自动控制原理实验1

031040905 吴彬吴彬 实验一实验一 典型环节的典型环节的 MATLAB 仿真仿真 一 实验目的一 实验目的 1 熟悉 MATLAB 桌面和命令窗口 初步了解 SIMULINK 功能模块的使 用方法 2 通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性 加深对各典型环 节响应曲线的理解 3 定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响 二 二 SIMULINKSIMULINK 的使用的使用 MATLAB 中 SIMULINK 是一个用来对动态系统进行建模 仿真和分析的 软件包 利用 SIMULINK 功能模块可以快速的建立控制系统的模型 进行仿真 和调试 1 运行 MATLAB 软件 在命令窗口栏 提示符下键入 simulink 命令 按 Enter 键或在工具栏单击按钮 即可进入如图 1 1 所示的 SIMULINK 仿真 环境下 2 选择 File 菜单下 New 下的 Model 命令 新建一个 simulink 仿真环境常 规模板 3 在 simulink 仿真环境下 创建所需要的系统 以图 1 2 所示的系统为例 说明基本设计步骤如下 1 进入线性系统模块库 构建传递函数 点击 simulink 下的 Continuous 再将右边窗口中 Transfer Fen 的图标用左键拖至新建的 untitled 窗口 2 改变模块参数 在 simulink 仿真环境 untitled 窗口中双击该图标 即 可改变传递函数 其中方括号内的数字分别为传递函数的分子 分母各次幂由 高到低的系数 数字之间用空格隔开 设置完成后 选择 OK 即完成该模块 的设置 3 建立其它传递函数模块 按照上述方法 在不同的 simulink 的模块库中 建立系统所需的传递函数模块 例 比例环节用 Math 右边窗口 Gain 的 图标 4 选取阶跃信号输入函数 用鼠标点击 simulink 下的 Source 将右边 窗口中 Step 图标用左键拖至新建的 untitled 窗口 形成一个阶跃函数输 入模块 5 选择输出方式 用鼠标点击 simulink 下的 Sinks 就进入输出方式模 块库 通常选用 Scope 的示波器图标 将其用左键拖至新建的 untitled 窗 口 6 选择反馈形式 为了形成闭环反馈系统 需选择 Math 模块库右边 图 1 1 SIMULINK 仿真界面图 1 2 系统方框图 窗口 Sum 图标 并用鼠标双击 将其设置为需要的反馈形式 改变正负号 7 连接各元件 用鼠标划线 构成闭环传递函数 8 运行并观察响应曲线 用鼠标单击工具栏中的 按钮 便能自动运 行仿真环境下的系统框图模型 运行完之后用鼠标双击 Scope 元件 即可看 到响应曲线 三 实验原理三 实验原理 1 比例环节的传递函数为 KRKR R R Z Z sG200 1002 21 1 2 1 2 其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1 3 所示 2 惯性环节的传递函数为 ufCKRKR sCR R R Z Z sG1 200 100 12 0 2 1 121 12 1 2 1 2 其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1 4 所示 3 积分环节 I 的传递函数为 ufCKR ssCRZ Z sG1 100 1 0 11 11 111 2 其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1 5 所示 图 1 3 比例环节的模拟电路及 SIMULINK 图形 图 1 4 惯性环节的模拟电路及 SIMULINK 图 形 4 微分环节 D 的传递函数为 ufCKRssCR Z Z sG10 100 1111 1 2 ufCC01 0 12 其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1 6 所示 5 比例 微分环节 PD 的传递函数为 11 0 1 11 1 2 1 2 ssCR R R Z Z sG ufCCufCKRR01 0 10 100 12121 其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1 7 所示 6 比例 积分环节 PI 的传递函数为 1 1 1 1 1 2 1 2 sR sC R Z Z sG ufCKRR10 100 121 图 1 5 积分环节的模拟电路及及 SIMULINK 图 形 图 1 6 微分环节的模拟电路及及 SIMULINK 图 形 图 1 7 比例 微分环节的模拟电路及 SIMULINK 图形 曲线 其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1 8 所示 四 实验内容四 实验内容 按下列各典型环节的传递函数 建立相应的 SIMULINK 仿真模型 观察并 记录其单位阶跃响应波形 比例环节和 1 1 sG2 1 sG 图 1 8 比例 积分环节的模拟电路及 SIMULINK 图 形曲线 惯性环节和 1 1 1 s sG 15 0 1 2 s sG 积分环节 s sG 1 1 微分环节ssG 1 比例 微分环节 PD 和2 1 ssG1 2 ssG 比例 积分环节 PI 和 s sG 1 1 1 s sG 2 1 1 2 五 实验报告五 实验报告 1 画出各典型环节的 SIMULINK 仿真模型 2 记录各环节的单位阶跃响应波形 并分析参数对响应曲线的影响 应用公式 C s R s H s 再去反拉普拉斯变换 算出 c t 即对应 的波形显示 3 写出实验的心得与体会 平时课本上学不到的 在实验室可以学到 平时课本上学不到的