实验四--基于Simulink下的典型环节的时间响应分析

实验四基于Simulink下的典型环节的时间响应分析一、实验目的1）熟悉目前最流行的仿真软件---Matlab及其在自动控制系统中的应用。2）实现典型环节的时间响应仿真。3）利用Matlab工具箱simulink建立系统的仿真模型并调整系统参数和观察、记录参数变化对系统输出的影响。二、实验仪器计算机一台三、实验原理利用Matlab工具箱simulink建立系统的仿真模型并调整系统参数和观察、记录参数变化对系统输出的影响四、实验内容1、典型环节的实践响应仿真分析（1）比例环节利用Simulink建立比例环节的结构框图分别观察和记录K=1和K=5时的比例环节的单位阶跃相应曲线及说明其响应特点。（2）积分环节利用Simulink建立积分环节的结构框图分别观察和记录T=1和T=5时的单位阶跃响应曲线的特点，并说明时间常数T对输出响应曲线有何影响。（3）惯性环节（一阶系统）利用Simulink建立惯性环节的结构框图y(s)要求：1）保持K=1不变，观察和记录T=1和T=5时，惯性环节的单位阶跃响应曲线的变化，并分析其变化的原因。2）保持T=1不变，观察和记录K=3和K=5时，惯性环节的单位阶跃响应曲线的变化并分析其变化的原因。2.二阶系统的实践响应仿真分析利用Simulink建立二阶系统的结构框图要求：1)保持Wn=1（弧度/秒）不变，分别取7.0,5.0,2.0时，应如何调整结构框图中的参数？调整好后观察、记录、比较其单位阶跃响应曲线变化，并分其变化的原因。2)保持5.0不变，分别取Wn=1、5、10时，应如何调整结构筐图中参数？调整好后，观察、记录、比较其单位阶跃响应曲线的变化，并分析其变化的原因。五、实验结果1、典型环节的实践响应（1）比例环节（2）积分环节（3）惯性环节2、二阶系统的实践响应仿真分析六、结果分析1、各响应曲线的特点与参数之间的关系a、比例环节：由图可以看出比例环节其输入与输出之间无时滞和失真，输出按比例的反映系统的输入变化，响应速度很快。b、积分环节：由图可以看出时间常数T越大，系统输出曲线的斜率越小。只要输入不为0，输出的幅值将不断增加，而且输出增幅也随时间常数变化而变化。时间常数T越大，输出曲线增加速度越慢。c、惯性环节：○1保持K=1不变，令T=1和T=5时的输出曲线如图所示。可以看出T=1时，系统输出响应更快，T=5时，系统的响应速度变慢。系统的输出量的变化落后于系统的输入量的变化。T越大，系统的惯性越大，系统的输出落后越大。当T很小时，可忽略系统惯性，把此环节视为比例环节。○2保持T=1不变，令K=3和K=5时输出曲线如图所示。可以看出系统的响应速度一致，只是输出曲线稳定值改变了。d、二阶系统：○1保持Wn=1（弧度/秒）不变，分别取7.0,5.0,2.0时系统输出曲线如上图所示。7.0,5.0,2.0分别对应图中的黄色、紫色、青色曲线，可以看出7.0,5.0,2.0时，曲线的超调量逐渐减少，系统的调整时间也逐渐减少。○2保持=0.5不变，分别取Wn=1、5、10时系统输出曲线如图所示。Wn=1、5、10输出对应曲线分别是黄色、紫色、青色曲线。从图可以得出保持5.0不变的前提下，随着Wn的增大，系统输出曲线的调整时间逐渐变小。也就是说系统的快速性越好。因为在不变的前提下，调节时间和固有频率成反比，因此固有频率Wn越大，调节时间就越短。2、二阶系统的动态性能指标实验结果参数σ%tp（ms）ts（ms）tr(ms）二阶系统Wn=1=0.252.66%3.206417.501.8087=0.516.30%3.62767.002.4184=0.74.60%4.39915.003.2853=0.5Wn=116.30%3.62767.002.4184Wn=516.30%0.72551.400.5585Wn=1016.30%0.36280.700.0430