自动控制原理实验一VIP

自动控制原理 实验报告书 姓名 吴珍妮 学号 207110305 班级 热动 卓越 111 学校 南京工程学院 南京工程学院能源与动力工程学院集控教研室 2013 10 102013 10 10 实验一实验一 典型环节的动态特性仿真分析典型环节的动态特性仿真分析 一 实验目的和要求一 实验目的和要求 1 熟悉 MATLAB 软件的 SIMULINK 工具箱 2 通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的响应曲线 熟悉它们的动态特性 3 了解各典型环节中参数变化对其动态特性的影响 二 实验主要仪器和设备二 实验主要仪器和设备 装有 Matlab 软件的计算机 三 实验内容三 实验内容 分别改变以下几个典型环节的相关参数 观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况 曲线条 数 2 并得出规律 1 比例环节 K 2 积分环节 STi 1 3 一阶惯性环节 ST K c 1 4 实际微分环节 ST STK D DD 1 5 纯迟延环节 S e 6 典型二阶环节 2 2 2 2 nn n SS K 四 实验方法和步骤四 实验方法和步骤 1 双击桌面上的 MATLAB 图标 启动 MATLAB 进入开发环境 点击工具栏的 Simulink 图标弹出图形库浏览器画面 从该画面 File 下拉式菜单中选择 New Model 或点击图标 得到图形仿真操作画面 2 根据实验需要设计仿真系统框图 并确定仿真所用的参数 提取所需仿真模块 组 成仿真系统 从图形库浏览器画面中用鼠标点击打开所需子图形库 用鼠标选中所需功能 模块 将其拖曳到图形仿真操作画面的空白位置 重复上述拖曳过程 直到将所需的全部 功能模块拖曳到仿真操作画面中 用鼠标点击并移动所需功能模块到合适的位置 将鼠标 移到有关功能模块的输出端 选中该输出端并移动鼠标到另 个功能模块的输入端 移动 时出现虚线 到达所需输入端时 释放鼠标左键 相应的连接线出现 表示该连接已完成 重复上述连接过程 直到完成全部连接 组成仿真系统 3 功能模块参数设置 不同功能模块的参数是不相同的 用鼠标双击该功能模块会自 动弹出相应的参数设置对话框 根据仿真实验的具体要求进行参数设置 4 在仿真操作前 应设置仿真操作的参数 包括仿真器参数和示波器参数的设置 1 仿真器参数设置 点击图形仿真操作画面 Simulation 下拉式菜单 Simulation Parameters 选项 弹出仿真参数设置画面 在其中合理设置仿真时间等参数 2 示波 器参数设置 当采用示波器显示仿真曲线时 需对示波器参数进行设置 点击已存在的示 波器会弹出单踪示波器显示画面 点击画面的图标 会弹出示波器属性对话框 分 2 个页面 用于设置显示坐标窗口数 显示时间范围 标记和显示频率或采样时间等 时间 范围应与仿真器终止时间一致 以便最大限度显示仿真操作数据 直接点击图标 可 在响应曲线显示后自动调整纵坐标范围 从弹出的菜单选择 Save current axes settings 或直接点击图标 可将当前坐标轴范围的设置数据存储 此外 还有打印和对 X Y 或同时放大或恢复等操作 5 仿真系统连接完成且仿真所用的参数均正确设置后 可进行仿真操作 点击图形仿 真操作画面 Simulation 下拉式菜单 start 选项和 stop 选项可分别控制仿真过程的 启动与停止 仿真过程结束后 点击示波器可显示出仿真曲线 若需要同时显示三条响应曲线时的仿真框图可采用如下的形式 其中传递函数的形式 根据不同环节进行设置 五 实验数据记录五 实验数据记录 1 比例环节 G S K 所选的几个不同参数值分别为 K1 4 K2 5 K3 6 对应的单位阶跃响应曲线 在输出曲线上标明对应的有关参数值 2 积分环节 G S STi 1 所选的几个不同参数值分别为 Ti1 4 Ti2 5 Ti3 6 对应的单位阶跃响应曲线 在输出曲线上标明对应的有关参数值 3 一阶惯性环节 G S ST K c 1 令 K 不变 取 K 1 改变 Tc取值 Tc1 4 Tc2 5 Tc3 6 对应的单位阶跃响应曲线 在输出曲线上标明对应的有关参数值 4 实际微分环节 G S ST STK D DD 1 令 KD不变 取 KD 1 改变 TD取值 TD1 4 TD2 5 TD3 6 对应的单位阶跃响应曲线 在输出曲线上标明对应的有关参数值 5 纯迟延环节 G S S e 所选的几个不同参数值分别为 1 4 2 5 3 6 对应的单位阶跃响应曲线 6 典型二阶环节 G S 2 2 2 2 nn n SS K 令 K 不变 取 K 1 令 n 10 取不同值 1 0 2 0 3 3 0 6 0 1 4 1 5 1 2 1 对应的单位阶跃响应曲线 在输出曲线上标明对应的有关参数值 令 0 n取不同值 n1 5 n 2 6 对应的单位阶跃响应曲线 在输出曲线上标明对应的有关参数值 令 0 216 n取不同值 n1 5 n 2 6 对应的单位阶跃响应曲线 在输出曲线上标明对应的有关参数值 六 实验结果分析六 实验结果分析 比例环节是指输出信号能按一定比例 无延迟和无惯性的复现输入信号变化的环节 积分环节是指输入信号与输出信号成正比例 积分环节有一个很重要的特点 就是当输 入信号为零时 输出信号才能保持不变 而且 能保持在任何位置上 只要输入端有信号 哪怕是很微小的信号 它的输出就不可能稳定 会随着时间的推移不断积分 以致使输出 信号出现明显的变化 与比例环节不同的 积分环节的输出在某一时刻的数值与同时刻输 入量的数值没有一一对应的关系 它在某时刻的大小取决于从开始积分时起直到该时刻止 的一段时间里输出量增加和减少的总结果 因此 积分环节没有一定的静态特性关系式 也做不出有一定规律的静态特性曲线 惯性环节的动态特性参数 K 和 T 可以直接根据实验所得的阶跃响应曲线来确定 惯性环 节的阶跃响应曲线没有周期性的起伏 所以也叫非周期环节 惯性环节的阶跃响应曲线最 后一段和比例环节相似 即输出信号与输入信号成正比 但达到稳态值是有迟延的 T 越 小惯性环节就越接近比例环节 但从阶跃响应曲线的起始阶段来看 却又与积分环节相似 T 越大惯性环节就越接近积分环节 实际微分环节中 阶跃信号输入时 输出信号与输入信号成比例地跃变 变化量为输入 信号阶跃幅值的 倍 随