实验1-典型环节的响应分析

1赣南师范学院物电院实验报告姓名班级学号指导教师实验名称实验一典型环节的响应分析实验日期第1次实验一、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、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；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三、实验结果分析1．（1）比例环节1)(1sG实验结果：SIMULINK仿真模型2单位阶跃响应波形（2）比例环节2)(1sG实验结果：SIMULINK仿真模型单位阶跃响应波形结果分析：由以上阶跃响应波形图知，比例环节使得输出量与输入量成正比，既无失真也无延迟，响应速度快，能对输入立即作出响应，因此系统易受外界干扰信号的影响，从而导致系统不稳定。32.惯性环节11)(1ssG实验结果：SIMULINK仿真模型单位阶跃响应波形（2）惯性环节15.01)(2ssG实验结果：SIMULINK仿真模型单位阶跃响应波形结果分析：由以上单位阶跃响应波形图知，惯性环节使得输出波形在开始时以指数曲线上升，上升速度与时间常数（惯性环节中s的系数）有关。3.积分环节ssG1)(1实验结果：SIMULINK仿真模型4单位阶跃响应波形结果分析：积分环节的输出量反映了输入量随时间的积累，积分作用随着时间而逐渐增强，其反映速度较比例环节迟缓。理论上积分结果会随着时间的推移趋于无穷大，而仿真环境下，由于软件本身有一定的量程限制，因而输出信号值达到某一值之后就不再增加了。4.微分环节ssG)(1的实验结果：SIMULINK仿真模型单位阶跃响应波形结果分析：由上图的单位阶跃响应波形图知，微分环节的输出反映了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。5.（1）微分环节（PD）2)(1ssG的实验结果：5SIMULINK仿真模型单位阶跃响应波形（2）比例+微分环节（PD）1)(2ssG的实验结果：SIMULINK仿真模型单位阶跃响应波形结果分析：微分环节对于阶跃信号的响应，在理论上，由于阶跃信号在施加的一瞬间有跳变，造成其微分结果为无穷大，之后阶跃信号不再变化，微分为0，表现为输出信号开始衰减。由于系统中带有比例环节，因此输出信号不会衰减为零，而是衰减到一定值后保持不变。由以上单位阶跃响应波形知，比例作用与微分作用一起构成比例微分环节使得系统较单独的比例环节作用稳定，在输入为常值时也有响应的输出，避免了单独微分环节作用时的“零输出”。输出稳定时的幅值与比例环节的比例系数成正比。6.（1）比例+积分环节（PI）ssG11)(1的实验结果：6SIMULINK仿真模型单位阶跃响应波形(2)比例+积分环节（PI）ssG211)(2实验结果：SIMULINK仿真模型单位阶跃响应波形结果分析：比例积分环节就是把比例环节与积分环节并联，分别取得结果之后再叠加起来，所以从图像上看，施加了阶跃信号以后，输出信号先有一个乘了系数K的阶跃，之后则逐渐按斜坡形式增加，形式同比例和积分的加和是相同的。由以上单位阶跃响应波形可知，积分环节和比例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。三、实验心得与体会本次实验熟悉了MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。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。在实验中，通过SIMULINK功能模块建立控制系统各个典型环节的模型，进行仿真和调试，得到了各个典型环节在单位阶跃信号作用下的响应波形，通过观察各个典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，定性的了解各参数变化对典型环节动态特性的影响，同时也加深了对各典型环节响应曲线的理解。