课件-2.8-MATLAB-Simulink实验指导

第2章·自动控制理论和应用2.8MATLAB/Simulink实验指导7个上机实验——从MATLAB基本操作到Simulink建模仿真与控制系统设计本节知识链实验基本信息→实验环境→报告要求→实验一~三→实验四~五→实验六~七实验一MATLAB的简单使用|实验二Simulink基本操作|实验三求解微分方程|实验四分析稳定性|实验五分析一、二阶系统|实验六设计PID控制器|实验七电机串级控制机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件本节导图2.8MATLAB/Simulink实验指导·内容与知识主线数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件0201实验基本信息·环境·报告要求课程名称/14学时/实验对象/实验目的；硬件与软件环境；实验报告7项要求与完整版指导书02实验一·实验二MATLAB与Simulink入门界面五大组件、基本运算、脚本文件与长方体/房贷案例；启动Simulink、典型模块、建模型与仿真参数03实验三求解一阶与二阶微分方程方程变形→搭建积分器模型→连接与设参数→用Scope观察数值解，并与解析解对照04实验四·实验五稳定性与一、二阶系统用传递函数+阶跃响应判断稳定性；改变时间常数T、阻尼比ζ与自然频率ωₙ比较响应曲线05实验六·实验七·本章小结·思考题PID反馈控制系统与试凑法/临界比例度法/ZN第一法；电机串级控制（速度环+电流环）；本章小结与思考题收尾主线·知识链MATLAB基础↓Simulink建模↓微分方程↓稳定性判断↓一/二阶系统↓PID整定↓串级控制学习目标学完2.8，你将能够…数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件03知识目标①熟悉MATLAB的操作界面及基本功能区②掌握变量定义、表达式运算与函数调用的语法③知道Simulink的启动方式、典型模块与仿真参数设置④理解积分器（Integrator）在微分方程建模中的作用⑤理解传递函数、极点与系统稳定性的关系⑥说出T、ζ、ωₙ对系统动态性能的影响⑦理解Kp、Ki、Kd的作用与三种PID整定方法⑧理解串级控制中速度环与电流环的分工技能目标①能新建、运行.m脚本并用disp/fprintf输出结果②能用Simulink搭建相加、相减、相乘的简单模型③能把一阶、二阶微分方程转成Simulink模型并仿真④能用阶跃响应判断稳定性，并用roots求极点⑤能改变T、ζ、ωₙ分别比较响应曲线的差异⑥能搭建PID反馈控制系统并整定参数⑦能搭建电机串级控制模型并观测速度、电流响应素质目标①按实验报告要求规范记录数据与结论的习惯②先内环、后外环的系统调试思维③先用公式给初值、再按响应曲线微调的方法论④用仿真验证分析结论、不凭感觉下判断的严谨态度⑤团队协作与上机安全、设备爱护意识本节关键实验课的目标不是“跑出图”，而是用MATLAB/Simulink把第2章的分析与设计结论亲手验证一遍：会算、会建模、会判稳、会整定。实验基本信息·实验环境·实验报告要求课程名称与课时·硬件软件环境·报告七项要求·七次实验目录基本信息→实验环境→报告要求→实验目录机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识储备实验基本信息数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件0514学时实验课时7次实验次数2学时/次建议每次实验课程名称机电系统控制原理及应用实验课时14学时（建议每次实验2学时，共7次实验）实验对象高职自动化类专业学生实验目的通过本实验课程，使学生掌握MATLAB的基本使用方法，熟悉Simulink的操作流程，能够运用Simulink进行系统建模、仿真与分析，为后续专业课程的学习和实际工程应用打下基础。一句话七次实验一条线：先会用工具（MATLAB/Simulink），再用工具验证理论（稳定性、一/二阶、PID、串级）。知识储备实验环境数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件06硬件环境计算机，建议配置为IntelCorei5及以上处理器，8GB及以上内存，500GB及以上硬盘空间。软件环境MATLABR2024a及以上版本（包含Simulink工具箱）。i5及以上处理器8GB及以上内存500GB及以上硬盘空间R2024a及以上MATLAB版本本课程实验会用到的Simulink模块库Sources（Step、SineWave、Constant）Sinks（Scope、Display）MathOperations（Sum、Gain）Continuous（Integrator、TransferFcn、PIDController）Discrete（PIDController）ElectricDrives（电机模块）配套文件📄完整版实验指导书可下载：matlab实验指导书V1.docx（教材配套文件，与本节内容一致）。知识储备实验目录：七次上机实验数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件07实验一MATLAB的简单使用，日常生活的计算——界面与基本运算·脚本文件·长方体与房贷案例实验二Simulink基本操作，典型模块介绍——库浏览器·Step/Sum/Constant/Scope·相加相减相乘模型实验三Simulink求解微分方程（一阶和二阶）——方程变形·积分器·状态空间形式实验四分析稳定性——传递函数G(s)=1/(s²+2s+5)+阶跃响应，判断稳定与不稳定实验五分析一、二阶系统——时间常数T；阻尼比ζ与自然频率ωₙ对动态性能的影响实验六仿真反馈控制系统，设计PID控制器——试凑法·临界比例度法·Ziegler-Nichols第一法实验七仿真电机串级控制——速度环+电流环·电机模块·测量与反馈·阶跃跟随课时安排总14学时，建议每次实验2学时、共7次；每完成一个实验即按报告要求提交一份实验报告。知识储备实验报告要求：每次实验均需提交数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件08实验基本信息实验名称；学生姓名、学号、班级；实验日期。实验目的简述用自己的话写。实验内容与步骤描述完成的任务（如做了哪些计算），可附上关键代码截图或粘贴代码段。实验结果展示运行结果（文字输出或图像），分析是否符合预期。遇到的问题与解决方案如“忘记加分号导致重复输出”“变量名拼错造成错误”。每个实验思考部分的回答把该实验“思考”栏的每一问都写清楚。心得体会不少于100字。提交前自查七项一项都不能少：信息→目的→内容与步骤（含代码）→结果与分析→问题与解决→思考题→心得。实验一MATLAB的简单使用日常生活的计算·界面与功能区·基本数学运算·脚本文件·长方体案例·房贷月供实验目的→界面组成→基本运算→长方体→房贷计算机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识储备实验一MATLAB的简单使用：目的与内容数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件10实验目的①熟悉MATLAB软件的操作界面及基本功能区；②掌握MATLAB中变量定义、表达式运算与函数调用的基本语法；③学会利用MATLAB解决日常生活中的数学问题，如几何计算、财务计算等；④初步掌握脚本文件（.m文件）的创建与运行方式。实验内容①MATLAB操作界面介绍，包括命令窗口、工作空间、历史命令窗口等；②基本数学运算，如加、减、乘、除、幂运算等；③求解日常生活中的数学问题，如计算房贷还款额、计算物体的体积和表面积等。实验一主线认识界面→会用命令窗口算→会写.m脚本→解决几何与财务的实际问题为什么要先做这个实验MATLAB的语言特点是“矩阵为基本单位、交互与脚本双模式”：命令窗口里逐条试算、立刻看到结果，编辑器里把试好的语句写成脚本、反复运行。这个实验就是让这两条路都走通。知识要点实验一步骤①启动MATLAB与界面组成数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件11启动MATLAB软件：双击桌面上的MATLAB图标，或者从开始菜单中找到MATLAB程序并启动。启动后，会看到MATLAB的操作界面，主要界面组成如下表：组件功能说明命令窗口（CommandWindow）输入命令并立即执行，显示结果；是交互式编程的主要区域工作空间（Workspace）显示当前所有已定义的变量名称、值、类型和大小历史命令窗口（CommandHistory）记录用户输入过的命令，便于重复使用当前文件夹（CurrentFolder）展示当前目录下的文件，方便管理.m文件编辑器（Editor）编写和保存脚本或函数文件的地方五个组件的分工命令窗口是交互式编程的主要区域；工作空间让你随时看清有哪些变量；历史命令窗口便于重复使用命令；当前文件夹方便管理.m文件；编辑器用来编写和保存脚本或函数文件。编程要点实验一步骤②基本数学运算数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件12命令窗口：逐行输入，回车立即执行%加法运算3+5%减法运算10-4%乘法运算2*6%除法运算8/2%幂运算3^2操作说明在命令窗口中，可以直接输入数学表达式进行计算；按下回车键后，MATLAB会立即显示计算结果。先练命令窗口命令窗口是交互式编程的主要区域：输入一条、算一条、看一条，适合试算和排错；把试好的语句整理进.m脚本文件，就能一次运行、反复使用。例题精讲实验一步骤③案例：长方体体积与表面积数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件13案例：长方体体积与表面积计算问题描述：给定一个长方体，其长为5cm，宽为3cm，高为2cm，求其体积和表面积。公式回顾：体积V=l×w×h；表面积S=2(lw+lh+wh)。编写脚本：打开【新建脚本】→在编辑器中输入如下代码%实验一：长方体体积与表面积计算clear;clc;%清空工作空间和命令窗口%定义变量length=5;width=3;height=2;%计算volume=length*width*height;surface_area=2*(length*width+length*height+width*height);%输出结果disp(['长方体的体积为：',num2str(volume),'cm³']);disp(['长方体的表面积为：',num2str(surface_area),'cm²']);运行脚本点击工具栏上的绿色“运行”按钮，或按F5键运行，查看命令窗口输出结果。例题精讲实验一步骤③关键点解释与预期输出数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件14clear清除内存中的变量，避免冲突clc清屏，使输出整洁num2str()将数值转换为字符串以便拼接输出运行脚本点击工具栏上的绿色“运行”按钮，或按F5键，查看命令窗口输出结果。30cm³预期输出：长方体的体积62cm²预期输出：长方体的表面积小结clear清变量→clc清屏→定义变量→计算→用disp+num2str输出：这就是.m脚本的基本骨架；把length改成别的数再运行一次，体积和表面积会自动重算。例题精讲实验一扩展练习房贷月供计算数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件15等额本息还款法变量与示例数据M为每月还款额，P为贷款总额（本金），r为月利率（年利率÷12），n为还款总月数（年限×12）；示例数据：50万元、4.9%、30年（360个月）。脚本代码（扩展练习）%房贷月供计算P=500000;%贷款总额annual_rate=0.049;r=annual_rate/12;%月利率n=30*12;%总月数%计算月供M=P*(r*(1+r)^n)/((1+r)^n-1);%输出结果fprintf('每月应还金额为：%.2f元\n',M);接着算把贷款金额、年利率、期限改成30万元/4.2%/20年再算一次——这正是课堂练习的第4题。思考练习实验一·课堂练习与思考数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件16课堂练习①命令窗口练习：依次输入并计算以下表达式，记录结果：（1）3^4+sqrt(81)；（2）(25-7)*4/6；（3）sin(pi/6)与cos(pi/3)。观察计算结果，说明MATLAB中sin、cos等三角函数默认使用什么单位。②编写脚本文件：给定圆柱体底面半径r=3、高度h=5，用公式V=πr²h计算体积、S=2πrh计算侧面积，用disp输出结果并运行（体积约141.37）。③温度换算：编写脚本，将摄氏温度C=25转换为华氏温度F=C×9/5+32，用fprintf输出，并验证25℃对应77℉。④修改房贷计算程序：贷款金额改为30万元、年利率4.2%、期限20年，重新计算月供、还款总额与总利息；再把期限改为10年重新计算，比较月供差异并写出结论。思考①MATLAB中clear和clc的作用分别是什么？能否省略？②如果我把length=5;写成Length=5;，会发生什么？③除了体积和表面积，还能用MATLAB解决哪些实际问题？请举例两个。提示：三问分别对应本实验脚本的前两行、变量定义与两个案例（长方体、房贷），答案都能在自己的实验记录里找到。自查标准四道练习都要跑出结果并与预期值对照；三道思考题按实验报告要求逐题作答，重点说清“命令窗口与脚本文件各适合做什么”。实验二Simulink基本操作，典型模块介绍库浏览器与模型窗口·典型模块·相加相减相乘·仿真参数设置实验目的→典型模块→启动建模→添加模块→运行仿真机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识储备实验二Simulink基本操作：目的与内容数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件18实验目的①掌握Simulink的启动方式与模型创建流程；②熟悉常用信号源、数学运算、输出显示等典型模块的功能；③能独立搭建简单的信号处理模型；④理解模块连接规则与仿真参数设置的重要性。实验内容①Simulink操作界面介绍，包括模型窗口、模块库浏览器等；②典型模块介绍，如输入模块（Step、SineWave等）、输出模块（Scope、Display等）、数学运算模块（Gain、Sum等）；③创建一个简单的Simulink模型，实现两个信号的相加、相减、相乘。实验二主线打开库浏览器→新建空白模型→拖模块→连线→设仿真参数→Run→双击Scope看波形和实验一的关系实验一练的是“输入一句、算一句”；实验二开始搭“系统”：模块是部件、连线是信号通道、仿真参数决定算多久，这三件事就是Simulink的全部基础。知识要点实验二典型模块与所属模块库数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件19模块类别所在库典型模块用途与本课程中的出现位置输入模块SourcesStep、SineWave、Constant提供阶跃、正弦与常值信号作为系统输入（实验二、三、五、六、七）输出模块SinksScope、Display显示波形与数值，用于观察响应、读取数据（全部实验）数学运算模块MathOperationsGain、Sum实现相加、相减与增益放大；Sum需双击设置符号（实验二、三、六、七）连续系统模块ContinuousIntegrator、TransferFcn、PIDController求解微分方程、描述传递函数、构成连续PID控制器（实验三、四、五、六、七）离散与电机模块Discrete/ElectricDrivesPIDController、直流电机模块搭建离散速度控制器与电机串级控制系统（实验七）怎么用这张表先想“我要产生信号、还是要运算、还是要看结果”，再去对应的库里找模块——实验二要用的Step、Sum、Constant、Scope分别来自Sources、MathOperations与Sinks。知识要点实验二步骤①②启动Simulink与创建模型数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件20在MATLAB命令窗口中输入：simulink步骤①启动Simulink在MATLAB命令窗口中输入simulink命令，然后按下回车键，打开Simulink库浏览器。步骤②创建新模型在Simulink库浏览器中，点击“新建”按钮（或者使用快捷键Ctrl+N），创建一个新的空白模型窗口。simulink命令窗口中输入的命令Ctrl+N新建模型的快捷键空白模型新建后得到的模型窗口入口在哪Simulink从MATLAB里进：先由命令窗口打开库浏览器，再从库浏览器新建空白模型，之后所有模块都从库浏览器拖进这个模型窗口。知识要点实验二步骤③添加四种模块数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件21Step模块在“Sources”库中拖放Step模块到模型窗口，用于产生阶跃信号作为系统输入。Sum模块在“MathOperations”库中拖放Sum模块，双击设置其符号（例如设置为“+-”，表示一个正输入端口和一个负输入端口）。Constant模块从“Sources”库拖放Constant模块，双击将其值设置为2。Scope模块从“Sinks”库拖放Scope模块，用于显示信号的波形。共同点四个模块都是“从库里拖到模型窗口”，拖进来后双击即可改参数——Sum改符号、Constant改数值，Step与Scope一般保持默认即可。知识要点实验二步骤④⑤⑥连接、设参数、运行仿真数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件22信号流Step──▶Sum（符号“+-”）──▶Scope；Constant（值=2）──▶Sum的另一个输入端口。④连接模块将Step模块输出连接到Sum模块的一个输入端口，将Constant模块输出连接到Sum模块的另一个输入端口，将Sum模块输出连接到Scope模块输入端口。⑤设置仿真参数选择“Simulation”→“ModelConfigurationParameters”，在“Solver”选项卡中设置“Starttime”为0、“Stoptime”为10，点击“OK”保存。⑥运行仿真点击模型窗口工具栏中的“Run”按钮，仿真结束后双击Scope模块查看两个信号相加后的波形。顺序不能颠倒先连线、再设仿真参数、最后Run：仿真参数里的Start/Stoptime决定“算多久”。思考练习实验二·课堂练习与思考数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件23课堂练习①搭建模型实现y=2sin(t)+1：添加SineWave（幅值2、频率1）、Constant（值1）、Sum、Scope和Display模块，仿真5s，记录t=2s时Display的读数，并用2sin(2)+1验算（约2.819）。②信号链练习：按SineWave（频率1）→Gain（增益3）→Sum（加Constant2）→Scope搭建模型，对比原正弦波形，说明Gain和Constant分别改变了信号的什么特征。③参数对比：把Stoptime由10改为20，分别用默认的可变步长和固定步长0.01仿真，观察Scope波形并比较两次仿真的耗时，写出固定步长仿真的特点。思考①为什么Sum模块要设置符号？如果不设置会怎样？②能否将多个信号同时接入Scope？如何实现？③Stoptime设为5和10有什么区别？会影响精度吗？提示：三问的答案都在本实验的模块参数（Sum的符号、Scope的端口数）与仿真参数（Start/Stoptime）里，动手改一改就能验证。自查标准能独立完成“拖模块→连线→设参数→Run→读Scope”的完整流程，并说清Gain、Constant、Stoptime各自改变了什么。实验三求解微分方程（一阶和二阶）Simulink建模·方程变形·积分器积分链·一阶与二阶模型·解析解对照实验目的→一阶方程→二阶方程→状态空间机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识储备实验三Simulink求解微分方程：目的与内容数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件25实验目的①掌握将微分方程转化为Simulink模型的方法；②理解积分器（Integrator）模块的核心作用；③能够通过仿真获得微分方程的数值解；④对比不同初始条件下的响应差异。实验内容①一阶微分方程求解，如dy/dt+y=u(t)；②二阶微分方程求解，如y″+2y′+2y=sin(t)。建模的通法：把最高阶导数解出来为什么积分器是核心Simulink不会“解”微分方程，它只会做加、减、乘和积分：把最高阶导数写成其余各项的组合，再用Integrator逐次积分还原出y′与y，方程就变成了图形。知识要点实验三一阶微分方程：方程变形与建模数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件26方程变形（u为输入，取常值1）创建模型添加Constant模块（值1）、Sum模块（符号“+-”）、Integrator模块（Continuous库）和Scope模块。Constant值1，提供常值输入u。Sum符号“+-”，完成u−y。IntegratorContinuous库，把y′积成y。Scope显示y(t)的响应曲线。连接模块①Constant→Sum正输入；②Integrator输出→Sum负输入；③Sum输出→Integrator输入；④Integrator输出→Scope。教材图示实验三一阶微分方程Simulink模型搭建参考数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件27仿真设置与结果对照设置仿真参数：Starttime为0，Stoptime为10。运行仿真：点击“Run”按钮，仿真结束后双击Scope查看结果。解析解为y(t)=1−e^(−t)，稳态值趋于1。模型中的Integrator输出既是系统的y，又接回Sum的负输入端。读图：Constant（值1）→Sum（符号“+-”）→Integrator（Continuous库）→Scope。一阶微分方程Simulink模型搭建参考对照理解仿真曲线应与解析解y(t)=1−e^(−t)一致：从0出发单调上升，稳态趋于1。知识要点实验三二阶微分方程：状态空间变形与建模数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件28方程变形：y″+2y′+2y=sin(t)，设x₁=y、x₂=y′创建模型添加SineWave模块（频率1）、两个Sum模块（符号分别为“-+-”和“-”）、两个Integrator模块、一个Gain模块（增益2）和Scope模块。SineWave频率1，提供sin(t)输入。两个Sum符号分别为“-+-”和“-”。两个Integrator串联构成积分链，逐次得到x₂、x₁。Gain+ScopeGain增益2；Scope显示y的响应。关键二阶方程要做两次积分，所以必须用两个Integrator：一个把x₂积成x₁，另一个把dx₂/dt积成x₂；Gain（增益2）对应方程里的2y′项。知识要点实验三二阶模型：连接模块数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件291.SineWave→第一个Sum正输入；2.第一个Integrator输出→第一个Sum负输入；3.第二个Integrator输出→第一个Sum另一个负输入；4.第一个Sum输出→第二个Integrator输入；第二个Integrator输出→第二个Sum负输入，并经Gain（增益2）后接到第二个Sum另一个负输入；5.第二个Sum输出→第一个Integrator输入；第一个Integrator输出→Scope。Start0仿真起始时间Stop20仿真结束时间运行点击“Run”按钮，仿真结束后双击Scope查看结果；对照下一页的模型图，逐根检查连线是否与上面的说明一致。教材图示实验三二阶微分方程Simulink模型搭建参考数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件30读图与运行两个Integrator串成积分链，两个Sum分别承担“一次项+常数项”的求和。Gain模块（增益2）对应方程y″+2y′+2y=sin(t)中的2y′项。设置仿真参数：Starttime为0，Stoptime为20。运行仿真：点击“Run”按钮，仿真结束后双击Scope查看结果。把Gain由2改为4（课堂练习第3题），观察波形振荡频率与幅值的变化。二阶微分方程Simulink模型搭建参考对照检查连线多、易错：建议先接两个Sum的输入，再接两条积分链，最后接Scope。思考练习实验三·课堂练习与思考数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件31课堂练习①一阶系统练习：把Constant模块的值由1改为2，仿真10s，记录响应稳态值；用解析解y(t)=2(1−e^(−t))计算t=1、3、5s时的值，与Scope/Display读数对比。②初始条件练习：双击Integrator模块，将Initialcondition由0改为1，重新仿真，观察响应曲线的变化，说明初始条件是否影响系统的稳态值。③二阶系统练习：保持其他参数不变，把Gain模块的增益由2改为4，重新仿真，观察波形振荡频率与幅值的变化，说明该增益对应微分方程中的哪一项。思考①Integrator模块的作用是什么？能否用其他模块替代？②如果去掉Constant模块，一阶系统的响应会如何？③为什么二阶系统要用两个Integrator？提示：三问都围绕“积分器=微分方程的图形化写法”展开，答案就在一阶与二阶两个模型的搭建过程里（实验步骤①②与二阶方程变形）。自查标准能把“方程变形→搭模型→定参数→读曲线”连成一条线，并说清积分器在一个模型里为什么会出现一次或两次。实验四分析稳定性传递函数模型·阶跃响应·稳定与发散的判断实验目的→搭建模型→阶跃响应→判断准则机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识储备实验四分析稳定性：目的与内容数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件33实验目的掌握使用Simulink分析系统稳定性的方法。实验内容①对于一个线性时不变系统，通过观察系统的阶跃响应来判断其稳定性；②例如，分析下方公式条中传递函数所描述系统的稳定性。本实验分析的系统（TransferFcn：分子[1]，分母[125]）判断思路给系统加一个单位阶跃输入，看输出最后是停在某个稳定值上，还是越跑越远：趋于稳定值→系统稳定；曲线发散→系统不稳定。这是最直观的稳定性实验判据。知识要点实验四实验步骤：搭模型、看响应、下结论数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件341.创建模型：添加Step模块、TransferFcn模块（分子[1]，分母[125]）和Scope模块。2.连接模块：Step→TransferFcn→Scope。3.设置仿真参数：Starttime为0，Stoptime为10。信号流Step──▶TransferFcn（分子[1]，分母[125]）──▶Scope运行仿真点击“Run”按钮进行仿真；仿真结束后双击Scope观察阶跃响应曲线。分析结果如果响应曲线最终趋于一个稳定值，则系统是稳定的；如果响应曲线发散，则系统是不稳定的。思考练习实验四·课堂练习与思考数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件35课堂练习①稳定系统：搭建分母为[125]的传递函数模型，仿真10s，记录阶跃响应曲线形态（衰减振荡并趋于稳态值）。②不稳定系统：把分母改为[1-25]，重新仿真，记录曲线形态；再在命令窗口用roots([1-25])求极点，说明极点实部符号与系统稳定性的关系。③临界状态：把分母改为[105]，重新仿真，观察曲线是否出现等幅振荡，说明此时系统处于什么状态。思考①什么是系统的稳定性？工程中为何重要？②能否仅凭传递函数判断稳定性？如何判断？③若把分母改为[1-25]，系统还稳定吗？提示：第③问用本实验课堂练习②的roots([1-25])一试即知；稳定性的一般判据见2.3节的稳定性分析（劳斯判据、极点实部）。自查标准能通过阶跃响应曲线区分“衰减振荡并趋于稳态”“等幅振荡”“发散”三种形态，并能用roots求出极点来佐证自己的判断。实验五分析一、二阶系统时间常数T·阻尼比ζ·自然频率ωₙ·超调与调节时间实验目的→一阶系统→二阶系统→参数对比机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识储备实验五分析一、二阶系统：目的与内容数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件37实验目的①理解一阶系统的时间常数T对响应速度的影响；②掌握二阶系统的阻尼比ζ与自然频率ωₙ对动态性能的影响；③能通过改变参数比较不同响应曲线。实验内容①一阶系统分析（标准形式见下方左卡），分析不同时间常数T对系统响应的影响；②二阶系统分析（标准形式见下方右卡），分析不同阻尼比ζ和自然频率ωₙ对系统响应的影响。一阶系统标准形式二阶系统标准形式两个参数、三种变化一阶系统只看一个参数——时间常数T；二阶系统看两个参数——阻尼比ζ决定“振荡多不多”，自然频率ωₙ决定“快不快”。本实验就是把这三种变化分别用曲线比出来。知识要点实验五一阶系统分析步骤数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件381.创建模型：添加Step模块、TransferFcn模块（分子[1]，分母[T1]，T分别取0.5、1、2等）和Scope模块。2.连接模块：Step→TransferFcn→Scope。3.设置仿真参数：Starttime为0，Stoptime为10。4.运行仿真并分析：分别设置T为不同值进行仿真，观察不同T值下系统的阶跃响应曲线，分析时间常数T对系统响应速度和稳态值的影响。T=0.5响应最快T=1居中T=2响应最慢对照记录把T=0.5、1、2三条曲线画在同一张图上比较：T越大，上升越慢，但稳态值都一样——时间常数只影响“多快到位”，不影响“最终到哪”。教材图示实验五一阶系统分析模型搭建参考数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件39读图与练习模型同实验四：Step→TransferFcn→Scope，不同的是分母随T变化。分子取[1]，分母取[T1]，改T就是改传递函数的极点（−1/T）。课堂练习：T分别取0.5、1、2、5，读取响应达到稳态值63.2%所需时间（约等于T）。记录数据，写出“时间常数T越大，响应越____”的结论。仿真参数：Starttime为0，Stoptime为10。一阶系统分析模型搭建参考图关键数字t=T时一阶系统响应达到稳态值的63.2%——这是用曲线读时间常数的依据。知识要点实验五二阶系统分析步骤数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件401.创建模型：添加Step模块、TransferFcn模块（分子ωₙ²，分母[12ζωₙωₙ²]，ωₙ可取1、2等值，ζ可取0.1、0.5、1、2等不同值）和Scope模块。2.连接模块：Step→TransferFcn→Scope。3.设置仿真参数：Starttime为0，Stoptime为20。4.运行仿真并分析：分别设置ζ和ωₙ为不同值进行仿真，观察不同参数值下系统的阶跃响应曲线，分析阻尼比ζ和自然频率ωₙ对系统超调量、调节时间和稳态误差的影响。两类对比改动阻尼比ζ：0.1、0.5、1、2（固定ωₙ=1）；改动自然频率ωₙ：1、2、5（固定ζ=0.5）。观察什么阻尼比ζ看超调量，自然频率ωₙ看响应快慢；把超调量、调节时间、稳态误差三项指标逐一记录下来，才能比较出参数的影响规律。教材图示实验五二阶系统分析模型搭建参考数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件41读图与练习模型结构不变：Step→TransferFcn→Scope；改的是分母[12ζωₙωₙ²]与分子ωₙ²。课堂练习①：固定ωₙ=1，ζ取0.1、0.5、1、2，记录超调量（ζ=0.1约73%，ζ=0.5约16%，ζ≥1时无超调）。课堂练习②：固定ζ=0.5，ωₙ取1、2、5，比较响应快慢，说明ωₙ对响应速度的影响。注意分子也要同步改成ωₙ²，否则传递函数的直流增益不是1。二阶系统分析模型搭建参考图变化规律ζ越大超调越小，ζ≥1后不再超调；ωₙ越大，响应越快、振荡也越密。思考练习实验五·课堂练习与思考数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件42课堂练习①一阶系统练习：G(s)=1/(Ts+1)，T分别取0.5、1、2、5，仿真并读取响应达到稳态值63.2%所需时间（约等于T），记录数据，写出“时间常数T越大，响应越____”的结论。②二阶系统练习：固定自然频率ωₙ=1，阻尼比ζ分别取0.1、0.5、1、2，仿真并记录超调量（ζ=0.1时约73%，ζ=0.5时约16%，ζ≥1时无超调），写出超调量随ζ增大的变化规律。③固定ζ=0.5，ωₙ分别取1、2、5，比较响应快慢，说明自然频率ωₙ对系统响应速度的影响。思考①什么是调节时间？一般取多少误差带？②ζ=0时系统会怎样？③如何快速判断一个系统是几阶的？提示：三问都属2.3节一、二阶系统分析的内容；本实验课堂练习里记录的超调量与63.2%数据就是回答第①问的依据。自查标准能独立完成“改一个参数→跑一次仿真→读三个指标”的对比实验，并用数据说出T、ζ、ωₙ各自影响哪一项性能。实验六仿真反馈控制系统，设计PID控制器闭环结构·PID三参数·试凑法/临界比例度法/ZN第一法实验目的→搭建模型→参数规律→三种整定机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识储备实验六设计PID控制器：目的与内容数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件44实验目的①理解闭环反馈控制的基本结构；②掌握PID控制器的工作原理及其参数调节方法；③能使用Simulink搭建PID控制系统并优化性能。实验内容①建立一个反馈控制系统模型，包含被控对象和PID控制器；②调整PID控制器的参数（比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd），观察系统的响应特性；③目标：使系统阶跃响应快速、平稳、无静差。被控对象（与实验步骤一致）：TransferFcn分子[1]，分母[121]三个目标一起看“快速”看上升快不快，“平稳”看超调小不小，“无静差”看最终能不能落到设定值上——PID三个参数正是围绕这三件事互相牵制的。教材图示实验六反馈控制系统模型与实验步骤数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件45PID反馈控制系统模型搭建参考创建模型Step（参考输入）、TransferFcn（被控对象，分子[1]，分母[121]）、PIDController、Sum（符号“-+”）、Scope。连接模块Step→Sum正输入；TransferFcn输出→Sum负输入；Sum输出→PIDController→TransferFcn→Scope。设置PID参数双击PIDController模块，手动调整Kp、Ki、Kd，或点击“Tune”打开PIDTuner界面自动调参。仿真参数与运行Starttime为0、Stoptime为15；运行后观察Scope中系统的阶跃响应曲线，分析不同PID参数对超调量、调节时间和稳态误差的影响。教材图示实验六PIDController模块参数设置界面数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件46参数设置与调节规律双击PIDController模块，手动调整Kp、Ki、Kd，或点击“Tune”打开PIDTuner界面自动调参。Kp↑→响应加快，但易超调；Ki↑→消除稳态误差，但可能引起振荡；Kd↑→抑制超调，改善稳定性。目标：使系统阶跃响应快速、平稳、无静差。PIDController模块参数设置界面（双击模块打开，可设置Kp、Ki、Kd或点击Tune自动调参）填写方式本实验的参数按Parallel形式直接填入Kp、Ki、Kd三个数值。例题精讲实验六例二阶被控对象PID整定（1）试凑法数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件47题目：二阶被控对象的PID参数整定全过程被控对象：G(s)=1/(s²+2s+1)（TransferFcn分子[1]，分母[121]，与实验步骤一致）。整定方法详见2.4.3节。控制目标：单位阶跃输入（r=1）下稳态无静差，超调量≤10%，调节时间≤3s（5%误差带）。①纯比例Kp=1→稳态值0.5（静差50%）；Kp=5→稳态值0.833（静差16.7%）；Kp=10→稳态值0.909（静差9.1%）。响应越来越快，但静差始终存在——说明必须引入积分作用。②比例积分保持Kp=8，加入Ki=2→稳态值约0.999，静差基本消除，但超调约29%、振荡偏强。③比例积分微分在Kp=8、Ki=2的基础上加入微分并微调：Kp=9、Ki=2、Kd=1.5→超调降至约9%，调节时间约2.6s，静差约0.1%，满足控制目标。最终参数（试凑法）Kp=9、Ki=2、Kd=1.5（在PIDController模块中按Parallel形式直接填入）。例题精讲实验六例PID整定（2）临界比例度法·找临界点数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件48为什么换对象对本节的二阶被控对象，纯比例控制下闭环特征方程为s²+2s+(1+Kp)=0，阻尼项恒为2——无论Kp取多大都不会出现等幅振荡，故临界比例度法不适用于本对象，改用三阶对象演示。改用三阶对象（TransferFcn：分子[1]，分母[16116]）①找临界振荡点只保留纯比例，逐步增大Kp：Kp=10时衰减振荡；Kp=30时振荡加剧；Kp=60时出现等幅振荡。由s²+11=0得振荡频率ω=√11，故临界增益与临界周期为临界点Kcr是刚开始出现等幅振荡的比例增益，Tcr是这时的振荡周期——临界比例度法的两个输入量，就靠这一步实测出来。例题精讲实验六例PID整定（2）按公式计算与仿真验证数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件49临界比例度法整定公式（Ziegler-Nichols公式组）Kp=36比例系数Ti≈0.95s积分时间Td≈0.24s微分时间仿真验证无静差，但超调约44%——ZN参数偏“激进”，必须按试凑法微调。微调结果在Kp=15、Ki=9、Kd=4时：超调约7%、调节时间约2.2s、静差基本消除，满足“快速、平稳、无静差”的控制目标。例题精讲实验六例PID整定（3）ZN第一法·反应曲线法数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件50（3）Ziegler-Nichols第一法（反应曲线法）对对象做开环阶跃试验：阶跃响应如下式，拐点位于t=1s。过拐点作切线，得等效滞后L≈0.28s、等效时间常数T≈2.7s、静态增益K=1。二阶被控对象的开环阶跃响应（拐点t=1s）ZN第一法Kp≈11.7比例系数Ti≈0.56s积分时间Td≈0.14s微分时间仿真验证无静差、响应快，但超调约45%，需进一步微调（如适当增大Ti、减小Kp）。例题精讲实验六例PID整定的三种方法对比数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件51对比同一个二阶被控对象，三种整定方法得到的三组参数与仿真指标。整定方法思路得到的一组参数仿真结果试凑法先纯比例、再加积分、最后加微分，边试边看Kp=9、Ki=2、Kd=1.5超调约9%、调节时间约2.6s、静差约0.1%，满足目标临界比例度法找等幅振荡的Kcr与Tcr，按0.6Kcr/0.5Tcr/0.125Tcr计算计算值Kp=36、Ti≈0.95s、Td≈0.24s；微调后Kp=15、Ki=9、Kd=4计算值超调约44%；微调后超调约7%、调节时间约2.2sZN第一法（反应曲线法）开环阶跃试验作切线求L、T、K，按1.2T/(KL)/2L/0.5L计算Kp≈11.7、Ti≈0.56s、Td≈0.14s无静差、响应快，超调约45%，需进一步微调结论试凑法直观可控，适合现场精调；临界比例度法与ZN公式能快速给出合理的初始参数，但参数偏“激进”，必须结合响应曲线微调；三种方法的参数、指标与曲线都要记入实验报告并比较说明。思考练习实验六·课堂练习与思考数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件52课堂练习①纯比例控制：令Ki=Kd=0，Kp分别取1、5、20，仿真15s，记录稳态值与输入1的偏差，说明比例控制为什么存在稳态误差。②比例积分控制：令Kp=10，Ki分别取1、5，重新仿真，观察稳态误差是否消失，以及Ki过大时响应是否出现振荡。③完整PID控制：令Kp=10、Ki=2，Kd分别取0.5、2，观察超调量与调节时间的变化；最后手动整定或使用PIDTuner，给出一组使系统“快速、平稳、无静差”的参数并记录。④参照本实验的完整整定例子，分别用试凑法和Ziegler-Nichols法对G(s)=1/(s²+2s+1)整定，比较两组参数及其超调量、调节时间，说明ZN参数为何需要微调。思考①为什么纯比例控制会有稳态误差？积分项为什么能消除稳态误差？②Kd过大会带来什么不良影响？实际系统中应如何避免？③简述PID参数整定的一般顺序。提示：第①问看本实验课堂练习①的稳态值记录；第③问的口诀是“先比例、后积分、最后微分”；三种整定方法的对比见本实验的整定例子。自查标准能搭出带PIDController的闭环模型，能按“先比例、后积分、最后微分”的顺序整定，并说清三种整定方法各自的适用场合与为什么都需要微调。实验七仿真电机串级控制电机模块·速度环·电流环·测量与反馈·阶跃跟随实验目的→创建模型→连接模块→串级调试机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识储备实验七仿真电机串级控制：目的与内容数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件54实验目的①理解电机串级控制系统的原理和结构；②掌握使用Simulink搭建电机串级控制系统模型并进行仿真的方法。实验内容①搭建电机串级控制系统模型，包括速度环和电流环；②调整速度环和电流环的控制器参数，观察系统的动态响应和稳态性能。串级结构（两个闭环）速度参考→速度环Sum→速度控制器──▶电流环Sum→电流控制器→电机串级的关键速度控制器的输出不再直接驱动电机，而是作为电流环的参考输入——外环的输出就是内环的给定，两个闭环一里一外同时工作，这就是串级控制。知识要点实验七实验步骤：创建模型数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件551.添加电机模块：参考电机的数学模型，从“ElectricDrives”库中选择合适的电机模块（例如直流电机模块）拖放到模型窗口中。2.搭建速度环：从“Discrete”库拖放PIDController模块作为速度控制器；从“Sources”库拖放Step模块作为速度参考输入；从“MathOperations”库拖放Sum模块（符号“-+”），用于比较速度参考输入和电机实际速度反馈。3.搭建电流环：从“Continuous”库拖放PIDController模块作为电流控制器；再拖放一个Sum模块（符号“-+”），用于比较电流参考输入（速度控制器输出）和电机实际电流反馈。4.添加测量模块：用于测量电机速度和电流，并将测量值反馈到速度环和电流环的比较模块。5.添加Scope模块：观察速度和电流的响应曲线。两个控制器用什么库速度控制器来自“Discrete”库、电流控制器来自“Continuous”库——一个按离散周期运算，一个按连续方式运算；电机模块来自“ElectricDrives”库。知识要点实验七连接模块与串级信号流数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件56Step→速度Sum→速度PID→电流Sum→电流PID→电机连接模块（按说明顺序接线）将速度参考Step输出连接到速度环Sum正输入，电机速度测量输出连接到速度环Sum负输入，速度环Sum输出连接到速度控制器；速度控制器输出作为电流环参考，与电流反馈在电流环Sum比较后送入电流控制器，电流控制器输出驱动电机，电机速度与电流经测量模块分别反馈至速度环和电流环。速度环（外环）Step提供速度参考输入；Sum（符号“-+”）比较参考速度与电机实际速度反馈，把偏差送速度控制器。电流环（内环）速度控制器输出作为电流参考；Sum（符号“-+”）比较电流参考与电机实际电流反馈，偏差送电流控制器。测量与显示测量模块测得电机速度与电流，分别反馈到两个Sum的负输入；Scope观察速度与电流的响应曲线。结构口诀速度环在外、电流环在内：外环的输出当内环的给定，两个Sum的负端都接反馈信号。思考练习实验七·课堂练习与思考数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件57课堂练习①电流环作用对比：先只保留速度环（速度控制器输出直接接电机），仿真观察启动速度响应；再恢复电流环，比较启动过程的差异，说明电流环的作用。②参数影响：将速度环Kp由1增大到5，观察速度响应超调的变化；将电流环Ki增大，观察电流波形是否出现振荡。③给定跟随：将速度给定值从1000阶跃到1500，记录调节时间和超调情况，判断串级控制系统的跟随性能。思考①串级控制中电流环与速度环哪一个应响应更快？为什么？②如果电流环整定不当（如Ki过大），对速度环有什么影响？③速度环和电流环在系统中的作用分别是什么？提示：三问的答案都能从本实验的课堂练习对比实验里得到——先做“只保留速度环/恢复电流环”的对比，再看内环与外环的给定关系。自查标准能按“电机→速度环→电流环→测量→Scope”的顺序搭出串级模型，并能通过对比实验说出电流环到底解决了什么问题。本章小结第2章自动控制理论和应用四大分册脉络·根本原理·回顾导图·易混辨析·能力自检四大分册→根本原理→易混辨析→关键数字→能力自检机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件课堂小结本章小结：四大分册与配套实验指导数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件59本章讲了什么本章系统地介绍了自动控制理论的核心知识及其应用技术，内容涵盖四大分册及配套实验指导：2.1节自动控制概述与性能指标引入自动控制的基本概念、系统组成、分类方法，以及稳定性、快速性、准确性三大要求和品质指标体系。2.2节控制系统的数学模型介绍了微分方程、拉普拉斯变换、传递函数、动态结构图等数学建模方法，以及比例、积分、微分、惯性、振荡、延迟等典型环节。2.3节控制系统分析与仿真阐述了一阶和二阶系统的时域分析、稳定性分析（Routh判据）、稳态误差分析，以及MATLAB/Simulink在系统分析中的应用。2.4-2.7节控制系统设计与综合应用介绍了PID控制规律、校正方法、单回路控制系统设计与调试、串级控制原理、随动控制系统设计等工程应用内容。2.8节MATLAB/Simulink实验指导配套7个上机实验，涵盖MATLAB基本操作、Simulink建模仿真、稳定性与一、二阶系统分析、PID控制器设计及电机串级控制仿真。课堂小结本章的根本原理与核心结论数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件60本章的落点自动控制的根本在于负反馈原理——检测偏差、决策调节、消除偏差。稳定性、准确性和快速性三大要求相互制约，工程上需根据工艺要求有所侧重、折衷兼顾。MATLAB/Simulink等仿真工具为分析、设计和整定提供了强大的辅助手段。根本原理负反馈——检测偏差→决策调节→消除偏差三角关系稳定性、准确性、快速性相互制约，工程上折衷兼顾建模主线微分方程→拉氏变换→传递函数→结构图化简设计主线分析性能→选择校正→整定PID→仿真验证本章知识链自动控制概述与性能指标→数学模型（微分方程/传递函数/结构图）→系统分析（时域、稳定性、稳态误差）→PID与校正→单回路/串级/随动系统→MATLAB/Simulink实验验证。课堂小结回顾导图（一）易混辨析数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件61开环vs闭环无反馈、抗扰差/有反馈、精度高但可能振荡稳定vs相对稳定绝对稳定只判“稳不稳”，稳定裕度判“稳多少”超调vs余差超调属动态性能，余差属稳态精度，二者不同源PvsPI比例必有稳态误差，加积分才能消除余差串级vs单回路串级多一个副环，可快速抑制进入副环的扰动前馈vs反馈前馈“提前动作”抗可测扰动，反馈“事后纠偏”抗一切扰动辨析的作用六组概念最容易混：开环/闭环、稳定/相对稳定、超调/余差、P/PI、串级/单回路、前馈/反馈——考试与现场调试都从这里出错。课堂小结回顾导图（二）关键结论与数字数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件62一阶系统t=T达63.2%，约3T~4T进入稳态二阶系统ζ<1欠阻尼振荡·ζ=1临界·ζ>1过阻尼无超调系统型别0型跟阶跃有差，Ⅰ型跟阶跃无差，Ⅱ型可跟抛物线劳斯判据第一列元素全为正→系统稳定PID整定口诀先比例、后积分、最后微分7个实验MATLAB基础→Simulink→稳定性→一二阶分析→PID与串级记住这些数63.2%与3T~4T、ζ=1的分界、劳斯判据、先P后I再D——这些是可以直接写进实验报告结论里的“硬数字”。课堂小结回顾导图（三）能力自检与前后衔接数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件63能力自检会建模由物理机理列微分方程并求传递函数会判稳求极点或用劳斯判据判断系统是否稳定会算指标求超调量σ%、调节时间ts、稳态误差ess会整定按“先P后I再D”整定PID并观察参数影响趋势会仿真用MATLAB/Simulink验证分析与设计结果前后衔接←第1章闭环反馈与“抵抗干扰”思想的系统化展开→第3章反馈信号靠传感器获得，检测精度决定控制上限→第4章伺服三闭环每一环的核心算法都是PI/PID→第5章液压与气动系统的压力、流量、位置同样用闭环控制自检标准五项能力都会了，第2章就算真正过关；本节的7个实验正是这五项能力的动手训练场。思考题第2章思考与练习题填空15题·选择20题·简答20题填空题→选择题→简答题机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件思考练习第2章思考与练习题：题型分布数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件6515题一、填空题20题二、选择题20题三、简答题一、填空题共15题，覆盖性能指标、系统分类、数学模型、拉氏变换、典型环节、反馈与控制规律。二、选择题共20题（含3题多选），覆盖负反馈、PI控制规律、拉氏变换、过渡过程、环节辨识、PID参数作用与系统分类。三、简答题共20题，从基本概念到PID整定、单回路与串级设计、随动系统，最后一题要求结合本章谈对“稳定”的理解。答题要求按实验报告要求，每道题都要写出答案要点；选择题还需说明所选依据，简答题按“概念+判据+结论”三段作答。思考练习第2章思考与练习题·一、填空题（1/2）数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件661.衡量自动控制系统的主要指标为______、______、______、______、______和余差等。2.自动控制系统根据是否包含反馈环节分为______和闭环控制。3.自动控制的基本要求______、______和快速性。4.常用的三种数学模型表达类型为______、______和动态结构图，数学模型求取方法有______和实验法。5.PID控制的P为______，I为______控制，D为微分控制。6.可用一阶微分方程式描绘其动态特性的对象称为一阶环节或惯性环节，可用二阶微分方程式描绘其动态特性的对象称为______。7.所谓自动控制就是______。8.原函数r(t)=5t的像函数是______，像函数F(s)=10/(s+1)的原函数是______。空格怎么填填空题每空只填一个术语或数值；写完后回到教材核对术语的规范写法。思考练习第2章思考与练习题·一、填空题（2/2）数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件679.单回路控制由一个传感变送器、______、______和______组成，复杂控制系统的规律有比值、______、______、均匀、分程等算法。10.控制系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为过渡过程。11.输出量与输入量对时间的积分成正比的环节称为______，输出量与输入量的导数成正比的环节称为______。12.对微分方程进行拉普拉斯变换可以得到______；而对传递函数进行拉普拉斯反变换可以得到微分方程。13.超调量是指最大偏差与______之差。14.当系统输出端送回的信号取负值与给定值相加时，称为______；当反馈信号取正值与给定值相加时，称为______；自动控制系统一般采用______。15.常见的控制器有智能PID仪表、______、______等。空格怎么填填空题每空只填一个术语或数值；写完后回到教材核对术语的规范写法。思考练习第2章思考与练习题·二、选择题（1/5）数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件681.自动控制系统中，采用负反馈形式连接后，则（）。A.一定能使闭环系统稳定B.系统动态性能一定会提高C.一定能使干扰引起的误差完全消除D.合适的结构参数，才能改善系统性能2.控制系统的反馈信号使得原来信号增强的叫做（）。A.负反馈B.正反馈C.前馈D.回馈3.下列关系式中，表示比例积分PI控制规律的是（）。4.原函数r(t)=t的拉氏变换式为（）。选择题怎么答先判断考的是哪个知识点，再逐项排除；多选题只选“说法正确”的选项，不要因为“看起来相关”就选。思考练习第2章思考与练习题·二、选择题（2/5）数字教材第2章·2.8MATLAB/Simulink实验指导配套授课课件695.下面的过渡过程形式中，属于稳定系统的是（）。A.非震荡发散过程B.衰减震荡过程C.等幅振荡过程D.发散震荡过程6.某对象，当输入为单位阶跃信号，输出量是随时间的变化而不断上升的直线，该对象是（）。A.积分环节B.微分环节C.一阶环节D.二阶环节7.