第四章 面向结构图的数学仿真方法第四章第四章 面向结构图的数学仿真方法面向结构图的数学仿真方法4.1 典型环节仿真模型的确定 .4.2 面向结构图离散相似法仿真4.3 非线形系统的数学仿真.4.4 连续系统的结构图仿真及程序本章小结第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出4.1 典型环节仿真模型的确定1. 积分环节积分环节图 4-1 积分环节积分环节如图4-1所示，其传递函数可写为（4-1）第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出状态方程为（4-2）离散状态方程为（4-3）第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出2. 比例积分环节比例积分环节+图 4-2 比例积分环节结构图（4-4）状态方程与积分环节一致，不同的是输出方程，传递函数可写为其中第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出比例积分环节的状态方程和输出方程为（4-5）（4-6）离散状态方程为第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出3. 惯性环节惯性环节-图 4-3 惯性环节结构图惯性环节的结构图如图4-3所示，其传递函数可写为其中（4-7）第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出惯性环节的状态方程和输出方程为（4-9）（4-8）离散状态方程为第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出4. 比例惯性环节比例惯性环节图 4-4 比例惯性环节结构图传递函数可写为（4-10）第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出（4-12）（4-11）离散状态方程为比例惯性环节的状态方程第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出图 4-5 二阶环节等效结构图除了上述几种典型环节外，常用的还有二阶环节 ，它可由如图4-5所示结构图组成。第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出4.2 面向结构图离散相似法仿真2-图 4-6 系统结构图341-第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出 如果由一个系统如图4-6所示，如果已知各环节的传递函数，侧很容易将其离散化，而各环节的输入输出关系为（4-15）第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出4.3 非线形系统的数学仿真典型非线性环节仿真子程序0图4-11 饱和非线性特征1. 饱和非线性饱和非线性饱和非线性特征输入-输出之间的仿真流程图。第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出返回YYNN图 4-12 饱和非线性仿真程序 完成图4-11后，可采用图4-12所示的仿真流程图，并相应地编制子程序在使用中调用。进入子程序第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出2. 失灵区非线性失灵区非线性0图 4-13 失灵区非线性特征图4-13所示的失灵区的线性特征输入-输出之间的仿真流程图如图4-14第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出返回YYNN进入子程序图 4-14 失灵区非线性仿真子程序第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出3. 齿轮间隙（磁带回环）非线性（图齿轮间隙（磁带回环）非线性（图4-15）0图 4-15 齿轮间隙非线性特征流程图见图4-16第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出返回记下本次输出即进入子程序YYYYNNNN图 4-16 齿轮间隙非线性子程序第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出含有非线性环节反对离散相似仿真程序的设计方法 当系统中有上述典型非线性环节时，离散相似法仿真程序需要做如下修改： （1）对每个环节要增设一个参数Z(I)，它表示第I个环节的入口有哪种类型非线性环节。 （2）对每个环节要增设一个参数C(I)，它表示第I个环节入口的那个非线性环节的参数，当第I个环节入口没有非线性环节，C(I)=0。（3）一个完整的面向结构图的离散相似法仿真程序框图如图4-17所示：第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出输入系统的连接矩阵W重复上述最后两步，直到计算终了图 4-17 离散相似法仿真程序框图第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出非线性系统仿真举例第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出确定系统各个环节号根据图4-19所示，写出连接矩阵运行程序根据提示输入数据结果分析步骤第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出确定系统各个环节号根据图4-19所示，写出连接矩阵第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出非线性环节非线性环节图 4-19 仿真框图图 4-18 四阶非线性系统仿真结构图第四章 面向结构图的数学仿真方法返回主菜单退出本章小结 本章是全书的重点之一，所介绍的两种面向结构图仿真方法是目前本章是全书的重点之一，所介绍的两种面向结构图仿真方法是目前科学研究和工程实践中常用的仿真方法。科学研究和工程实践中常用的仿真方法。 （1）当连续系统用结构图形式给定后，离散相似法是一种较为简单当连续系统用结构图形式给定后，离散相似法是一种较为简单的方法，该方法的实质就是在系统必要环节的输入与输出端加入虚拟采的方法，该方法的实质就是在系统必要环节的输入与输出端加入虚拟采样器和保持器，将连续系统离散化，然后分别计算分割开的各个环节的样器和保持器，将连续系统离散化，然后分别计算分割开的各个环节的输出量，并按结构图的关系把相应的输入与输出连接起来，顺序求解计输出量，并按结构图的关系把相应的输入与输出连接起来，顺序求解计算。由于环节的离散化方可离线计算，因此该方法的突出特点是运算速算。由于环节的离散化方可离线计算，因此该方法的突出特点是运算速度快，但精度较低。度快，但精度较低。 （2）相对于离散相似法而言，在本章第四节叙述的连续系统结构图相对于离散相似法而言，在本章第四节叙述的连续系统结构图仿真方用更泛。它们的基本原理是一样的，但后者对各环节的计算是仿仿真方用更泛。它们的基本原理是一样的，但后者对各环节的计算是仿真运行中分别计算的，因此它可以提供多种积分揭发供用户选择，并且真运行中分别计算的，因此它可以提供多种积分揭发供用户选择，并且有较高的精度，但带来的问题是计算速度慢，并且需要排序，所避免结有较高的精度，但带来的问题是计算速度慢，并且需要排序，所避免结构图中出现的代数环。构图中出现的代数环。