Simulink 2阶系统模拟

减肥模型

Varying Transfer Function里面调积分值可调初始值

框图
结果

P控制

这个模型里是不是可以把这个Kp看成一个“决心因子”或者“自控因子”,Kp越大,表示你减小差距的愿望越强烈,采取的行动越多。根据系统的根我们知道Kp+10α两个参数共同影响着体重的输出结果。

  • Kp>-13时是当你的决心Kp在代谢率系数10α的承受范围内,,体重总是可控的,而且愿望越强烈,就能越快达到目标。

  • Kp>0说明你比较节制,只要体重超过预期,就会采取行动减肥kp=200

  • Kp=0说明you just dont care,不会因为体重和预期有差距而产生任何行动,任由干扰项身体代谢率 do the job

  • Kp<0(比如-5)说明你就算体重超过预期仍然快乐养膘,这时只要你的快乐程度没有战胜基础代谢率(系统自身的稳定性储备),那么体重虽然慢但仍然早晚可以依靠自然代谢率降下来 kp=-5

  • Kp<-13,身体代谢率也救不了你的时候,你的体重就会疯狂爆炸。kp=-100

会发现仍存在steady state error

PI 控制

框图
结果

Simulink 2阶系统模拟

\[F=ma\]

Vibration 振动

弹簧和阻尼器构成的二阶系统

\[\ddot x+\frac{B}{m}\dot x+\frac{k}{m}x=F\] \[ \left\{ \begin{aligned} &\text{Natural Frequency}&\omega_n & = \sqrt{\frac{k}{m}} \\ &\text{Damping ratio}&\zeta & = \frac{B}{\sqrt{2km}} \\ \end{aligned} \right. \] \[ \text{Initial condition}\left\{ \begin{aligned} &F=0\\ &x(0)=x_0\\ &\dot x(0)=\dot x_0 \end{aligned} \right. \]

得到: \[\ddot x+2\zeta\omega_n \dot x+\omega_n^2x=0\]

characteristic equation 特征方程: \[x^2+2\zeta\omega_n \dot x+\omega_n^2x=0\] $$ { \[\begin{aligned} &x_1=-\zeta\omega_n+\omega_n \sqrt{\zeta^2-1}\\ &x_2=-\zeta\omega_n-\omega_n \sqrt{\zeta^2-1}\\ \end{aligned}\]

. $$

\[ \text{setting}\left\{ \begin{aligned} &\ddot x=-2\zeta\omega_n \dot x-\omega_n^2x\\ &x(0)=5\\ &\dot x(0)=0 \end{aligned} \right. \] simulink 建模 # 不同\(\zeta\)下的响应曲线

  1. over damped

    \(\zeta>1\)\(\frac{B}{\sqrt{2km}}>1\).

    两实根\(X(t)=C_1e^{\lambda_1t}+C_2e^{\lambda_2t}\)

    收敛取决于\(\lambda_1\),因为\(\left|\lambda_1\right|\)更小 3

  2. critical damped

\(\zeta=1\)\(\frac{B}{\sqrt{2km}}=1\).

一实根 \(X(t)=(C_1+C_2t)e^{\lambda t}\) 1 3. under damped

\(\zeta<1\)\(\frac{B}{\sqrt{2km}}<1\).

一对复共轭根\(\lambda=\alpha \pm i\beta\)

\(X(t)=e^{-\alpha t}(C_1\cos\beta t+C_2\sin \beta t)\) 0.1 4. 3\(\alpha=0\) 0

  1. \(-1<\zeta<0\) 即 -1<\(\frac{B}{\sqrt{2km}}<0\).
-0.5
  1. \(\zeta<-1\) 即 -1<\(\frac{B}{\sqrt{2km}}<-1\).
-3

Simulink 2阶系统模拟
http://example.com/2023/01/03/Simulink_2rd/
作者
Alpha
发布于
2023年1月3日
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