复杂性和飞行任务的特殊性,姿态控制尤为重要。

常用的姿态控制方法包括PID控制、模型预测控制和自适应控制等。

2. 导航定位:导航定位是指通过测量飞行器的位置和速度等参数,确定其在空间中的位置。

现代航天飞行器的导航定位通常采用多传感器融合的方式,包括惯性导航系统、卫星定位系统和地面测控系统等。

其中,卫星导航系统如GPS、北斗系统等具有广泛应用。

3. 轨迹规划:轨迹规划是指根据航天飞行器的飞行任务和外部环境的要求,确定其飞行轨迹和航线。

航天飞行器的轨迹规划需要考虑多个因素,如飞行器的运动特性、飞行任务的要求、空间障碍物等。

二、航天飞行器导航与控制系统的关键技术航天飞行器导航与控制系统设计离不开一些关键技术的支撑,其中包括:1. 传感器技术:传感器技术是导航与控制系统的基础,可以通过传感器对飞行器的姿态、速度、位置等进行准确测量。

陀螺仪、加速度计、GPS接收机等传感器设备的精度和稳定性对导航与控制系统的性能有着重要影响。

2. 控制算法:姿态控制和导航定位需要高效的控制算法来实现。

PID控制算法是常用的姿态控制方法,模型预测控制和自适应控制等算法则在一些特殊应用中得到了广泛应用。

对于导航定位,卡尔曼滤波和粒子滤波等算法可以很好地利用多传感器信息进行位置估计。

3. 轨迹规划算法:航天飞行器的轨迹规划需要考虑多个因素,如安全性、能耗等。

基于遗传算法和优化算法的轨迹规划方法可以在不同的约束条件下求解最优解。

飞行器姿态控制系统设计及仿真

飞行器姿态控制系统设计及仿真

飞行器姿态控制系统设计及仿真随着科技的不断进步,航空事业也不断发展,作为航空事业的重要组成部分,飞行器的姿态控制技术日益成熟。

飞行器姿态控制系统是飞行器的重要管理系统,是保障飞行人员生命安全的核心系统,也是能否完成某些复杂飞行任务的关键所在。

本文着重探讨飞行器姿态控制系统的设计和仿真,旨在为相关领域的研究工作者提供一些有价值的思路和经验。

一、姿态控制系统的基本原理飞行器的姿态控制系统是一种可以通过控制飞行器的各个部件,确保飞行器稳定飞行的系统。

姿态控制系统的基本原理是通过感知飞行器当前的姿态信息,然后对其进行处理和分析,通过控制飞行器各个部件的运动,从而实现飞行器的稳定飞行。

姿态控制系统的核心组成部分为姿态传感器、姿态计算机、执行器等。

二、姿态传感器的选择和使用姿态传感器作为姿态控制系统的重要组成部分,对于飞行器姿态控制系统的精确度和鲁棒性有着至关重要的作用。

姿态传感器常用的有陀螺仪、加速度计、气压计等。

陀螺仪根据机械的角动量守恒原理来感知飞行器的旋转角速度,加速度计可以检测飞行器的加速度从而计算出位置信息,气压计可以检测飞行器高度信息。

在使用姿态传感器时,需要结合飞行器的实际情况,合理选择和使用传感器。

对于不同类型的飞行器,需要根据其特点和需求来进行姿态传感器的选择和使用。

同时,由于飞行器飞行环境的变化和飞行器自身的干扰等问题,姿态传感器的噪声和误差问题也需要重视和解决。

三、姿态控制算法的研究与应用姿态控制算法是实现姿态控制系统的一个关键环节,主要包括模型预测控制、自适应控制、PID控制等。

姿态控制算法的选择和应用需要根据飞行器的特性、控制要求、计算能力及实现难度等因素进行综合考虑。

1. 模型预测控制模型预测控制是一种将未来状态预测与控制器的计算相结合的控制方法,它可以有效解决姿态控制系统中的滞后问题。

但是,模型预测控制计算较为复杂,需要大量的计算资源,因此在实际控制中需要结合实际情况进行应用。

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《飞行器系统仿真与CAD 》学习报告第一部分仿真(40)题目1:给定导弹相对于目标的运动学方程组为q k q V q V q r q V q V r m m ,sin )sin(),cos(cosr(0) = 5km, q(0) = 60deg, (0) = 30deg,V = , V m = , 1Ma = 340m/s, k = 2 (1) 建立系统的方框图模型; (2) 用MATLAB 语言编写S —函数 (3) 用窗口菜单对(1), (2)进行仿真,动态显示结果; (4)用命令行对(1), (2)进行仿真,以图形显示结果答: (1)(2)用MATLAB 语言编写S 函数function [sys,x0,str,ts]=CAD1_sfun(t,x,u,flag) switch flag case 0[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; case 1sys = mdlDerivatives(t,x,u); case 3sys = mdlOutputs(t,x,u); case {2,4,9} sys = []; otherwiseerror('unhandled flag=',num2str(flag))endfunction [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes sizes=simsizes;=3;=0;=3;=0;=1;=1;sys=simsizes(sizes);str=[];x0=[5000,pi/3,pi/6];ts=[0 0];function sys=mdlDerivatives(t,x,u)vm=*340;v=*340;k=2;dx(1)=vm*cos(x(2))-v*cos(x(2)-x(3));dx(2)=(v*sin(x(2)-x(3))-vm*sin(x(2)))/x(1); dx(3)=k*dx(2);sys=dx;function sys=mdlOutputs(t,x,u)sys=x;调用S函数的模型框图(3)框图仿真结果:S函数仿真结果:(4)命令输入clear;clc[t x ] = sim('CAD1');hSimulink = figure();subplot(3, 1, 1);plot(t,x(:,1)); grid; ylabel('r'); subplot(3, 1, 2);plot(t,x(:,2)); 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K = 4; C = 100; g = ; miu = ;dx(1) = x(2);dx(2) = (sin(t)-K*x(1)-sign(x(2))*(C*x(2)*x(2)+miu*M*g))/M; dx = dx';仿真入口程:clc;clear;options = odeset('RelTol',1e-3,'AbsTol',[1e-5 5e-5]); [t x] = ode23(@CAD3odefun, 0::10, [0 0], options); hode23 = figure();set(hode23, 'NumberTitle', 'off', 'Name', 'Integrated by the ode23 solver',...'Units', 'Normalized', 'Position', [ ]); subplot(2, 1, 1);plot(t, x(:,1)); grid; ylabel('x'); subplot(2, 1, 2);plot(t, x(:,2)); grid; ylabel('dx/dt');仿真结果:问题4:给出一个系统, 要求生成一个新Simulink 模块,实现其功能(1)Mask 功能(2)s-函数yuy ly u u l u rK=1答:实现所需功能的S 函数 function [sys,x0,str,ts] =CAD01_04sfun_kernel(t,x,u,flag,ul,ur,yl ,yr)switch flag,case 0,[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;case 3,sys=mdlOutputs(t,x,u,ul,ur,yl,yr);case 9, sys=[]; endfunction[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizessizes = simsizes;= 0;= 0;= 1;= 1;= 1;= 1;sys = simsizes(sizes); x0 = [];str = [];ts = [0 0]; functionsys=mdlOutputs(t,x,u,ul,ur,yl,yr) if (u >= ur + yr)y = yr;elseif (u <= ul + yl)y = yl;elseif (u >ul + yl) && (u <ul)y = u - ul;elseif (u <ur + yr) && (u >ur)y = u - ur;elsey = 0;endsys = y;在Simulink中将调用S函数的模块进行封装参数传递及初始化用户界面:测试结果问问题5:已知系统A = [0 1; -1 -2], B = [1 0; 0 1], C = [1 0; 0 1], D = [0 0; 0 0], 求系统的状态空间方程(linmod),并分析系统的稳定性,练习仿真参数设置答:对模型进行线性化并分析稳定性clear; clc;[A B C D] = linmod('CAD5')ss0 = ss(A, B, C, D);hpz = figure();set(hpz, 'NumberTitle', 'off', 'Name', 'Pole-zero map of the linmod system');pzmap(ss0);sgrid;[row col] = size(A);P = lyap(A, eye(row));for i = 1:rowsubdet(i) = det(P(1:i,1:i));endsubdet系统零极点图:存在正实部的极点,系统不稳定。

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