MATLAB与控制系统仿真及实验 2016(五)

MATLAB与控制系统仿真及实验

实验报告

（五）

2015- 2016 学年第 2 学期

专业：

班级：

学号：

姓名：

2016 年 5 月18日

实验五 SIMULINK系统仿真设计

一、实验目的

1、掌握SIMULINK工作环境及特点

2、掌握线性系统仿真常用的基本模块的用法

3、掌握SIMULINK的建模与仿真方法

4、子系统的创建和封装设计

二、实验设备及条件

计算机一台（包含MATLAB 软件环境）。

三、实验原理

Simulink是MATLAB的重要组成部分，提供建立系统模型、选择仿真参数和数值算法、启动仿真程序对该系统进行仿真、设置不同的输出方式来观察仿真结果等功能。

1、 Simulink的基本模块

Simulink的模块库提供了大量模块。单击模块库浏览器中Simulink前面的“+”号，将看到Simulink模块库中包含的子模块库，单击所需要的子模块库，在右边的窗口中将看到相应的基本模块，选择所需基本模块，可用鼠标将其拖到模型编辑窗口。同样，在模块库浏览器左侧的Simulink栏上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中单击Open the ‘Simulink’ Libray 命令，将打开Simulink基本模块库窗口。单击其中的子模块库图标，打开子模块库，找到仿真所需要的基本模块。

Simulink中几乎所有模块的参数都允许用户进行设置，只要双击要设置的模块或在模块上按鼠标右键并在弹出的快捷菜单中选择相应模块的参数设置命令就会弹出模块参数对话框。该对话框分为两部分，上面一部分是模块功能说明，下面一部分用来进行模块参数设置。同样，先选择要设置的模块，再在模型编辑窗口Edit菜单下选择相应模块的参数设置命令也可以打开模块参数对话框。

一个Simulink仿真模型的基本模块包括信源、信宿以及系统三个部分。其中，信源可以是常数、正弦波、阶梯波等信号源，信宿可以是示波器、图形记录仪等，系统则是被研究系统的SIMULINK方框图。系统、信源、信宿，可以从SIMULINK模块库中直接获得，也可以根据用户意愿用库中的模块构建而成。

2、连续系统的建模与仿真

连续系统指的是可以用微分方程来描述的系统。用于建模连续系统的模块：Simulink模块组中的Continous、Math以及Nonlinear模块库中。

利用Simulink进行系统仿真的步骤如下：

(1) 建立系统仿真模型，这包括添加模块、设置模块参数以及进行模块连接等操作。

(2) 设置仿真参数。

(3) 启动仿真并分析仿真结果。

四、实验内容

1. 建立单位负反馈二阶系统的SIMULINK仿真模型，当输入信号源分别为阶跃信号、

斜坡信号、正弦信号时，给出系统输出的波形图。开环传递函数如下所示

2. 利用SIMULINK 仿真下列曲线并给出结果，取πω2=，

t

t t t t t x ωωωωωω9sin 91

7sin 715sin 513sin 31sin )(++++=

3. 先建立一个子系统，再利用该子系统产生曲线

2sin(2)x

y e x -=π。

4. 建立一个PID控制器的SIMULINK模型，将其封装。已知单位负反馈控制系统的传递函数为

要求在单位阶跃信号作用下绘制其相应曲线，并使用P，PI，PD和PID控制器分别改善其性能。

控制器模型如下：

P控制器:

PI: PD:

PID:

5. (附加题) 控制对象为：G

s s s =

++

32

523500

87.3510470

采样时间为1ms，取指令信号

30

d

y=，控制信号界限为[-6,6]，分别采用普通PI控制算

法和抗积分饱和算法进行系统的阶跃响应，比较测试结果。

提示：1、积分分离；2、实现积分饱和算法

五、心得体会

这次仿真实验与自控原理相关，让我们实践与理论相结合，深入的实践了控制原理的许多理论，加深了对课程的理解。