六个实战示例--自动控制理论--Simulink仿真

自动控制理论仿真实验指导书

目录

实验一典型环节的MA TLAB仿真 (2)

一、实验目的 (2)

二、SIMULINK的使用 (2)

三、实验原理 (3)

四、实验内容 (5)

五、实验报告 (5)

六、预习要求 (5)

实验二线性系统时域响应分析 (6)

一、实验目的 (6)

二、基础知识及MA TLAB函数 (6)

三、实验内容 (12)

四、实验报告 (13)

五、预习要求 (13)

实验三线性系统的根轨迹 (14)

一、实验目的 (14)

二、基础知识及MA TLAB函数 (14)

三、实验内容 (19)

四、实验报告 (19)

五、预习要求 (19)

实验四线性系统的频域分析 (20)

一、实验目的 (20)

二、基础知识及MA TLAB函数 (20)

三、实验内容 (23)

四、实验报告 (24)

五、预习要求 (24)

实验五线性系统串联校正 (25)

一、实验目的 (25)

二、基础知识 (25)

三、实验内容 (31)

四、实验报告要求 (32)

五、预习要求 (32)

实验六数字PＩＤ控制 (32)

一、实验目的 (32)

二、实验原理 (32)

三、实验内容 (35)

四、实验报告 (35)

五、预习要求 (35)

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。

图1-1 SIMULINK仿真界面图1-2 系统方框图

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

K R K R R R Z Z s G 200,1002)(211212==-=-=-=

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

uf C K R K R s C R R R Z Z s G 1,200,10012.021)(121121212===+-=+-=-=

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

uf C K R s s C R Z Z s G 1,1001.011)(111112==-=-=-

=

图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形

其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-5所示。

4．微分环节(D)的传递函数为

uf C K R s s C R Z Z s G 10,100)(111112==-=-=-= uf C C 01.012=<<

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

)11.0()1()(111

212+-=+-=-=s s C R R R Z Z s G uf C C uf C K R R 01.010,10012121=<<===

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

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