典型环节动态特性的仿真

苏州市职业大学实训报告

院系电子信息工程学院班级姓名学号

实训名称典型环节动态特性的仿真实训日期

一、实训目的

1、掌握典型环节仿真结构图的建立方法；

2、通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，熟悉各种典型环节的响应曲线。

2、定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。

3、初步了解MATLAB中SIMULINK 的使用方法。

二、实训内容

掌握比例、积分、一阶惯性、实际微分、振荡环节的动态特性。

[例] 观察实际微分环节的动态特性

(1)连接系统, 如图所示:

(2)参数设置: 用鼠标双击阶跃信号输入模块，设置信号的初值和终值，采样时间sample time和阶跃

时间step time；用鼠标双击实际微分环节,设Kd=1,Td=1；用鼠标双击示波器,设置合适的示波器参数；

(3)在simulation/paramater中将仿真时间(Stop Time )设置为10秒；

(4)仿真:simulation/start，仿真结果如图1-1所示；

(5)改变Td、Kd，观察仿真结果有什么变化。

图1-1 实际微分环节的动态特性图

苏州市职业大学实训报告

院系电子信息工程学院班级姓名学号

实训名称典型环节动态特性的仿真实训日期

①惯性环节

建立如下图1所示的仿真结构图，K值为1，并保持不变；T值依次为1,2和3，运行得到阶跃响应曲线（图2）：

图1 惯性环节仿真结构图 T值不同

图2 惯性环节T值不同的阶跃响应曲线

建立如下图2所示的仿真结构图，T值为1，并保持不变；K值依次为1,2和3，运行得到阶跃响应曲线（图3）：

图3 惯性环节仿真结构图 K值不同

苏州市职业大学实训报告

院系电子信息工程学院班级姓名学号

实训名称典型环节动态特性的仿真实训日期

图4 惯性环节K值不同的阶跃响应曲线

分析结果：在同一信号的作用下，T（时间常数）越大，系统达到稳态所需的时间越长；K（比例系数）越大，系统的最终稳态值越大。同时可以看出，在惯性环节中，输出量不能瞬时完成与输出量完全一致的变化。

②积分环节

建立如下图5所示的仿真结构图，T值依次为1,0.5和2，运行得到阶跃响应曲线（图6）：

图5 积分环节仿真结构图

苏州市职业大学实训报告

院系电子信息工程学院班级姓名学号

实训名称典型环节动态特性的仿真实训日期

图6 积分环节T值不同的阶跃响应曲线

结果分析：在同一坐标轴中绘出r(t)-t和c(t)-t曲线，可以看出，r(t)-t和c(t)-t的交点的横坐标t就是积分时间常数T。同时可以看出，在积分环节中，输出量与输入量对时间的积分成正比。常利用积分环节来改善系统的稳态性能。

③比例环节

建立如下图7所示的仿真结构图，K值依次为0.5,1.2和2，运行得到阶跃响应曲线（图8）：

图7 比例环节仿真结构图

第4页共 7页指导教师签名

苏州市职业大学实训报告

院系电子信息工程学院班级姓名学号

实训名称典型环节动态特性的仿真实训日期

图8 比例环节K值不同的阶跃响应曲线

结果分析：在同一坐标轴中绘出r(t)-t和c(t)-t曲线，可以看出，比例环节的特点是，其输出不失真、不延时、成比例地复现输入信号的变化，即信号的传递没有惯性。

④振荡环节

建立如下图9所示的仿真结构图，ωn2的值保持1不变，ζ依次为2,1,0.5和0，运行得到阶跃响应曲线（图10）：

图9 振荡环节ζ值不同

第5页共 7页指导教师签名

苏州市职业大学实训报告

院系电子信息工程学院班级姓名学号实训名称典型环节动态特性的仿真实训日期

图10 振荡环节ζ值不同的阶跃响应曲线

图11 实际微分环节T值不同

第6页共 7页指导教师签名

苏州市职业大学实训报告

院系电子信息工程学院班级姓名学号

实训名称典型环节动态特性的仿真实训日期

图12 实际微分环节T值不同的阶跃响应曲线

结果分析：从上图中可以看出，实际微分环节的输出与输入信号对时间的微分成正比，即输出反映了输入信号的变化率，而不是反映输入量本身的大小。常用微分环节来改善系统的动态性能。

三、实训中遇到的问题及解决办法

示波器所显示的图像是黑色底的，不利于打印后的观察。可在MATLAB的工作区内输入语句“set(0,'ShowHiddenHandles','On')”，按回车；再输入“set(gcf,'menubar','figure')”，按回车。可在虚拟的示波器上得到一行菜单栏，可进行相关操作。

四、思考题

1、积分环节中的时间常数，如何从记录的单位阶跃响应曲线上求得？

在同一坐标轴中绘出r(t)-t和c(t)-t曲线，r(t)-t和c(t)-t的交点的横坐标t就是积分时间常数T。

2、如何求惯性环节的时间常数？

惯性环节的方框图如下图所示：

T就是时间常数,但要注意，分母的常数项必须是1，T才是时间常数。

3、叙述振荡环节中阻尼系数对环节的影响。

ζ值越大，系统的平稳性越好，超调越小；ζ值越小，系统响应振荡越强，振荡频率越高。当ζ=0时，系统输出为等幅振荡，不能正常工作，属不稳定

（注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）