实验五利用simulink进行控制系统计算机辅助设计

1、实验五实验五 控制系统设计的控制系统设计的simulinksimulink仿真实验仿真实验 一一. . 实验目的：实验目的：1.1.学习控制系统工具箱学习控制系统工具箱simulink;simulink;2.2.建立建立simulinksimulink动态结构图对控制系统进行串联超前校正实验；动态结构图对控制系统进行串联超前校正实验；3.3.建立建立simulinksimulink动态结构图对控制系统进行动态结构图对控制系统进行串联滞后校正实验；串联滞后校正实验；4.4.建立建立simulinksimulink动态结构图对控制系统进行串联滞后动态结构图对控制系统进行串联滞后- -超前校正超前校

2、正实实 验。验。二.实验原理( )r s( )c s( )gs)(sgc)(sh串联校正装置串联校正装置 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，常分别采用正、滞后校正和滞后超前校正等。在工程上，常分别采用pdpd、pipi和和pidpid不同的控制规律来实现上述的校正，用以改善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。系统的性能。因此校正装置也常称为控制器。三三. .实验内容实验内容 1. 1.设控制系统如图所示：设控制系统如图所示： 建立建立simuli

3、nksimulink动态结构图，观察其响应曲线。动态结构图，观察其响应曲线。 2.2.加入超前校正装置加入超前校正装置 ， 进行串联超进行串联超 前校正器设计，观察响应曲线，进行校正前后系前校正器设计，观察响应曲线，进行校正前后系 统性能指标对比。统性能指标对比。 3.3.进行串联滞后校正实验；进行串联滞后校正实验； 4.4.进行串联滞后进行串联滞后- -超前校正实验。超前校正实验。) 18 . 0(10ss)(sr)(sc-) 11 . 0()4 . 0()(sssgc如何创建一个simulink模型) 18 . 0(10ss)(sr)(sc-创建仿真系统模型的具体步骤如下：创建仿真系统模型

4、的具体步骤如下：（1 1）激活）激活simulinksimulink；（2 2）选择所需要的模块；）选择所需要的模块；（3 3）用连线连接各模块；）用连线连接各模块；（4 4）双击各模块，完成对模块的参数设置和修改。）双击各模块，完成对模块的参数设置和修改。 1.1.创建如下图所示的创建如下图所示的simulinksimulink动态结构图，设输入动态结构图，设输入 信号为单位阶跃信号，并观察响应曲线。信号为单位阶跃信号，并观察响应曲线。教材教材p213p213【例【例6.16.1】解：解：进入进入simulinksimulink后，打开一个空白的模型窗口，按以下后，打开一个空白的模型窗口，按

5、以下步骤进行操作：步骤进行操作：(1)(1)添加并编辑添加并编辑stepstep模块模块解：解：进入进入simulinksimulink后，打开一个空白的模型窗口，按以下后，打开一个空白的模型窗口，按以下步骤进行操作：步骤进行操作：(1)(1)在在sourcessources模块库中，拖动模块库中，拖动stepstep模块至模型窗口模块至模型窗口 双击该模块可以设双击该模块可以设置它的跳跃时间、初值置它的跳跃时间、初值和终值，如图所示。和终值，如图所示。(2)(2)打开打开simulinksimulink的的continuescontinues模块库，选择该库中的模块库，选择该库中的integ

6、rator integrator 和和transfer fcn transfer fcn 模块模块修改参数后修改参数后(3)(3)打开打开simulinksimulink的的mathmath模块库添加并编辑模块库添加并编辑sumsum模块模块(4)(4)打开打开simulinkssimulinks的的sinkssinks模块库添加模块库添加scopescope模块模块, ,并按如图连线，双击并按如图连线，双击scopescope模块，仿真曲线如图。模块，仿真曲线如图。观察响应曲线，读取性能指标参数。观察响应曲线，读取性能指标参数。2. 2. 串联超前校正实验串联超前校正实验观察响应曲线，读取性

7、能指标参数，观察响应曲线，读取性能指标参数，与校正前进行对比分析。与校正前进行对比分析。3. 3. 串联滞后校正实验串联滞后校正实验) 15 . 0)(12 . 0 (20sss)(sr)(sc- 设控制系统如图所示：设控制系统如图所示： 建立建立simulinksimulink动态结构图，观察其响应曲线。动态结构图，观察其响应曲线。 加入滞后校正装置加入滞后校正装置 ，进行串联滞，进行串联滞 后校正器设计，观察响应曲线，进行校正前后系后校正器设计，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。与时域性

8、能指标的关系。) 132.74()3 . 4()(sssgc教材教材p220p220【例【例6.36.3】1.校正前 可见，校正前系统不稳定，讨可见，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。因此用稳定性判据得出相同结论。因此系统需要校正。系统需要校正。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五方法获得。3. 3. 串联滞后串联滞后- -超前校正实验超前校正实验) 1125. 0)(1(20sss)(sr)(sc- 设控制系统如图所示：设控制系统如图所示： 建立建立simulinksimulink动态结构图，观察其响应曲线。动态结构图，观察其响应曲线。 加入滞后加入滞后- -超前校正装置超前校正装置 ， 进行串联校正器设计，观察响应曲线，进行校进行串联校正器设计，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。性能指标与时域性能指标的关系。) 111. 0)(12 .21() 1)(133. 2()(sssssgc教材教材p225p225【例【例6.56.5】1.校正前 可见，校正前系统不稳定。如可见