典型环节的MATLAB仿真3

课程名称自动控制原理与实验成绩

实验项目典型环节的MATLAB仿真指导教师王丽

学生姓名孟宪娇学号 201000802062 班级专业电子信息工程

实验地点综合楼226 实验日期 2012年9月20日

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、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。

①比例环节 G1(S)=-1和G2(S)=-2

②惯性环节 G1(S)=-「1/(S+1)」和G2(S)=-「1/(0.5S+1)」

③积分环节 G1(S)=-(1/S)和G2(S)=-(1/（0.5S）

④微分环节 G1(S)=－0.5S和G2(S)=-S

⑤比例微分环节 G1(S)=-(2+S)和G2(S)=-(1+2S)

⑥比例积分环节（PI）G1（S）=-(1+1/S)和G2（S）=-「2（1+1/2S）」

二、实验步骤及结果

启动MATLAB 6.0，进入Simulink后新建文档，分别在各文档绘制各典型环节的结构框图。双击各传递函数模块，在出现的对话框内设置相应的参数。然后

点击工具栏的按钮或simulation菜单下的start命令进行仿真，双击示波器

模块观察仿真结果。

在仿真时设置各阶跃输入信号的幅度为1，开始时间为0（微分环节起始设为0.5，以便于观察）传递函数的参数设置为框图中的数值，自己可以修改为其他数值再仿真观察其响应结果。

1、比例环节G1(S)=-1和G2(S)=-2

2、惯性环节G1(S)=-「1/(S+1)」和G2(S)=-「1/(0.5S+1)」

3、积分环节G1(S)=-(1/S)和G2(S)=-(1/（0.5S ）

4、微分环节G1(S)=－0.5S 和G2(S)=-S

5、比例微分环节： G1(S)=-(2+S)和G2(S)=-(1+2S)

6、比例积分：G1（S ）=-(1+1/S)和G2（S ）=-「2（1+1/2S ）」 10.5s+1

Transfer Fcn1

1

s+1

Step1Scope110.5s

Transfer Fcn1

1

s

Transfer Fcn Step1Scope Step1Scope

0.5Gain

du/dt

Derivative1du/dt

Derivative Step1Scope

2

1

Gain1

2Gain du/dt

Derivative1

du/dt

Derivative Add1Add

四、实验结果分析：比较前后两个阶跃曲线的区别与联系，作出相应的实验分析结果。

1.比例环节

由其阶跃响应波形图知，比例环节的输出量与输入量成正比，既无输出也无

延迟，响应速度快，因此系统易受外界干扰信号影响，从而导致系统不稳定。

2.惯性环节

由其阶跃响应波形图知，惯性环节使得输出波形在开始时以指数曲线上升，上升速度与时间长是有关，时间常数越小，上升得越快。

3.积分环节

由其阶跃响应波形图知，积分环节的输出量反映了输入量随时间的积累，积

分作用随着时间而逐渐增强，其反应速度较比例环节迟缓。

4.微分环节

由其阶跃响应波形图知，微分环节的输出反映了输入信号的变化速度，即微

分环节能预示输入信号的变化趋势，若输入为一定值，则输出为0.

5.比例微分环节

由其阶跃响应波形图知，比例微分使系统较单独的比例环境稳定，再输入为

常值时也有响应输出，避免了单独微分环节作用时的零输出。输出稳定时的幅度与比例环节的比列系数成正比。

6.比例积分环节

由其阶跃响应的波形图知，积分和比例一起起作用时的响应速度变化加快，

其输出与积分的时间长是有关。

五、心得与体会

本实验我们熟悉了MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。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 功能模块可以快速地建立控制系统模型，进行仿真和调试。

在实验中，我们通过SIMULINK 功能模块建立控制系统各个典型环节的模型，进行仿真和调试，得到了各个典型环节在单位阶跃信号作用下的响应波形，加深对各典型环节响应曲线的理解，并定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 12s

Transfer Fcn1

1

s

Transfer Fcn

Step1Scope 1

2

Gain1

Add1Add