典型环节的MATLAB仿真[共11页]

1、实验一 典型环节的 MATLAB 仿真一、实验目的1熟悉 MATLAB 桌面和命令窗口,初步了解 SIMULINK 效用模块的使用方法。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、SIMULINK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 效用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

2、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。图 1-1 SIMULINK 仿真界面 图 1-2 系统方框图以图 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

3、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

4、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,组成闭环传递函数。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1比例环节的传递函数为Z R2 2G( s) 2 1 100 , 2 200R K R K Z R1 1其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1-3 所示。图 1-3 比

5、例环节的模拟电路及 SIMULINK 图形2 惯性环节的传递函数为R2Z R 22 1G( s) R1 100 K , R2 200 K ,C1 1ufZ R C 1 0.2 s 11 2 1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Z 1 12G(s) R1 100K , C1 1ufZ R C s 0.1s1 1 1其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1-5 所示。图 1-4 惯性环节的模拟电路及 SIMULINK 图形图 1-5 积分环节的模拟电路及及 SIMULINK 图形4微分环节 (D) 的传递函数为Z 2 C C

6、0.01ufG(s) R1C1 s s R1 100K ,C1 10uf 2 1Z1其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1-6 所示。图 1-6 微分环节的模拟电路及及 SIMULINK 图形5 比例+微分环节（ P D）的传递函数为Z R2 2 R C s sG( s) ( 1 1 1) (0.1Z R1 11)R1 R2 100K ,C1 10uf C2 C1 0.01uf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1RZ C s 122 1G( s) (1 ) R1 R2 100K ,C1 10ufZ R s1 1图 1

7、-7 比例+微分环节的模拟电路及 SIMULINK 图形其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1-8 所示。图 1-8 比例+积分环节的模拟电路及 SIMULINK 图形四、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。1 比例环节 ( ) 1G1 s 和G1(s) 2 ；2 惯性环节1G (s) 和1s 1G2(s)10. 5s13 积分环节G ( ) 1s1s4 微分环节 G1(s) s5 比例+微分环节（ P D） ( ) 2G1 s s 和G2(s) s 16 比例+积分环节（ PI）G1 ( ) 1 1 和G (s) 1 12sss2、五、实验报告1画出各典型环节的 SIMULINK 仿真模型。2. 记录