动力系统建模与仿真-讲稿三(续2).pptVIP

* 关于所用非线性环节的说明： 综合放大器与电液转换器间饱和非线性环节：－1到＋1； 辅助接力器（或中间接力器）输出的饱和非线性环节：－0.44到＋0.44; 主配压阀的搭叠量引起的死区非线性 : +/-3.3%; 主接力器输出端的饱和非线性: 0到1。 搭建该系统结构图与建立线性系统仿真结构图的过程是完全类似的，所不同的仅仅是需在非线性元件库下拖出相应的非线性元件而已。其SIMULINK仿真模型如图4－6－3所示（m4_6_2）。另外，还有几点需要说明的是： 图中的信号源部分使用了2个阶跃信号源； 积分器已与限幅器（饱和元件）集成到一起； 使用了一个mux元件将要观察的信号合成到一起。 其结果处理程序如图4－6－4所示(m4_6_3) ，其仿真结果如图4－6－5。 * 从图中可以看出，当系统引入非线性环节后，系统仍然是稳定的，且其输出响应保持了单调过程。但显而易见的是，由于受到饱和非线性的影响，接力器的最大运动速度受到限制，从而，使整个响应过程变慢。 3. 带有非线性环节和高阶环节的随动系统仿真 由上面的分析可见，对于一个稳定的电液随动系统简单线性模型，饱和非线性和死区非线性不足以造成系统质的变化。为使仿真更近于真实情况，显然对系统中的液压放大元件使用相对较为准确的高阶模型是十分必要的。 这里，我们仅以主接力器为例。设主接力器的输入为（主配压阀的位移）S，主接力器活塞的输出位移为Y。由液压控制系统理论，当动力元件所带的负载（主要是水轮机的导水叶或轮叶的水力矩）惯性很大，可以认为是无弹性的负载。 * 在这种情况下，动力元件的传递函数可以表达为一个积分环节与一个二阶环节的串联： ωz－主接力器的液压固有频率 ξz－接力器的液压阻尼比 KZJ/S－原简单模型 其中液压阻尼比ξz表达了该动力元件的稳定性，它的取值通常与总压力流量系数，油液的弹性模数，总负载质量及总压缩容积有关。一般来说，当较大时，如大于0.7时，该二阶环节对系统的稳定性影响不大。但遗憾的是，一般液压元件的阻尼比通常很小，约为0.1--0.3。 ωz对系统的影响不大，主要与速动性相关，而速动性主要取决于对接力器运动速度的限制。 * 同理，对于由电液转换器和辅助接力器（或中间接力器）所构成的中间放大级也可用同样的模型来描述： 参考某实际电液随动系统，在下面的仿真中，我们取 系统结构框图如图4－6－6所示。该系统用于仿真的SIMULINK模型如图4－4－7（m4_6_4）所示。当输入阶跃信号由0.4跃变为0.6，再由0.6跃变为0.4时，系统的响应如图4－6－8所示(m4_6_5)。 从另一个角度来说，也证明了按简单线性模型和仅带有非线性环节的模型设计的系统对实际问题的描述是有缺陷的。 * 3.5.7 一个完整的水轮机调节系统仿真实例 在前面的小节中，我们介绍了用SIMULINK分别对水轮机调节系统（线性模型）和调节系统中的随动系统（带有非线性环节）进行仿真的基本方法。在本小节中，我们将在此基础上给出一个整体的水轮机调节系统实例。并通过此例，使大家能够进一步了解SIMULINK的一些先进特性。 1. 用封装的办法来定制新模块 在SIMULINK环境下构造大型控制系统方框图时，如果把系统中的每个元件都显示出来，就会遇到空间不够的问题，往往整整一屏都放不下系统方框图的某个局部。例如，如果我们将上面介绍的线性化的水轮机调节系统和随动系统放到一起就可能存在这个问题。如果要在该系统上实现更深入的研究，比如实现模糊控制或神经网络控制，可能矛盾更加突出。解决这个问题的办法就是将实现某一功能的各个元件组合封装起来，形成一个子系统(Subsystem)。整个子系统只占用一个元件大小的位置，可以有效 * 节省空间。并且，将相关的元件组成一个子系统，还可以使系统的结构更加清晰。从外特性上来说，封装后的子系统和普通的元件没有什么太大的区别，同样可以设置参数，通过输入端和输出端与其他的元件相连接。此外，还可以设置子系统的名称和图标，给出子系统的描述和帮助信息。事实上，封装子系统就相当于建立自己的元件，完成特定的功能。 例：考虑水轮机调节系统线性模型方框图中的 PID调节器（m4_7_1），试构造该模块的子系统，要求能够设置PID和饱和非线性参数，并给出帮助信息。 分析：从图中PID调节器的结构来看，封装后的子系统应该有一个输入端，一个输出端，6个参数。这6个参数分别是：软反馈时间常数Td，软反馈强度bt（暂态转差系数），微分时间常数Tn，硬反馈强度bp（永态转差系数）和积分器输出上限U和下限L。因此，构造完的子