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在Simulink中建立模型求解线性平移系统的受力方程

时间:2023-11-15 浏览:420 分类:其他代写代做

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有一如下线性平移系统的受力方程。其中,M=2kg,b=15 N s/m,b2=40 N s/m, K=20 N/m。
要求:
(1)f(t)为输入,y为输出,推导其传递函数,并在Simulink中建立模型;当F=10N时,求输出y,的值
(2)在Simulink中分别建立纯比例、纯积分以及纯微分的单位负反馈控制模型,在单位阶跃输入下分别取不同的比例、积分、微分系数,总结三个系数对系统响应的影响规律;在Simulink中建立PID单位负反馈控制系统,分析控制系统稳定性的条件,对PID参数进行整定,对阶跃响应下的系统时域性能指标进行求解分析;绘制PID校正下的开环系统Bode图,分析其频域特性。
(3)优化PID参数,将Simulink控制系统转为C语言。

这是一个复杂的问题,涉及到线性系统的传递函数推导、Simulink模型建立、控制系统设计与分析等多个方面的知识。由于篇幅有限,我将为您提供一个简要的指导,供您参考和深入学习。

首先,给定的线性平移系统受力方程为: [ M\ddot{y} + b\dot{y} + b_2\dot{y} + Ky = f(t) ]

(1) 传递函数推导及Simulink模型建立: 通过拉普拉斯变换和求解,可以得到系统的传递函数。传递函数为: [ G(s) = \frac{Y(s)}{F(s)} = \frac{1}{Ms^3 + (b+b_2)s^2 + Ks} ] 然后,在Simulink中建立该系统的模型,使用Transfer Function Block搭建传递函数模型,输入为f(t),输出为y(t)。在Simulink中可以使用Scope Block来查看系统的时域响应,或者使用Bode Plot Block来查看频域特性。

(2) 纯比例、纯积分、纯微分控制器模型建立及影响规律分析: 在Simulink中,可以分别建立纯比例、纯积分和纯微分的单位负反馈控制模型。通过调节比例、积分、微分系数,观察系统的阶跃响应,总结三个系数对系统响应的影响规律。

对于PID控制器,需要分析控制系统的稳定性条件,进行参数整定,并对系统的时域性能指标进行求解分析。可以使用Simulink中的PID Controller Block来建立PID控制系统,并通过调节PID参数来观察系统的响应。

(3) 优化PID参数,将Simulink控制系统转为C语言: 在Simulink中优化PID参数后,可以使用Simulink Coder 工具箱将控制系统转换为C语言代码。这样可以实现对控制系统的嵌入式实现或者其他应用。



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