实验一__典型环节的MATLAB仿真.docx

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1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、分母各次幕由高 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G （s）=-勺=-幺=—2 R1 = 100 K, % = 200K1 1其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-3所示Ste pG jin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G (s) = ——2 Z1RR2 £ +1 0.2s +1R1 = 100 K, R2 = 200K, £ = 1uf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ZG (s)————2 Z1R£ s 0.1s% = 100 K, C = 1uf其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-5所示图1-4惯性环节的模拟电路及SIMULINK图形R1C1nIT1D/A1U2A/D1st即Sc：opeTranker Fon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C2 << £ = 0.01ufG (s)— -纭=- R C s — — s1其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-6所示C2C1 嵩一HU2A/D1StepC'eriuative£i：=i：iPt!R10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)= -幺=-幺(R C s +1) = —(0.1s +1)匕 R1 1 1R = R2 = 100K, C = 10uf C2 << £ = 0.01uf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G (s)=—勺=--—ZR = R2 = 100 K, C] = 10ufStepDyrivjtivu图1-7比例+微分环节的模拟电路及SIMULINK图形 其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-8所示Ste pIntegratorI,实验内容图1-8比例+积分环节的模拟电路及SIMULINK图形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G (s) = 1和G (s) = 2 ；G1(s)= 1的simulink图及观察结果如下:G1(s)=2的simulink图及观察结果下:a246■5 08 10jgin② 惯性环节G (s)=— 和G (s) = 一1一1 s +1 2 0.5s +1q(s)= 一彳的simulink图及观察结果如下:S坦 P Trsns-fer Fen Sccp-EG2(s)=奇1~1的simulink图及观察结果如下③积分环节G\s)=匕simulink图及观察结果如下:④ 微分环节G\s) = ssimulink图及观察结果如下:⑤ 比例+微分环节(PD) G1(s) = s + 2和G2(s) = s +1Sccc-=StarG1(s) = s + 2的simulink图及观察结果如下G2(s) = s +1 simulink图及观察结果如下□rfivativsG qh n~■匿;'■ > > ■ > I • • I I I I ■-'"二;■ ? • I I ■ I I ■ I II. I I > I. ■.4 : : ■ : , : ■ ■_g i I j 1 0 2. 4 G B i-0⑥ 比例+积分环节(PI) G1(s) = 1 + 1S 和 G2(s) = 1 + y2s G1(s) = 1 + 1S simulink图及观察结果如下G2(s) = 1 + 12S simulink图及观察结果如下Trsnjf=-T Forst==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：经过仿真上机练习，使得我对各个典型环节有 了更深刻的理解，同时仿真也使我加强了记忆。