面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)學(xué)仿真方法市公開(kāi)課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

第四章面向結(jié)構(gòu)圖數(shù)學(xué)仿真辦法4.1典型環(huán)節(jié)仿真模型確實(shí)定………..4.2面向結(jié)構(gòu)圖離散相同法仿真………4.3非線形系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真……….......4.4連續(xù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖仿真及程序……本章小結(jié)…………………第1頁(yè)第1頁(yè)4.1典型環(huán)節(jié)仿真模型擬定1.積分環(huán)節(jié)圖4-1積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)如圖4-1所表示，其傳遞函數(shù)可寫(xiě)為（4-1）第2頁(yè)第2頁(yè)狀態(tài)方程為（4-2）離散狀態(tài)方程為（4-3）第3頁(yè)第3頁(yè)2.百分比積分環(huán)節(jié)++圖4-2百分比積分環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖（4-4）狀態(tài)方程與積分步驟一致，不同是輸出方程，傳遞函數(shù)可寫(xiě)為其中第4頁(yè)第4頁(yè)百分比積分環(huán)節(jié)狀態(tài)方程和輸出方程為（4-5）（4-6）離散狀態(tài)方程為第5頁(yè)第5頁(yè)3.慣性環(huán)節(jié)-圖4-3慣性環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖慣性環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖如圖4-3所表示，其傳遞函數(shù)可寫(xiě)為其中（4-7）第6頁(yè)第6頁(yè)慣性環(huán)節(jié)狀態(tài)方程和輸出方程為（4-9）（4-8）離散狀態(tài)方程為第7頁(yè)第7頁(yè)4.百分比慣性環(huán)節(jié)圖4-4百分比慣性環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖傳遞函數(shù)可寫(xiě)為（4-10）第8頁(yè)第8頁(yè)（4-12）（4-11）離散狀態(tài)方程為百分比慣性環(huán)節(jié)狀態(tài)方程第9頁(yè)第9頁(yè)－圖4-5二階環(huán)節(jié)等效結(jié)構(gòu)圖除了上述幾種典型環(huán)節(jié)外，慣用尚有二階環(huán)節(jié)，它可由如圖4-5所表示結(jié)構(gòu)圖構(gòu)成。第10頁(yè)第10頁(yè)4.2面向結(jié)構(gòu)圖離散相同法仿真2-圖4-6系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖341＋-＋第11頁(yè)第11頁(yè)假如由一個(gè)系統(tǒng)如圖4-6所表示，假如已知各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)，側(cè)很容易將其離散化，而各環(huán)節(jié)輸入－輸出關(guān)系為（4-15）第12頁(yè)第12頁(yè)4.3非線形系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真典型非線性環(huán)節(jié)仿真子程序0圖4-11飽和非線性特性1.飽和非線性飽和非線性特性輸入-輸出之間仿真流程圖。第13頁(yè)第13頁(yè)返回YYNN圖4-12飽和非線性仿真程序完畢圖4-11后，可采用圖4-12所表示仿真流程圖，并相應(yīng)地編制子程序在使用中調(diào)用。進(jìn)入子程序第14頁(yè)第14頁(yè)2.失靈區(qū)非線性0圖4-13失靈區(qū)非線性特性圖4-13所表示失靈區(qū)線性特性輸入-輸出之間仿真流程圖如圖4-14第15頁(yè)第15頁(yè)返回YYNN進(jìn)入子程序圖4-14失靈區(qū)非線性仿真子程序第16頁(yè)第16頁(yè)3.齒輪間隙（磁帶回環(huán)）非線性（圖4-15）0圖4-15齒輪間隙非線性特性流程圖見(jiàn)圖4-16第17頁(yè)第17頁(yè)返回記下本次輸出即進(jìn)入子程序YYYYNNNN圖4-16齒輪間隙非線性子程序第18頁(yè)第18頁(yè)含有非線性環(huán)節(jié)反對(duì)離散相同仿真程序設(shè)計(jì)辦法

當(dāng)系統(tǒng)中有上述典型非線性環(huán)節(jié)時(shí)，離散相同法仿真程序需要做下列修改：

（1）對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)要增設(shè)一個(gè)參數(shù)Z(I)，它表示第I個(gè)環(huán)節(jié)入口有哪種類(lèi)型非線性環(huán)節(jié)。

（2）對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)要增設(shè)一個(gè)參數(shù)C(I)，它表示第I個(gè)環(huán)節(jié)入口那個(gè)非線性環(huán)節(jié)參數(shù)，當(dāng)?shù)贗個(gè)環(huán)節(jié)入口沒(méi)有非線性環(huán)節(jié)，C(I)=0。（3）一個(gè)完整面向結(jié)構(gòu)圖離散相同法仿真程序框圖如圖4-17所表示：第19頁(yè)第19頁(yè)輸入系統(tǒng)連接矩陣W重復(fù)上述最后兩步，直到計(jì)算終了圖4-17離散相同法仿真程序框圖第20頁(yè)第20頁(yè)非線性系統(tǒng)仿真舉例第21頁(yè)第21頁(yè)擬定系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)號(hào)依據(jù)圖4-19所表示，寫(xiě)出連接矩陣運(yùn)營(yíng)程序依據(jù)提醒輸入數(shù)據(jù)結(jié)果分析環(huán)節(jié)第22頁(yè)第22頁(yè)擬定系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)號(hào)依據(jù)圖4-19所表示，寫(xiě)出連接矩陣第23頁(yè)第23頁(yè)非線性環(huán)節(jié)非線性環(huán)節(jié)圖4-19仿真框圖圖4-18四階非線性系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖第24頁(yè)第24頁(yè)本章小結(jié)

本章是全書(shū)重點(diǎn)之一，所簡(jiǎn)介兩種面向結(jié)構(gòu)圖仿真辦法是當(dāng)前科學(xué)研究和工程實(shí)踐中慣用仿真辦法。（1）當(dāng)連續(xù)系統(tǒng)用結(jié)構(gòu)圖形式給定后，離散相同法是一個(gè)較為簡(jiǎn)樸辦法，該辦法實(shí)質(zhì)就是在系統(tǒng)必要環(huán)節(jié)輸入與輸出端加入虛擬采樣器和保持器，將連續(xù)系統(tǒng)離散化，然后分別計(jì)算分割開(kāi)各個(gè)環(huán)節(jié)輸出量，并按結(jié)構(gòu)圖關(guān)系把相應(yīng)輸入與輸出連接起來(lái)，順序求解計(jì)算。由于環(huán)節(jié)離散化方可離線計(jì)算，因此該辦法突出特點(diǎn)是運(yùn)算速度快，但精度較低。（2）相對(duì)于離散相同法而言，在本章第四節(jié)敘述連續(xù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖仿真方用