自动控制原理实验指导书(实验四)

实验四自动控制系统的动态校正仿真实验

实验可在真实系统进行，亦可在模型上进行仿真。真实系统需要物理环境和实验设备、仪器，按实际系统的运行模式进行实验；仿真实验是利用模型(物理的或数学的)进行系统动态特性研究的实验。MATLAB提供的控制系统数学仿真工具包SIMULINK，提供了一般控制系统所需的模块和用户创建模块功能，允许用户用框图的形式搭建任意系统并进行仿真，是控制系统研究设计的重要手段，在控制系统的仿真中获得了广泛的应用。

一．实验目的

1．了解MATLAB数学仿真工具包SIMULINK

2．学习SIMULINK在自动控制系统的仿真应用

3．研究串联校正对系统稳定性及过渡过程的影响

二．实验内容及实验原理

1．Simulink进行系统仿真方法

1）安装并启动MATLAB

2）启动Simulink进入仿真环境

单击MATLAB Command窗口工具条上的Simulink图标，或者在MATLAB命令窗口输入simulink，即弹出图示的模块库窗口界面(Simulink Library Browser)。该界面右边的窗口给出Simulink所有的子模块库。每个子模块库中模块可直接用于建立系统的Simulink框图模型。

3）打开空白模型窗口用来建立系统的仿真模型

MATLAB主界面中选择【File:New Model】菜单项；所打开的空白模型窗口如图所示

4）将模块库的相应模块复制到该窗口，通过相应的连接可建立Simulink仿真系统结构图

在Simulink模型或模块库窗口内，用鼠标左键单击所需模块图标，按住鼠标左键不放并移动鼠标至目标模型窗口指定位置，释放鼠标即完成模

块拷贝，用鼠标选中模块按Del键即可删除，选取菜单Format→

RotateBlock，可使模块旋转90°。

用鼠标双击指定模块图标，打开模块对话框，根据对话框栏目中提供的信息进行参数设置或修改。

例如双击模型窗口的传递函数模块，弹出图示对话框，在对话框中分别输入分子、分母多项式的系数，点击OK键，完成该模型的设置，如右下图所示：

●模块的连接

模块之间的连接是用连接线将一个模块的输出端与另一模块的输入端连接起来；也可用分支线把一个模块的输出端与几个模块的输入端连接起来。

连接线生成是将鼠标置于某模块的输出端口(显一个十字光标) ，按下鼠标左键拖动鼠标置另一模块的输入端口即可。分支线则是将鼠标置于分支点，按下鼠标右键，其余同上。

5). 系统仿真

●设置仿真参数

在模型窗口选取菜单【Simulation: Parameters】,弹出“Simulation Parameters” 对话框，设置仿真参数，然后按【OK】即可；

系统仿真

在模型窗口选取菜单【Simulation: Start 】，仿真开始，至设置的仿真终止时间，仿真结束。若在仿真过程中要中止仿真，可选择【Simulation: Stop 】菜单。

2． 串联超前校正仿真实验

图4-1校正前仿真系统图

图4-2串联超前校正后仿真系统图

按图3-2所示系统框图在MATLAB 中建立如图4-1校正前仿真系统图，校正前传递函数2)(=s G c ；图4-2校正后仿真系统图，校正后设置传递函数

1

005.0)

1055.0(2

)(++=s s s G c

外施阶跃信号，打开示波器显示，记录输出信号波形，超调量和调整时间。

3 串联滞后校正仿真实验

按图3-5所示系统框图在MATLAB 中建立如图4-3校正前仿真系统图，校正前传递函数()10c G s =；图4-4校正后仿真系统图，校正后设置传递函数

1010

()111

c s G s s +=

+。

图4-3校正前仿真系统图

图4-4串联滞后校正仿真系统图

外施阶跃信号，打开示波器显示，记录输出信号波形，超调量和调整时间。 4 串联超前滞后校正仿真实验

按图3-5所示系统框图在MATLAB 中建立如图4-5校正前仿真系统图，校正前传递函数()6c G s =；图4-6校正后仿真系统图，校正后设置传递函数

22

1.088.16()0.3 6.051

c s s G s s s ++=++ 图4-5 校正前仿真系统图

图4-6串联超前滞后校正仿真系统图

外施阶跃输入信号，打开示波器显示，记录输出信号波形，超调量和调整时间。

三、实验步骤

1． 启动计算机，在桌面双击图标MATLAB 运行软件。

2． 启动Simulink 进入仿真环境：单击MATLAB Command 窗口工具条上的Simulink 图标，或者在MATLAB 命令窗口输入simulink

3．根据实验内容建立系统的仿真模型：选择【File:New →Model 】菜单项，打开空白模型窗口，将模块库的相应模块复制到该窗口，通过相应的连接可建立Simulink 仿真系统结构图。

复制模块：打开continous 模块库，分别选择输入模块（），传递函数模块（），比较环节，输出模块（）至目标模型窗口指定位置，选取菜单Format →RotateBlock ，可使模块旋转90°。

模块连接：拖动鼠标，从模块的输出端口至另一模块的输入端口。

模块参数： 打开相应模块对话框，根据对话框栏目中提供的信息进行参数设置或修改。输入模块为单位阶跃，传递函数参数相应根据仿真系统修改。例如：

2226(1.21)(0.151) 1.088.16()(0.051)(61)0.3 6.051

c s s s s G s s s s s ++++==

++++，则分母多项式为[0.3 6.05 1 ]，分子多

项式为[1.08 8.1 6]

4．系统仿真

根据实验内容建立系统的仿真模型后选取菜单【Simulation: Start 】，仿真开始，至设置的仿真终止时间，仿真结束。

打开示波器显示，记录输出信号波形，超调量和调整时间。