自动控制原理实验一.docx

自动控制原理》实验报告书姓名： 吴珍妮学号 207110305班级：热动（卓越）111学校：南京工程学院南京工程学院能源与动力工程学院集控教研室2013/10/10实验一 典型环节的动态特性仿真分析一、实验目的和要求（1） 熟悉MATLAB软件的SIMULINK工具箱2） 通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的响应曲线，熟悉它们的动态特性 3 ）了解各典型环节中参数变化对其动态特性的影响二、实验主要仪器和设备装有 Matlab 软件的计算机三、实验内容分别改变以下几个典型环节的相关参数，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况（曲线条数>2,并得出规律 1） 比例环节（ K）1（2） 积分环节（ ）TSiK（3） 一阶惯性环节（］,1十T ScKTS（4） 实际微分环节（［D D ）1十T SDe -tS（ 5）纯迟延环节（ ）K①2（6）典型二阶环节（ lS 2十2® S十①2nn四、实验方法和步骤1. 双击桌面上的MATLAB图标，启动MATLAB，进入开发环境，点击工具栏的Simulink 图标團L弹出图形库浏览器画面从该画面“File”下拉式菜单中选择“New I Model”，或 点击图标IX,得到图形仿真操作画面。

2. 根据实验需要设计仿真系统框图，并确定仿真所用的参数提取所需仿真模块，组 成仿真系统：从图形库浏览器画面中用鼠标点击打开所需子图形库，用鼠标选中所需功能模 块，将其拖曳到图形仿真操作画面的空白位置，重复上述拖曳过程，直到将所需的全部功能 模块拖曳到仿真操作画面中用鼠标点击并移动所需功能模块到合适的位置，将鼠标移到有 关功能模块的输出端，选中该输出端并移动鼠标到另—个功能模块的输入端，移动时出现虚线．到达所需输入端时，释放鼠标左键，相应的连接线出现，表示该连接已完成重复上述 连接过程，直到完成全部连接，组成仿真系统3．功能模块参数设置：不同功能模块的参数是不相同的，用鼠标双击该功能模块会自 动弹出相应的参数设置对话框根据仿真实验的具体要求进行参数设置4．在仿真操作前，应设置仿真操作的参数包括仿真器参数和示波器参数的设置1) 仿真器参数设置：点击图形仿真操作画面“ Simulation”下拉式菜单“ Simulation Parameters…” 选项，弹出仿真参数设置画面，在其中合理设置仿真时间等参数2) 示波器参数设置：当 采用示波器显示仿真曲线时，需对示波器参数进行设置点击已存在的示波器会弹出单踪示波器显示画面，点击画面的图标，会弹出示波器属性对话框，分2 个页面。

用于设置显示坐标窗口数、显示时间范围、标记和显示频率或采样时间等时间范围应与仿真器终止时间一致，以便最大限度显示仿真操作数据直接点击图标仙，可在响应曲线显示后自动调整纵坐标范围；从弹出的菜单选择 “Save current axes settings”.或直接点击图标可将当前坐标轴范围的设置数据存储此外，还有打印和对X、Y或同时放大或恢复等操作5．仿真系统连接完成且仿真所用的参数均正确设置后，可进行仿真操作，点击图形仿 真操作画面“Simulation”下拉式菜单“start”选项和“stop”选项可分别控制仿真过程的启 动与停止仿真过程结束后，点击示波器可显示出仿真曲线若需要同时显示三条响应曲线时的仿真框图可采用如下的形式，其中传递函数的形式根 据不同环节进行设置五、实验数据记录(1)比例环节 G(S)= K所选的几个不同参数值分别为£=―」；K2= ； K3= 6_；对应的单位阶跃响应曲线(在输出曲线上标明对应的有关参数值)：Time offset: 0F开始 匚砂墾"「血附…「憂我…「」MA... 「曰Si... 「曰皿..「•实…「越自…} Scope四］冷-丿启勺.％09：41Scope口回冈1# IS Q Q 刃 Hi E E B fl "¥ f1(2)积分环节 G(S)=_Ti所选的几个不同参数值分别为T=—4— ； T2=—5— ； T= 6_11 l2 13对 应 的 单 位 阶 跃 响 应 曲 线 （ 在 输 出 曲 线 上 标 明 对 应 的 有 关 参 数 值 ）250200150100501002003004005006008009001000aaiiPiPP 盹翁翹 e soffset: 0MATLAB 7.5.0 C .. Simulink Librar... untitled *碍［矗■（ •沟咚題9：餌（3） —阶惯性环节 G（S）=K1 TS令K不变（取K= 1 ）,改变T取值：T尸 4 ； T 2= 5 ； T 3= 6 ；1 c2 c30.90.80.60.55101520253035404550MATLAB5.Simialink Liter ar.冒皆II倒炉虑 Aian q i口问冈offset: 010152025303540KTS(4)实际微分环节 G(S)= [ d d1十T SD令 KD 不变(取 KD=_1_)，改变 TD 取值：Td=—4— ； Td=—5— ； Td= 6_；对应的单位阶跃响应曲线(在输出曲线上标明对应的有关参数值)：Scope □回冈0.90.80.60.57冃 9:48Time offset: 0开始,C B M...景抵.」M...曰S… 曰u... ■实..时自.•冉：纯•• J S...e yS(5)纯迟延环节 G(S)=_所选的几个不同参数值分别为T]= 4 ； t2= 5 ； t3= 6 :（6）典型二阶环节G（S）= K①2n S2 + 23 S +rn 2nn令K不变（取K= 1 ）,①令叫= d，E取不同值：£=0；垮 一，爲=0.6 （OvMl）; ©=1；盒=」.2（4）;对应的单位阶跃响应曲线（在输出曲线上标明对应的有关参数值）：②令d=0,①取不同值：①.= 5 ；①2= 6 ；n nl n 2③令 d=0.216, 3 取不同值：3 .= 5 ； 3 2= 6 ；n n1 n 2对应的单位阶跃响应曲线（在输出曲线上标明对应的有关参数值）六、实验结果分析比例环节是指输出信号能按一定比例、无延迟和无惯性的复现输入信号变化的环节。

积分环节是指输入信号与输出信号成正比例积分环节有一个很重要的特点,就是当输入 信号为零时,输出信号才能保持不变,而且,能保持在任何位置上只要输入端有信号,哪 怕是很微小的信号,它的输出就不可能稳定,会随着时间的推移不断积分,以致使输出信号 出现明显的变化与比例环节不同的,积分环节的输出在某一时刻的数值与同时刻输入量的 数值没有一一对应的关系,它在某时刻的大小取决于从开始积分时起直到该时刻止的一段时 间里输出量增加和减少的总结果因此,积分环节没有一定的静态特性关系式,也做不出有定规律的静态特性曲线惯性环节的动态特性参数K和T可以直接根据实验所得的阶跃响应曲线来确定惯性环节 的阶跃响应曲线没有周期性的起伏，所以也叫非周期环节惯性环节的阶跃响应曲线最后一 段和比例环节相似，即输出信号与输入信号成正比，但达到稳态值是有迟延的T越小惯性 环节就越接近比例环节但从阶跃响应曲线的起始阶段来看，却又与积分环节相似，T越大 惯性环节就越接近积分环节实际微分环节中，阶跃信号输入时，输出信号与输入信号成比例地跃变，变化量为输入信 号阶跃幅值的Kd倍随后，它按指数函数曲线规律衰减，最后复原至零纯迟延环节是指环节的输出信号的变化量和输入信号完全相同，只是落后了一段时间的环 节。

典型二阶环节：阻尼比Q1时，响应曲线单调逼近，且$1时，t最小；阻尼比0<«1S时，随着d的减小，振荡加强；阻尼比d=0时，系统呈现频率为W的等幅振荡。