实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计.ppt

实验四 控制系统设计的SIMULINK仿真实验 一. 实验目的： 1.学习控制系统工具箱Simulink; 2.建立SIMULINK动态结构图对控制系统进行串联超前校正实验； 3.建立SIMULINK动态结构图对控制系统进行串联滞后校正实验。 1 二.实验原理 串联校正装置 根据校正装置对系统开环频率特性的影响，可分为超前校 正、滞后校正和滞后超前校正等。在工程上，常分别采用 PD、PI和PID不同的控制规律来实现上述的校正，用以改善系 统的性能。因此校正装置也常称为控制器。 2 三.实验内容 1.设控制系统如图所示： 建立Simulink动态结构图，观察其响应曲线。 2.加入超前校正装置 ， 进行串联超 前校正器设计，观察响应曲线，进行校正前后系 统性能指标对比。 3.进行串联滞后校正实验。 - 3 如何创建一个SIMULINK模型 - 创建仿真系统模型的具体步骤如下： （1）激活Simulink； （2）选择所需要的模块； （3）用连线连接各模块； （4）双击各模块，完成对模块的参数设置和修改。 1.创建如下图所示的Simulink动态结构图，设输入 信号为单位阶跃信号，并观察响应曲线。 4 解：进入Simulink后，打开一个空白的模型窗口，按以下 步骤进行操作： (1)添加并编辑Step模块 5 解：进入Simulink后，打开一个空白的模型窗口，按以下 步骤进行操作： 6 (1)在Sources模块库中，拖动Step模块至模型窗口 双击该模块可以设 置它的跳跃时间、初值 和终值，如图所示。 7 (2)打开Simulink的Continues模块库，选择该库中的 Integrator 和Transfer Fcn 模块 修改参数后 8 (3)打开Simulink的Math模块库添加并编辑Sum模块 9 (4)打开Simulinks的Sinks模块库添加Scope模块,并 按如图连线，双击Scope模块，仿真曲线如图。 观察响应曲线，读取性能指标参数。 10 1. 串联超前校正实验 1.设控制系统如图所示： 加串联超前校正装置为 （1） 建立系统校正后系统的Simulink动态结构图， 观测单位阶跃响应曲线，对校正前后系统时域性能进 行定性的对比分析。 （2）利用实验三的方法，求解系统校正前后的bode 图，并计算校正前后的开环截止频率及相位裕量，理 解超前校正的特点。 - 11 （1）观察响应曲线，读取性能指标参 数，与校正前进行对比分析。 12 （2）编写MATLAB程序计算校正前后系统开环截止 频率及相位裕量。 13 k1=10/0.8; z1=; p1=0,-1/0.8; G0=zpk(z1,p1,k1); bode(G0); hold on k2=10*0.4/(0.1*0.8); z2=-1/0.4; p2=0,-1/0.8,-1/0.1; G1=zpk(z2,p2,k2); bode(G1); (3) 结果分析及 结论 2. 串联滞后校正实验 - 设控制系统如图所示： 建立SIMULINK动态结构图，观察其单位阶跃响应 曲线。 加入滞后校正装置 ，进行串联滞 后校正器设计，观察响应曲线，进行校正前后系 统性能指标对比，并结合教材理解频域性能指标 与时域性能指标的关系。 14 1.校正前 可见，校正前系统不稳定，讨 论性能指标无意义。同学们也可以 用稳定性判据得出相同结论。因此 系统需要校正。 15 2.校正后 结果分析及结论。该系 统的频率特性分析可由 实验三方法获得。 16 1 1、超前校正对改善系统性能有什么作用？什么、超前校正对改善系统性能有什么作用？什么 情况下不宜采用串联超前校正？情况下不宜采用串联超前校正？ 2.2