实验一MATLAB仿真

1、实验一 典型环节的MATLAB 仿真、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。、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 力按钮，即可进入如图1-1所示的SI

2、MULINK仿真 环境下。2.选才F File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规 模板。图1-1 SIMULINK仿真界面3.在simulink仿真环境下，创建所需要的系统。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”,untitled” 窗口。再将右边窗口中“ Transfer Fe#的图标用左键拖至新建的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

3、次事由高 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图标用左键才至新建的“ 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

4、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，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1 .比例环节的传递函数为G(s)Z2乙R2Ri2Ri 100K,R2 200K其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-3所示图1-3 比例环节的模拟电路及 SIMULINK 图形2 .惯性环节的传递函数为Z2G(s)Z1R2R1其对应

5、的模拟电路及R2C110.2s 1R1100K, R2200K,C1 1ufSIMULINK图形如图1-4所示。3 .积分环节（I）的传递函数为Z2G(s)-2ziR1C1s10.1sR1100K,C1 1uf其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-5所示。ULIT1D/A1ciRLX/ji0 2升1Transter Ftn图1-4惯性环节的模拟电路及 SIMULINK图形C1R1StepScopeTransfer Fen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Z2G(s) RiCiSsZiR1100K,C1 10ufC2C10.01uf其对应的

6、模拟电路及SIMULINK图形如图1-6所示C2C1黑T度A/D1StapDrivjtive图1-6微分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形5 .比例+ 微分环节（PD的传递函数为G(s)RiR2Z2R2-2(R1cls 1)(0.1s 1)乙Ri100K,Ci10ufC2Ci 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ULB/AlG(s)Z2Z1R2(11、八-)R1 R2 100K,C1 10ufsT 卜R1C1C2-IFStepDriJliv图1-7比例+微分环节的模拟电路及SIMULINK 图形其对应的模拟电路及SIM

7、ULINK图形如图1-8所示。StepIntagritar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。Gi(s)2Gi (s) 1Xr* T电加始E包|而痢（IF HiHu分析参数变化对系统的影响：从波形图可看出，比列环节是输出量与输入量成正比的关系， 既无失真也无 延迟，响应速度快。1 一1惯性环节Gi(s) 和G2(s) s 10.5s 1于 Wftp#F* Took 中*分析参数变化对系统的影响：从波形图可看出，惯性环节使得输出波形在开始时指数曲线上升，上升速度 与时间

8、常数有关。分析参数变化对系统的影响：积分作用从波形图可看出，积分环节的输出量反应了输出量随时间的积累, 随时间而逐渐增强，其反应速度较比列环节迟缓微分环节Gi(s)s哈闻41r* UM X Dk融 AwwnC* Tf 1咏口:电 分析参数变化对系统的影响：从波形图可看出，微分环节的输出反应里输入信号的变化速度，即微分环节能预 示输入信号的变化趋势，但是若输入为一定值，则输出为零。 比例+ 微分环节(PD Gi(s) s 2和G2(s) s 1Vwfc也依引忡au加l啕i I1d|jMHC4i|MW9 1 - IC (90C分析参数变化对系统的影响：从波形图可看出，比列作用于微分作用一起构成比列

9、微分环节让系统较单独 的比列环节作用稳定，输出稳定时的幅值与比例环节的比例系数成正比。比例+积分环节(PI) Gi(s)1 GG21/sr=iCnjrohip 回 SirrH.ilhimn llrtp分析参数变化对系统的影响：从波形图可看出，积分环节和比列环节一起作用使得系统的响应速度变快了，其输出与积分时间常数有关。心得体会通过本次试验，我掌握了如何在MATLAB用SIMULIN3能模块创建一个模 块，并用波形图把它显示出来。通过观察各系统在单位阶跃信号作用下的动态特 性，加深了我对各典型环节响应曲线的理解。同时理解了各个参数对波形图的影 响，力口深了我对各个电路的记忆和理解。五、实验报告1 .画出各典型环节的SIMULINK仿真模