实验一典型环节的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 1-1 SIMULINK 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 “Transfer Fcn”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。注意：在上述 simulink 仿真环境“untitled”窗口中，单击“simulation ”菜单中的“Configuration Parameters”，设置 max step size 的值为小于或等于 0.2 的正数，否则会弹出警告三、实验原理1．比例环节的传递函数为 KRRZsG20,12)(12 其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1-3 所示。2．惯性环节的传递函数为 ufCKRsCRZsG 1,20,12.01)(21 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 ufCKRsCRZsG1,01.0)(112 其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1-5 所示。4．微分环节(D)的传递函数为图 1-3 比例环节的模拟电路及 SIMULINK 图形图 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 SIMULINK 图形ufCKRsCZsG10,)( 1112  ufC01.2其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1-6 所示。5．比例+微分环节(PD)的传递函数为 )1.0()()(121 ssCRZsGufufKR.0, 1221 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)1()(121 sRCZsG ufCKR10,21其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1-8 所示。图 1-6 微分环节的模拟电路及 SIMULINK 图形图 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 和 ； 1)(sG2)(s② 惯性环节 和 15.0s③ 积分环节 s)(1④ 微分环节 G⑤ 比例+微分环节(PD) 和2)(1s1)(sG⑥ 比例+积分环节(PI) 和 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。