!基于Simulink的控制系統(tǒng)建模與仿真

1、基于基于Simulink的控制系統(tǒng)建模與仿真的控制系統(tǒng)建模與仿真例例1 強(qiáng)制阻尼二階系統(tǒng)強(qiáng)制阻尼二階系統(tǒng) 考慮如圖所示強(qiáng)制阻尼二階系統(tǒng)。圖中，小車所受外力考慮如圖所示強(qiáng)制阻尼二階系統(tǒng)。圖中，小車所受外力為為F，小車位移為，小車位移為x。設(shè)小車質(zhì)量。設(shè)小車質(zhì)量m=5，彈簧彈性系數(shù)，彈簧彈性系數(shù)k=2，阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)f=1。設(shè)系統(tǒng)的初始狀態(tài)為靜止在平衡點(diǎn)處，外力函。設(shè)系統(tǒng)的初始狀態(tài)為靜止在平衡點(diǎn)處，外力函數(shù)為幅值為數(shù)為幅值為1的階躍量。仿真此小車系統(tǒng)的運(yùn)動。的階躍量。仿真此小車系統(tǒng)的運(yùn)動。mFxfk建模：建模： 根據(jù)牛頓第二定律，小車受彈簧的彈性力、根據(jù)牛頓第二定律，小車受彈簧的彈性力、阻尼器的

2、阻尼力、加速度力，運(yùn)動方程如下：阻尼器的阻尼力、加速度力，運(yùn)動方程如下： 例例exm1。xxtuxFtuFxxxFkxx fxm4 . 02 . 0)(2 . 0)(2 . 04 . 02 . 0 例例2 蹦極跳系統(tǒng)蹦極跳系統(tǒng) 蹦極跳是一種挑戰(zhàn)身體極限的運(yùn)動，蹦極者系蹦極跳是一種挑戰(zhàn)身體極限的運(yùn)動，蹦極者系著一根彈力繩從高處的橋梁或山崖等向下跳。在下著一根彈力繩從高處的橋梁或山崖等向下跳。在下落的過程中，蹦極著幾乎處于失重狀態(tài)。應(yīng)用落的過程中，蹦極著幾乎處于失重狀態(tài)。應(yīng)用Simulink對蹦極跳系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。對蹦極跳系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。建模：建模： 根據(jù)牛頓運(yùn)動定律，自由下落物體的位置：根據(jù)

3、牛頓運(yùn)動定律，自由下落物體的位置：式中，式中，a1、a2為空氣阻力系數(shù)。為空氣阻力系數(shù)。 選擇橋梁作為蹦極者開始起跳的起點(diǎn)，表明位置選擇橋梁作為蹦極者開始起跳的起點(diǎn)，表明位置x的基的基準(zhǔn)為蹦極者開始跳下的位置，并設(shè)低于橋梁的位置為正值，準(zhǔn)為蹦極者開始跳下的位置，并設(shè)低于橋梁的位置為正值，高于橋梁的位置為負(fù)值。高于橋梁的位置為負(fù)值。 設(shè)彈力繩索的彈性系數(shù)為設(shè)彈力繩索的彈性系數(shù)為k，定義繩索長度為，定義繩索長度為l，則其對，則其對下落體位置的影響為：下落體位置的影響為： 這樣，整個蹦極跳系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述為：這樣，整個蹦極跳系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述為： 可見，蹦極跳系統(tǒng)是一個典型的非線性連續(xù)時間系統(tǒng)?？梢?，蹦極

4、跳系統(tǒng)是一個典型的非線性連續(xù)時間系統(tǒng)。xxaxamgxm 21l)(x 0l)(x )(kxxbxxaxaxbmgxm 21)( 設(shè)：橋梁距離地面為設(shè)：橋梁距離地面為50m；繩索長度為；繩索長度為10m；蹦；蹦極者從橋梁起跳，起始位置處繩索末端位置為極者從橋梁起跳，起始位置處繩索末端位置為0（即（即在起跳處）；蹦極者起始速度為零；其余參數(shù)為：在起跳處）；蹦極者起始速度為零；其余參數(shù)為： k=20，a2=a1=1，m=70kg，g=10m/s2。 通過仿真，分析蹦極跳系統(tǒng)對體重為通過仿真，分析蹦極跳系統(tǒng)對體重為70kg的蹦的蹦極者而言是否安全；若不安全，如何改進(jìn)，以保證極者而言是否安全；若不安全

5、，如何改進(jìn)，以保證安全。安全。 例例exm2。例例3 汽車速度控制系統(tǒng)汽車速度控制系統(tǒng) 汽車行駛在下圖所示的斜坡上（可看作汽車沿汽車行駛在下圖所示的斜坡上（可看作汽車沿直線山坡路向前行駛）。要求設(shè)計(jì)一個簡單的比例直線山坡路向前行駛）。要求設(shè)計(jì)一個簡單的比例控制器，使汽車能以設(shè)定的速度運(yùn)動?？刂破鳎蛊嚹芤栽O(shè)定的速度運(yùn)動。xFwFeFh1. 建立汽車運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型建立汽車運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)牛頓第二定律，汽車的運(yùn)動方程：根據(jù)牛頓第二定律，汽車的運(yùn)動方程：式中，式中，m為汽車質(zhì)量，設(shè)為汽車質(zhì)量，設(shè)m=100； Fe是引擎動力，汽車最大驅(qū)動力為是引擎動力，汽車最大驅(qū)動力為600，最大制動力為，最大

6、制動力為-600；即；即 Fw是空氣阻力，是空氣阻力，式中第二項(xiàng)是為近似考慮式中第二項(xiàng)是為近似考慮“陣風(fēng)陣風(fēng)”而引入的；而引入的； 為行駛汽車的速度；為行駛汽車的速度； Fh是重力分量，是重力分量，式中式中為坡路與水平方向的夾角。為坡路與水平方向的夾角。hweFFFxm 2)01. 0sin(20(001. 0txFwsinmgFh600600eFx 2. 建立比例控制器的數(shù)學(xué)模型建立比例控制器的數(shù)學(xué)模型 比例控制器工作原理：根據(jù)期望速度和實(shí)際速度之差產(chǎn)比例控制器工作原理：根據(jù)期望速度和實(shí)際速度之差產(chǎn)生生“指令指令”驅(qū)動驅(qū)動Fc，其數(shù)學(xué)模型是：，其數(shù)學(xué)模型是：式中，式中，Ke為比例系數(shù)，可取為

7、比例系數(shù)，可取Ke=50； 為汽車期望速度，為汽車期望速度， 為汽車實(shí)際速度。為汽車實(shí)際速度。 “指令指令”驅(qū)動力驅(qū)動力Fc與實(shí)際驅(qū)動力與實(shí)際驅(qū)動力Fe的差別在于：前者是的差別在于：前者是理理論上需要的計(jì)算力，后者是受物理限制后實(shí)際能提供的力。論上需要的計(jì)算力，后者是受物理限制后實(shí)際能提供的力。 例例exm3。)(xxKFcec x cx 例例4 汽車行駛控制系統(tǒng)汽車行駛控制系統(tǒng) 汽車行駛控制系統(tǒng)是應(yīng)用非常廣泛的控制系統(tǒng)，其主汽車行駛控制系統(tǒng)是應(yīng)用非常廣泛的控制系統(tǒng)，其主要目的是對汽車速度進(jìn)行合理的控制。系統(tǒng)工作原理如下：要目的是對汽車速度進(jìn)行合理的控制。系統(tǒng)工作原理如下： （1）汽車速度操縱

8、機(jī)構(gòu)的位置發(fā)生改變以設(shè)置汽車的速）汽車速度操縱機(jī)構(gòu)的位置發(fā)生改變以設(shè)置汽車的速度，這是因?yàn)椴倏v機(jī)構(gòu)的不同位置對應(yīng)著不同的速度。度，這是因?yàn)椴倏v機(jī)構(gòu)的不同位置對應(yīng)著不同的速度。 （2）測量汽車當(dāng)前速度，并求取它與指定速度的差值。）測量汽車當(dāng)前速度，并求取它與指定速度的差值。 （3）由速度差值信號驅(qū)動汽車產(chǎn)生相應(yīng)牽引力，并由此）由速度差值信號驅(qū)動汽車產(chǎn)生相應(yīng)牽引力，并由此牽引力改變汽車的速度直到其速度穩(wěn)定在指定的速度。牽引力改變汽車的速度直到其速度穩(wěn)定在指定的速度。 由系統(tǒng)工作原理看，汽車行駛控制系統(tǒng)為典型的反饋控由系統(tǒng)工作原理看，汽車行駛控制系統(tǒng)為典型的反饋控制系統(tǒng)。下面建立此系統(tǒng)的制系統(tǒng)。下面

9、建立此系統(tǒng)的Simulink模型并進(jìn)行仿真分析。模型并進(jìn)行仿真分析。1汽車行駛控制系統(tǒng)的物理模型與數(shù)學(xué)描述汽車行駛控制系統(tǒng)的物理模型與數(shù)學(xué)描述 速度操縱機(jī)構(gòu)的位置變換器速度操縱機(jī)構(gòu)的位置變換器 位置變換器是汽車行駛控制系統(tǒng)的輸入部分，其位置變換器是汽車行駛控制系統(tǒng)的輸入部分，其目的是將速度操縱機(jī)構(gòu)的位置轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的速度，二目的是將速度操縱機(jī)構(gòu)的位置轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的速度，二者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下所示：者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下所示：4550 xv 1 , 0 x 離散行駛控制器離散行駛控制器 行駛控制器是整個汽車行駛控制系統(tǒng)的核心。行駛控制器是整個汽車行駛控制系統(tǒng)的核心。簡單說來，其功能是根據(jù)汽車當(dāng)前速度與

10、指定速度簡單說來，其功能是根據(jù)汽車當(dāng)前速度與指定速度的差值，產(chǎn)生相應(yīng)的牽引力。行駛控制器為一典型的差值，產(chǎn)生相應(yīng)的牽引力。行駛控制器為一典型的的PID控制器，其數(shù)學(xué)描述為：控制器，其數(shù)學(xué)描述為： 積分環(huán)節(jié)：積分環(huán)節(jié)： 微分環(huán)節(jié)：微分環(huán)節(jié)： 系統(tǒng)輸出：系統(tǒng)輸出： )() 1()(nunxnx) 1()()(nunund)()()()(nDdnIxnPuny 汽車動力機(jī)構(gòu)汽車動力機(jī)構(gòu) 汽車動力機(jī)構(gòu)是行駛控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其汽車動力機(jī)構(gòu)是行駛控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其功能是在牽引力的作用下改變汽車速度，使其達(dá)到功能是在牽引力的作用下改變汽車速度，使其達(dá)到指定的速度。牽引力與速度之間的關(guān)系為：指定的速度

11、。牽引力與速度之間的關(guān)系為：其中其中v為汽車的速度、為汽車的速度、F為汽車的牽引力、為汽車的牽引力、m為汽車為汽車的質(zhì)量、的質(zhì)量、b為阻力因子。為阻力因子。bvvmF2. 建立汽車行駛控制系統(tǒng)的模型建立汽車行駛控制系統(tǒng)的模型 按照汽車行駛控制系統(tǒng)的物理模型與數(shù)學(xué)描述建立系統(tǒng)按照汽車行駛控制系統(tǒng)的物理模型與數(shù)學(xué)描述建立系統(tǒng)模型。下面給出建立系統(tǒng)模型所需的主要系統(tǒng)模塊：模型。下面給出建立系統(tǒng)模型所需的主要系統(tǒng)模塊： （1）Math模塊庫中的模塊庫中的Slider Gain滑動增益模塊：對位滑動增益模塊：對位置變換器的輸入信號的范圍進(jìn)行限制。置變換器的輸入信號的范圍進(jìn)行限制。 （2）Discrete

12、模塊庫中的模塊庫中的Unit Delay單位延遲模塊：用來單位延遲模塊：用來實(shí)現(xiàn)行駛控制器（即實(shí)現(xiàn)行駛控制器（即PID控制器）?？刂破鳎?。 （3）Continuous模塊中的模塊中的Integrator積分器模塊：用來積分器模塊：用來實(shí)現(xiàn)汽車動力機(jī)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)汽車動力機(jī)構(gòu)。 （4）Subsystems模塊庫中的模塊庫中的Subsystem子系統(tǒng)模塊：用子系統(tǒng)模塊：用來對系統(tǒng)不同的部分進(jìn)行封裝。來對系統(tǒng)不同的部分進(jìn)行封裝。 然后建立系統(tǒng)模型，并將速度操縱機(jī)構(gòu)的位置變換器、然后建立系統(tǒng)模型，并將速度操縱機(jī)構(gòu)的位置變換器、行駛控制器、汽車動力機(jī)構(gòu)封裝到不同的子系統(tǒng)之中。行駛控制器、汽車動力機(jī)構(gòu)封裝到不同

13、的子系統(tǒng)之中。 位置變換器 汽車動力機(jī)構(gòu) 汽車行駛控制系統(tǒng)之位置變換器與汽車動力機(jī)構(gòu)汽車行駛控制系統(tǒng)之位置變換器與汽車動力機(jī)構(gòu) 行駛控制系統(tǒng)之行駛控制器行駛控制系統(tǒng)之行駛控制器 3系統(tǒng)模塊參數(shù)設(shè)置與仿真參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)模塊參數(shù)設(shè)置與仿真參數(shù)設(shè)置 建立系統(tǒng)模型之后，接下來按照系統(tǒng)的要求設(shè)置系統(tǒng)模建立系統(tǒng)模型之后，接下來按照系統(tǒng)的要求設(shè)置系統(tǒng)模塊參數(shù)與仿真參數(shù)。這里僅給出模塊參數(shù)與相應(yīng)仿真參數(shù)。塊參數(shù)與仿真參數(shù)。這里僅給出模塊參數(shù)與相應(yīng)仿真參數(shù)。 速度操縱機(jī)構(gòu)的位置變換器參數(shù)：速度操縱機(jī)構(gòu)的位置變換器參數(shù)： （1）Slider Gain模塊：最小值模塊：最小值Low為為0、最大值、最大值High為為1

14、、初始取值初始取值0.555。 （2）Gain模塊：增益取值為模塊：增益取值為50。 （3）Constant1模塊：常數(shù)取值為模塊：常數(shù)取值為45。 行駛控制器參數(shù)：行駛控制器參數(shù)： （1）所有）所有Unit Delay模塊：初始狀態(tài)為模塊：初始狀態(tài)為0、采樣時間為、采樣時間為0.02s。 （2）P、I、D增益模塊：取值分別為增益模塊：取值分別為1、0.01、0。 汽車動力機(jī)構(gòu)參數(shù)：汽車動力機(jī)構(gòu)參數(shù)： （1）Gain模塊：取值為模塊：取值為1/m，即，即1/1000。 （2）Gain1模塊：取值為模塊：取值為b/m，即，即20/1000。 （3）Integrator模塊：初始狀態(tài)為模塊：初始狀

15、態(tài)為0，即速度初值為，即速度初值為0。 系統(tǒng)仿真參數(shù)：系統(tǒng)仿真參數(shù)： （1）仿真時間范圍：從）仿真時間范圍：從0至至1000s。 （2）求解器：使用變步長連續(xù)求解器。）求解器：使用變步長連續(xù)求解器。4系統(tǒng)仿真與分析系統(tǒng)仿真與分析 在對系統(tǒng)模塊參數(shù)與系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置之后，接下來對在對系統(tǒng)模塊參數(shù)與系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置之后，接下來對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。為了使用戶對離散行駛控制器的作用有系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。為了使用戶對離散行駛控制器的作用有一個直觀的認(rèn)識，這里使用兩組不同的一個直觀的認(rèn)識，這里使用兩組不同的PID控制參數(shù)對系統(tǒng)控制參數(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，其結(jié)果如下圖所示。進(jìn)行仿真，其結(jié)果如下圖所示。 行駛控制器

16、參數(shù)設(shè)置： P=1 I=0.01 D=0 行駛控制器PID 參數(shù)： P=5 I=0.005 D=2 不同控制參數(shù)下的仿真結(jié)果不同控制參數(shù)下的仿真結(jié)果 汽車行駛控制系統(tǒng)的目的是使汽車的速度在較短汽車行駛控制系統(tǒng)的目的是使汽車的速度在較短的時間內(nèi)平穩(wěn)地達(dá)到指定的速度。從上圖的仿真結(jié)果的時間內(nèi)平穩(wěn)地達(dá)到指定的速度。從上圖的仿真結(jié)果中可以看出，在行駛控制器控制參數(shù)取值為中可以看出，在行駛控制器控制參數(shù)取值為P=1、I=0.01、D=0時，汽車時，汽車的速度并非直接達(dá)到指定的速的速度并非直接達(dá)到指定的速度，而是經(jīng)過一個振蕩衰減過程，最后逐漸過渡到指度，而是經(jīng)過一個振蕩衰減過程，最后逐漸過渡到指定的速度。

17、定的速度。此時行駛控制系統(tǒng)為此時行駛控制系統(tǒng)為典型的二階欠阻尼控典型的二階欠阻尼控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。 系統(tǒng)中最為重要的部分為行駛控制器，行駛控系統(tǒng)中最為重要的部分為行駛控制器，行駛控制器是一個典型的制器是一個典型的PID反饋控制器?，F(xiàn)要求使用命反饋控制器。現(xiàn)要求使用命令行方式對行駛控制系統(tǒng)中的行駛控制器中比例調(diào)令行方式對行駛控制系統(tǒng)中的行駛控制器中比例調(diào)節(jié)的性能進(jìn)行定性的分析。已知行駛控制器中節(jié)的性能進(jìn)行定性的分析。已知行駛控制器中PID控制器的控制器的I（積分）、（積分）、D（微分）參數(shù)如下取值分（微分）參數(shù)如下取值分別為別為I=0.01、D=1。P（比例）的取值由（比例）的取值由MATLAB

18、腳本文件所決定（以分析不同腳本文件所決定（以分析不同P值下行駛控制器的值下行駛控制器的性能）。性能）。 為了對行駛控制器中比例調(diào)節(jié)的性能進(jìn)行定性為了對行駛控制器中比例調(diào)節(jié)的性能進(jìn)行定性的分析，需要對行駛控制系統(tǒng)模型做一些改變，如的分析，需要對行駛控制系統(tǒng)模型做一些改變，如下所示：下所示： (1) 將行駛控制器子系統(tǒng)中的比例增益的取值改將行駛控制器子系統(tǒng)中的比例增益的取值改為為p。 (2) 在系統(tǒng)模型的最頂層加入一個在系統(tǒng)模型的最頂層加入一個Outport模塊模塊輸出仿真結(jié)果。輸出仿真結(jié)果。 下圖所示為修改后的汽車行駛控制系統(tǒng)的系統(tǒng)下圖所示為修改后的汽車行駛控制系統(tǒng)的系統(tǒng)模型框圖。模型框圖。修改

19、后的汽車行駛控制系統(tǒng)模型修改后的汽車行駛控制系統(tǒng)模型 然后編寫然后編寫MATLAB腳本文件對行駛控制系統(tǒng)在腳本文件對行駛控制系統(tǒng)在不同的比例調(diào)節(jié)器取值下進(jìn)行仿真，并繪制出不同不同的比例調(diào)節(jié)器取值下進(jìn)行仿真，并繪制出不同取值下系統(tǒng)仿真結(jié)果以對比例調(diào)節(jié)性能進(jìn)行分析。取值下系統(tǒng)仿真結(jié)果以對比例調(diào)節(jié)性能進(jìn)行分析。其要求如下：其要求如下： (1) 編寫一個編寫一個for循環(huán)改變循環(huán)改變p的值，取值范圍為的值，取值范圍為0到到25，間隔為，間隔為5。 (2) 在同一幅圖中作出不同在同一幅圖中作出不同p值下系統(tǒng)的仿真結(jié)值下系統(tǒng)的仿真結(jié)果以對比例調(diào)節(jié)性能進(jìn)行分析。果以對比例調(diào)節(jié)性能進(jìn)行分析。不同比例調(diào)節(jié)器取值

20、下的系統(tǒng)響應(yīng)不同比例調(diào)節(jié)器取值下的系統(tǒng)響應(yīng) 從系統(tǒng)仿真的結(jié)果中可以明顯看出比例調(diào)節(jié)器從系統(tǒng)仿真的結(jié)果中可以明顯看出比例調(diào)節(jié)器取值對汽取值對汽 車行駛控制系統(tǒng)性能的影響：增加比例調(diào)車行駛控制系統(tǒng)性能的影響：增加比例調(diào)節(jié)器的取值可以有效的改善行駛控制系統(tǒng)的動態(tài)性節(jié)器的取值可以有效的改善行駛控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。這是因?yàn)椋瑢τ谛旭偪刂葡到y(tǒng)而言，其速度變能。這是因?yàn)?，對于行駛控制系統(tǒng)而言，其速度變化越平穩(wěn)越好（但并非變化緩慢）。從圖中可以看化越平穩(wěn)越好（但并非變化緩慢）。從圖中可以看出，對于取值較大的比例調(diào)節(jié)器，汽車速度的過渡出，對于取值較大的比例調(diào)節(jié)器，汽車速度的過渡時間較小，而且變化平穩(wěn)（仿真結(jié)果曲

21、線無振蕩，時間較小，而且變化平穩(wěn)（仿真結(jié)果曲線無振蕩，光滑）。光滑）。例例5 滑艇動態(tài)方程及其線性化滑艇動態(tài)方程及其線性化1. 滑艇動力學(xué)方程滑艇動力學(xué)方程 在滑艇的運(yùn)行過程中，滑艇主要受到如下作用在滑艇的運(yùn)行過程中，滑艇主要受到如下作用力的控制：滑艇自身的牽引力力的控制：滑艇自身的牽引力 ，滑艇受到的水的阻，滑艇受到的水的阻力力 。其中水的阻力。其中水的阻力 ，為滑艇的運(yùn)動速度。，為滑艇的運(yùn)動速度。由運(yùn)動學(xué)的相關(guān)定理可知，整個滑艇系統(tǒng)的動力學(xué)由運(yùn)動學(xué)的相關(guān)定理可知，整個滑艇系統(tǒng)的動力學(xué)方程為方程為其中其中m為滑艇的質(zhì)量。由滑艇系統(tǒng)的動力學(xué)方程易為滑艇的質(zhì)量。由滑艇系統(tǒng)的動力學(xué)方程易知，此系統(tǒng)

22、為一非線性系統(tǒng)。下面來建立此系統(tǒng)的知，此系統(tǒng)為一非線性系統(tǒng)。下面來建立此系統(tǒng)的Simulink模型并進(jìn)行線性分析。模型并進(jìn)行線性分析。vvf2)(-(12vvFmvFf2. 滑艇速度控制系統(tǒng)的模型建立與仿真滑艇速度控制系統(tǒng)的模型建立與仿真 使用下面的使用下面的Simulink模塊建立滑艇速度控制系模塊建立滑艇速度控制系統(tǒng)的模型：統(tǒng)的模型： (1) Sources模塊庫中的模塊庫中的Step模塊：用來產(chǎn)生滑艇模塊：用來產(chǎn)生滑艇的牽引力。的牽引力。 (2) Subsystems模塊庫中的模塊庫中的Subsystem模塊：構(gòu)模塊：構(gòu)成滑艇速度控制器子系統(tǒng)。成滑艇速度控制器子系統(tǒng)。 (3) Sinks

23、模塊庫中的模塊庫中的Scope模塊：輸出滑艇的速模塊：輸出滑艇的速度。度。 (4) Functions & Tables模塊庫中的模塊庫中的Fcn模塊：求模塊：求取水的阻力。取水的阻力。 (5) 其它模塊：其它模塊：Math模塊庫中的模塊庫中的Gain模塊、模塊、Continuous模塊庫中的模塊庫中的Integrator模塊。模塊。 使用使用Simulink建立的系統(tǒng)模型框圖如下圖所示。建立的系統(tǒng)模型框圖如下圖所示。 滑艇速度控制系統(tǒng)模型框圖滑艇速度控制系統(tǒng)模型框圖 然后設(shè)置正確的系統(tǒng)模型參數(shù)與仿真參數(shù)對此然后設(shè)置正確的系統(tǒng)模型參數(shù)與仿真參數(shù)對此系統(tǒng)進(jìn)行仿真，其中系統(tǒng)進(jìn)行仿真，其中Step的

24、的Final Value值設(shè)置為值設(shè)置為1000（即滑艇牽引力）、子系統(tǒng)中增益模塊（即滑艇牽引力）、子系統(tǒng)中增益模塊Gain的的取值為取值為1/1000（即（即1/m）、）、Fcn模塊的模塊的expression設(shè)置設(shè)置為為u2-u（求取水的阻力）、系統(tǒng)仿真時間為（求取水的阻力）、系統(tǒng)仿真時間為0至至100s。 下圖為系統(tǒng)仿真的結(jié)果。下圖為系統(tǒng)仿真的結(jié)果。滑艇在牽引力為（值 1000） 的作用下，速度在 80s 左右由 0 上升并穩(wěn)定到 33km/h。 滑艇在牽引力（值1000）的作用下，速度在經(jīng)過 80 s左右的時間后，由 0上升并穩(wěn)定在 33 km/h滑艇系統(tǒng)仿真結(jié)果滑艇系統(tǒng)仿真結(jié)果 3.

25、 滑艇速度控制器系統(tǒng)的線性化滑艇速度控制器系統(tǒng)的線性化 對于滑艇速度控制器系統(tǒng)而言，如果要在比賽對于滑艇速度控制器系統(tǒng)而言，如果要在比賽中獲得勝利，則滑艇必須在盡可能短的時間內(nèi)達(dá)到中獲得勝利，則滑艇必須在盡可能短的時間內(nèi)達(dá)到最大速度。設(shè)此速度控制器所能達(dá)到的最大速度為最大速度。設(shè)此速度控制器所能達(dá)到的最大速度為100 mph（miles per hour，英里每小時）。而在前，英里每小時）。而在前面所提供的滑艇牽引力僅為面所提供的滑艇牽引力僅為1000，故需要設(shè)置合適，故需要設(shè)置合適的牽引力對速度控制器進(jìn)行操縱。的牽引力對速度控制器進(jìn)行操縱。 既然滑艇速度最大值為既然滑艇速度最大值為100mph，因此在對滑艇，因此在對滑艇速度控制系統(tǒng)進(jìn)行線性化時，希望此系統(tǒng)能夠使滑速度控制系統(tǒng)進(jìn)行線性化時，希望此系統(tǒng)能夠使滑艇的速度基本穩(wěn)定在最大速度處。換句話說，系統(tǒng)艇的速度基本穩(wěn)定在最大速度處。換句話說，系統(tǒng)的工作點(diǎn)應(yīng)該選擇為使速度達(dá)到的工作點(diǎn)應(yīng)該選擇為使速度達(dá)到100mph時的系統(tǒng)輸