典型环节的MATLAB仿真

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、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：图1-1SIMULINK仿真界面图1-2系统方框图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“TransferFen”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KRKRRRZZsG200,1002)(211212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ufCKRKRsCRRRZZsG1,200,10012.021)(121121212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ufCKRssCRZZsG1,1001.011)(111112其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-5所示。4．微分环节(D)的传递函数为ufCKRssCRZZsG10,100)(111112ufCC01.012其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-6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)11.0()1()(111212ssCRRRZZsGufCCufCKRR01.010,10012121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)11(1)(11212sRsCRZZsGufCKRR10,100121其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-8所示。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1)(1sG和2)(1sG；图1-7比例+微分环节的模拟电路及SIMULINK图形曲线图1-8比例+积分环节的模拟电路及SIMULINK图形曲线2惯性环节11)(1ssG和15.01)(2ssG3积分环节ssG1)(14微分环节ssG)(15比例+微分环节（PD）2)(1ssG和1)(2ssG6比例+积分环节（PI）ssG11)(1和ssG211)(2、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。3.写出实验的心得与体会。六、预习要求1．熟悉各种控制器的原理和结构，画好将创建的SIMULINK图形。2．预习MATLAB中SIMULINK的基本使用方法。