控制工程基础(matlab)实验指导书

控制工程基础实验指导书目录SIMULINK仿真简介..............................................................................................................1实验一典型环节及其阶跃响应...........................................................................................6一、实验目的.......................................................................................................................6二、实验内容.......................................................................................................................6三、实验步骤.......................................................................................................................7四、实验报告要求...............................................................................................................7实验二二阶系统阶跃响应...................................................................................................8一、实验目的.......................................................................................................................8二、实验内容.......................................................................................................................8三、实验步骤.......................................................................................................................9四、实验报告要求.............................................................................................................10五、实验数据表.................................................................................................................11实验三系统频率特性测量.................................................................................................12一、实验目的.....................................................................................................................12二、实验内容.....................................................................................................................12三、实验步骤.....................................................................................................................12四、实验报告要求.............................................................................................................14五、实验数据表.................................................................................................................14实验四控制系统的稳定性分析.........................................................................................15一、实验目的.....................................................................................................................15二、实验内容.....................................................................................................................15三、实验步骤.....................................................................................................................15四、实验报告要求.............................................................................................................16五、实验数据表.................................................................................................................161Simulink仿真简介Simulink是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与用户的交互接口是基于Windows的模型化图形界面，使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。Simulink提供了一些按功能分类的基本系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考查模块内部是如何实现的，通过这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。在MATLAB命令窗口中输入“Simulink”，或单击MATLAB主窗口中的快捷按钮，即可启动Simulink。Simulink启动后在桌面上出现一个称为“SimulinkLibraryBrowser”的窗口，如图1所示，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。图1Simulink库浏览器在“SimulinkLibraryBrowser”窗口所列出的模块库中，我们在作后面实验时要用到的主要有“Continuous”、“MathOperations”、“SignalRouting”、“Sinks”、“Sources”这几个模块库。这几个模块库中包含的功能模块较多，限于篇幅，这里仅将我们在实验中要用到的功能模块列于表1。要了解其它模块，可自行查阅相关资料或参考MATLAB帮助文件。2表1Simulink的常用功能模块模块库模块名称功能Continuous（连续系统模块库）Integrator输入信号积分Derivative输入信号微分Transfer-Fcn线性传递函数模型MathOperations（数学操作模块库）Sum加减运算Gain比例运算SignalRouting（信号通路模块库）Mux将多个单一输入转化为一个复合输出Sinks（接收器模块库）Scope示波器Sources（输入源模块库）SineWave正弦波信号Step阶跃信号下面以一个简单的例子来说明Simulink的建模及仿真的过程，希望大家通过练习这个实例掌握Simulink的基本操作方法，为做好后续实验打下良好的基础。例：一个系统的方框图如图2所示，在Simulink中建立此系统模型，并对系统输入一个单位阶跃信号，利用示波器显示系统的实际输出和理想输出。图2实例系统方框图操作步骤：1、新建模型窗口启动Simulink后在“SimulinkLibraryBrowser”窗口中单击菜单项“File”→“New”→“Model”，或者单击工具栏上的新建按钮，系统就会打开一个新的空白模型窗口。2、添加所需的功能模块在此实例中，系统的前向通道包含一个比例环节、一个积分环节和一个惯性环节，这三个环节可分别使用MathOperation库中的Gain模块、Continuous库中的Integrator模块和Transfer-Fcn模块来实现。反馈回路中的相加点可以使用Math9s115.01s+-)(sXi)(sXo3Operation库中的Sum模块实现。为了得到系统的单位阶跃响应，还需要Sources库中的Step模块作为输入信号，以及Sink库中的Scope模块来显示实际输出。另外，本例要求在示波器中同时显示系统的实际输出和理想输出，因为此系统为单位反馈系统，故其理想输出和输入信号相同，为了在示波器中同时显示两路信号，需要添加SignalRouting库中的Mux模块。这里以Step模块为例来说明向模型窗口中添加模块的方法，要添加Step模块，首先在“SimulinkLibraryBrowser”窗口中，单击左侧树形列表中的“Sources”库，窗口右侧的列表框即显示出该库所包含的所有功能模块，在这些功能模块中找到“Step”模块，用鼠标左键把它拖动到模型窗口，或者右键单击该模块，在弹出的快捷菜单中单击“Addto’untitled’”，模型窗口中就出现了一个Step模块。使用相同的方法添加本例中所需的模块，并适当排列后，模型窗口应大致如图3所示。图3添加模块后的模型窗口3、设置各模块参数功能模块在添加到模型窗口后，它的参数都为默认值，这些参数值并不完全符合我们的要求，因此需要手工设置功能模块的参数。下面以Gain模块为例说明修改模块参数的方法。图4比例运算模块参数窗口双击模型窗口中的Gain模块，系统即弹出“BlockParameters:Gain”对话框，如图4所示，从中可以看出参数“Gain”即该模块的放大倍数为1，而本例中所需4的放大倍数为9，将其改为9后单击“OK”按钮，就完成了此模块的参数设置。其它模块的参数设置方法和Gain模块相同，只是不同的功能模块具有不同的参数而已。具体操作过程不再详述，仅将其它模块需要修改的参数列于表2。表2功能模块的参数设定值模块名称参数名称设定值说明StepSteptime0使信号在0时刻从0跃变到1。SumListofsigns|+-使Sum模块的两个输入端一个符号为“+”，另一个为“-”。Transfer-FcnNumerator[1]传递函