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：

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)。

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

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

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

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

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

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

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-8所示。

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。

比例环节和；

图1-1 比例环节的模拟电路

图1-2 比例环节的SIMULINK图形

惯性环节和

图2-1 惯性环节的模拟电路

图2-2惯性环节的SIMULINK图形

积分环节

图3-1积分环节的模拟电路

图3-2 积分环节的SIMULINK图形

微分环节

图4-1微分环节的模拟电路

图4-2微分的SIMULINK图形

比例+微分环节(PD)和

图5-1比例+微分环节的模拟电路

图5-2比例+微分环节的SIMULINK图形

⑥ 比例+积分环节(PI)和

图6-1比例+积分环节的模拟电路

图6-2比例+积分环节的SIMULINK图形

五、心得体会

通过本实验，我知道了在自动控制系统中，可以通过matlab经进行仿真。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。

通过学习本软件，知道了软件的使用，通过搭建函数模块，可以很快速的得到想要的结果，方便快速！

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图1-1 SIMULINK仿真界面

图1-2 系统方框图

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及SIMULINK图形

图1-6 微分环节的模拟电路及及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