自动控制原理MATLAB仿真实验指导书

实验 自控 报告

自动控制原理

MATLAB仿真实验

实 验 指 导 书

电气电子信息工程系自动化教研室

实验 自控 报告

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。

图1-1 SIMULINK仿真界面

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1-2 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“Transfer Fen”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）。

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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

G(s)

Z2R

2 2Z1R1

R1 100K,R2 200K

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

Z212 Z1R2C1 10.2s 1

R2

G(s)

R1 100K,R2 200K,C1 1uf

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-4所示。

图1-4 惯性环节的模拟电路及SIMULINK图形

3．积分环节(I)的传递函数为

G(s)

Z211

Z1R1C1s0.1s

R1 100K,C1 1uf

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-5所示。

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图1-5 积分环节的模拟电路及及SIMULINK图形

4．微分环节(D)的传递函数为

G(s)

Z2

R1C1s sZ1

R1 100K,C1 10uf C2 C1 0.01uf

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-6所示。

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

G(s)

Z2R

2(R1C1s 1) (0.1s 1)Z1R1

R1 R2 100K,C1 10uf

C2 C1 0.01uf

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-7所示。

图1-7 比例+微分环节的模拟电路及SIMULINK

图形

6．比例+积分环节（PI）的传递函数为

R2 Z1s1

G(s) 2 (1 ) R1 R2 100K,C1 10uf

Z1R1s

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-8所示。

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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G1(s) 1和G1(s) 2； ② 惯性环节G1(s)

11和G2(s) s 10.5s 1③ 积分环节G1(s) ④ 微分环节G1(s) s

⑤ 比例+微分环节（PD）G1(s) s 2和G2(s) s 1 ⑥ 比例+积分环节（PI）G1(s) 1 和G2(s) 1 s

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。

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实验二 线性系统时域响应分析

一、实验目的

1．熟练掌握step( )函数和impulse( )函数的使用方法，研究线性系统在单位阶跃、单位脉冲及单位斜坡函数作用下的响应。

2．通过响应曲线观测特征参量 和 n对二阶系统性能的影响。 3．熟练掌握系统的稳定性的判断方法。 二、基础知识及MATLAB函数 1. 基础知识

时域分析法直接在时间域中对系统进行分析，可以提供系统时间响应的全部信息，具有直观、准确的特点。为了研 …… 此处隐藏：9015字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……