Wydział Nauk Technicznych
II rok, studia stacjonarne
Mechatronika
Ćwiczenia laboratoryjne
Automatyka
Sprawozdanie z ćwiczenia nr 2
Wyznaczanie odpowiedzi skokowej w Simulinku
Daniel Bojarojć
Kamil Kowalski
Grupa II
$$\ddot{y}\left( t \right) + 4\dot{y}\left( t \right) + 2y\left( t \right) = 2u\left( t \right)$$
Wyznaczenie równań stanu i wprowadzenie macierzy A, B, C, D
$$\begin{matrix}
x_{1} = y \\
x_{2} = \dot{y} \\
\end{matrix} \rightarrow \dot{x_{1}} = x_{2}$$
Podstawiając x1 oraz x2 do równania otrzymujemy:
$$\dot{x_{2}} + 4x_{2} + {2x}_{1} = 2u(t)$$
$$\left\{ \begin{matrix}
\dot{x_{1}} = x_{2} \\
\dot{x_{2}} = {- 2x}_{1} - 4x_{2} + 2u\left( t \right) \\
\end{matrix} \right.\ $$
$$\left\{ \begin{bmatrix}
\dot{x_{1}} \\
\dot{x_{2}} \\
\end{bmatrix} = \begin{bmatrix}
0 & 1 \\
- 2 & - 4 \\
\end{bmatrix} \bullet \begin{bmatrix}
x_{1} \\
x_{2} \\
\end{bmatrix} + \begin{bmatrix}
0 \\
2 \\
\end{bmatrix} \right.\ u\left( t \right)$$
y = x1
$$y = \begin{bmatrix}
1 & 0 \\
\end{bmatrix} \bullet \begin{bmatrix}
x_{1} \\
x_{2} \\
\end{bmatrix} + \left\lbrack 0 \right\rbrack u(t)$$
Macierze opisujące układ to:
$A = \begin{bmatrix} 0 & 1 \\ - 2 & - 4 \\ \end{bmatrix}$ $B = \begin{bmatrix} 0 \\ 2 \\ \end{bmatrix}$ $C = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ \end{bmatrix}$ D = [0]
%wprowadzenie macierzy opisujących układ
A=[0 1;-2 -4];
B=[0;2];
C=[1 0];
D=[0];
% konwersja macierzy do stanu transmitancji operatorowej
[NUM,DEN]=ss2tf(A,B,C,D)
Wyniki:
NUM =
0 0 2.0000
DEN =
1.0000 4.0000 2.0000
NUM – współczynniki wielomianu licznika transmitancji
DEN – współczynniki wielomianu mianownika transmitancji
% wyznaczenie odpowiedzi skokowej
x2=100; %punkty do wykreslenia odpowiedzi skokowej
odpskok=step(NUM,DEN,x2); %odpowiedz skokowa
dlugosc2=length(odpskok); %dlugosc wektora czasu
t1=0:x2/(dlugosc2-1):x2; %wektor czasu
skokmax=max(odpskok); %wzmocnienie w stanie ustalonym
% wyznaczenie wzmocnienia ukladu w stanie ustalonym
wzmocnienie=dcgain(NUM,DEN);
% WYKRES ODPOWIEDZI SKOKOWEJ
figure(1);
plot(t1,odpskok,'b',t1,skokmax,'k:')
axis([0 15 -0.1 1.2])
title('Odpowiedz skokowa ukladu');
xlabel('t(s)');
ylabel('H(t)');
legend('odpowiedz skokowa')
Odpowiedź skokowa układu w matlabie
Schemat modelowania analogowego równań stanu
Bramki użyte w schemacie:
Skok jednostkowy
Wzmocnienie
Całkowanie
Wyświetlacz
Węzeł sumacyjny (sumowanie kilku sygnałów)
Odpowiedź skokowa układu w simulinku
Wnioski:
Równanie stanu naszego układu wygląda następująco:
$$\left\{ \begin{matrix}
\dot{x_{1}} = x_{2} \\
\dot{x_{2}} = {- 2x}_{1} - 4x_{2} + 2u\left( t \right) \\
\end{matrix} \right.\ $$
Na jego podstawie wyznaczyliśmy macierze A, B, C i D, które umożliwiły nam wykonanie modelu symulacyjnego otrzymanego równania stanu. Odpowiedź skokowa układu rośnie wykładniczo do 1, a po osiągnięciu 10s wzmocnienie przyjmuje wartość stałą. Jak widać na powyższych obrazkach odpowiedź jest w simulinku jest dokładnie taka sama jak wykreślona przez Matlaba.