自动控制基础基础实验-----典型环节的电路模拟与仿真(积分 惯性 比例 积分比例 ... ... )
目錄
- 自動(dòng)控制基礎(chǔ)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)
- 實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)的電路模擬與仿真
- 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/li>
- 實(shí)驗(yàn)器材
- 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
- 打開實(shí)驗(yàn)環(huán)境
- 1) 比例環(huán)節(jié)
- 2)慣性環(huán)節(jié)
- 3)比例微分(PD)環(huán)節(jié)
- 4)比例積分(PI) 環(huán)節(jié)
- 5)積分(I)環(huán)節(jié)
- 6)比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)
- 總結(jié)
自動(dòng)控制基礎(chǔ)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)的電路模擬與仿真
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>
通過(guò)各種典型環(huán)節(jié)[比例( p )環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、比例微分(PD)環(huán)節(jié)、比例積分(PI) 環(huán)節(jié)、積分(I)環(huán)節(jié)、比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)]的設(shè)計(jì)，熟悉MATLAB軟件仿真開發(fā)環(huán)境，掌握典型環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的流程，完成各種典型環(huán)節(jié)軟件仿真模擬電路的階躍特性測(cè)試，并研究參數(shù)變化對(duì)典型環(huán)節(jié)階躍特性的影響。
實(shí)驗(yàn)器材
MATLAB
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
完成各種典型環(huán)節(jié)的階躍特性測(cè)試，并研究參數(shù)變化對(duì)典型環(huán)節(jié)階躍特性的影響。包括比例( P )環(huán)節(jié)、慣性環(huán)節(jié)、比例微分(PD)環(huán)節(jié)、比例積分(PI) 環(huán)節(jié)、積分(I)環(huán)節(jié)、比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)。
打開實(shí)驗(yàn)環(huán)境
打開MATLAB，點(diǎn)擊Simulink，在Simulink里新建一個(gè)Blank Model.
點(diǎn)擊完blank model后得到下面界面
1) 比例環(huán)節(jié)
原理:
比例積分環(huán)節(jié)的時(shí)域圖如下:
比例環(huán)節(jié)的微分方程為：
c(t)=K?e(t)c(t)=K*e(t) c(t)=K?e(t)
比例環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為：
G(s)=KG(s)=KG(s)=K
故單位階躍響應(yīng)為：
實(shí)操:
在以上界面我們建立如下原理圖：
點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕后，雙擊scope將會(huì)顯示圖像如圖：
我設(shè)置的階躍函數(shù)x=1開始，幅值為1，后面例子都是如此，就不再贅述。
參數(shù)K對(duì)比例環(huán)節(jié)的影響:
原理圖按下圖連接:
scoop得到的圖像為:
ps: 后續(xù)單一變量的scoop圖像都以黑色為底色,觀察參數(shù)影響的scoop圖以白色為底色.
分析：根據(jù)scope圖像顯示，我們可以得到一個(gè)從1開始，幅值為2的階躍函數(shù)。此處對(duì)應(yīng)比例環(huán)節(jié)。即為初始階躍信號(hào)乘上比例系數(shù)2得到的信號(hào)。
2)慣性環(huán)節(jié)
原理:
慣性環(huán)節(jié)極點(diǎn)圖:
慣性環(huán)節(jié)的微分方程為：
慣性環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為：
故單位階躍響應(yīng)為：
實(shí)操:
構(gòu)建如下原理圖：
運(yùn)行后點(diǎn)擊scope得到如下圖像：
參數(shù)T對(duì)慣性環(huán)節(jié)的影響:
構(gòu)建如下原理圖：
scoop圖為:
分析：根據(jù)scope圖像顯示，我們可以更好地理解什么是慣性環(huán)節(jié)，慣性環(huán)節(jié)的輸出一開始并不與輸入同步按比例變化，而是直到過(guò)渡過(guò)程結(jié)束,y(t)才能與x(t)保持比例，所以我們發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，輸出為1。與輸入的階躍信號(hào)重合。我們可以輔以電容充電過(guò)程理解，當(dāng)電容兩端開始接上電壓時(shí)（初始狀態(tài)為0），充電過(guò)程不是瞬間完成的，需要時(shí)間Δt。即為充電過(guò)程，充電完畢后才能達(dá)到兩端接口電壓值。
且T越大，信號(hào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間越長(zhǎng)。
3)比例微分(PD)環(huán)節(jié)
原理：
比例微分環(huán)節(jié)階躍特性：
比例微分環(huán)節(jié)的微分方程為：
比例微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：
故單位階躍響應(yīng)為：
實(shí)操：
構(gòu)建如下原理圖：
運(yùn)行后點(diǎn)擊scope得到如下圖像：
參數(shù)KD不變時(shí)，參數(shù)Kp變化對(duì)比例微分環(huán)節(jié)階躍特性的影響:
按下圖連接：
上述每一個(gè)操作塊都為下圖的結(jié)構(gòu)
scoop圖像為：
參數(shù)Kp不變時(shí)，參數(shù)KD變化對(duì)比例微分環(huán)節(jié)階躍特性的影響：
scoop圖像為：
分析：根據(jù)scope圖像顯示，我們從原理圖上可以看到這么一個(gè)模塊Δu/Δt，這個(gè)模塊作為微分環(huán)節(jié)，字面意思即為求微分，而階躍信號(hào)，求微分時(shí)只在轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，此處即為x=1處。階躍信號(hào)求導(dǎo)，其導(dǎo)數(shù)趨向于∞。比例積分即微分加上比例環(huán)節(jié)。這就與我們的理論知識(shí)階躍函數(shù)在轉(zhuǎn)折點(diǎn)處導(dǎo)數(shù)為沖擊函數(shù)，沖擊函數(shù)在圖像上的表現(xiàn)即為一條高度趨向于∞，寬度趨向于0的矩形。（即為無(wú)限高的射線）
4)比例積分(PI) 環(huán)節(jié)
原理：
比例積分環(huán)節(jié)階躍特性：
比例積分環(huán)節(jié)的微分方程為：
比例積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：
故單位階躍響應(yīng)為：
實(shí)操：
構(gòu)建如下原理圖：
運(yùn)行后點(diǎn)擊scope得到如下圖像：
參數(shù)KI不變時(shí)，參數(shù)Kp變化對(duì)比例積分環(huán)節(jié)階躍特性的影響:
構(gòu)建如下原理圖：
scoop圖像為：
參數(shù)Kp不變時(shí)，參數(shù)KI變化對(duì)比例積分環(huán)節(jié)階躍特性的影響:
構(gòu)建如下原理圖：
分析： 根據(jù)scope圖像顯示，我們發(fā)現(xiàn)結(jié)果為階躍信號(hào)加上一個(gè)斜坡信號(hào)，其中斜坡信號(hào)即為積分環(huán)節(jié)，兩者結(jié)合即為比例積分環(huán)節(jié)。仔細(xì)觀察可以得到圖像的斜線開始與x=1，y=1點(diǎn)，即為上述的階躍信號(hào)加上斜坡信號(hào)。（斜坡信號(hào)即為階躍信號(hào)的積分）
5)積分(I)環(huán)節(jié)
原理：
積分環(huán)節(jié)階躍特性：
積分環(huán)節(jié)的微分方程為：
積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：
故單位階躍響應(yīng)為：
實(shí)操：
構(gòu)建如下原理圖：
運(yùn)行后點(diǎn)擊scope得到如下圖像：
參數(shù)T變化對(duì)積分環(huán)節(jié)階躍特性的影響:
構(gòu)建如下原理圖：
scoop圖像：
分析：根據(jù)scope圖像顯示，我們發(fā)現(xiàn)結(jié)果為斜坡信號(hào)，即階躍信號(hào)的積分。且T越小，積分作用越明顯。
6)比例積分微分(PID)環(huán)節(jié)
原理：
比例積分微分環(huán)節(jié)階躍特性：
比例積分微分環(huán)節(jié)的微分方程為：
積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：
故單位階躍響應(yīng)為：
實(shí)操：
構(gòu)建如下原理圖：
運(yùn)行后點(diǎn)擊scope得到如下圖像：
參數(shù)KI、KD不變時(shí)，參數(shù)Kp變化對(duì)比例積分微分環(huán)節(jié)階躍特性的影響：
構(gòu)建如下原理圖：
scoop圖像為：
參數(shù)Kp、KD不變時(shí)，參數(shù)KI變化對(duì)比例積分微分環(huán)節(jié)階躍特性的影響：
scoop圖像為：
參數(shù)Kp、KI不變時(shí)，參數(shù)KD變化對(duì)比例積分微分環(huán)節(jié)階躍特性的影響：
分析：據(jù)scope圖像顯示，我們發(fā)現(xiàn)結(jié)果為上面三個(gè)實(shí)驗(yàn)的疊加，比如比例環(huán)節(jié)就是對(duì)幅值的一個(gè)影響。微分即會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沖擊信號(hào)，積分環(huán)節(jié)生成一個(gè)斜坡信號(hào)，當(dāng)然上述的結(jié)果都是在輸入信號(hào)為階躍信號(hào)的前提下。
PID在我們自動(dòng)化中非常重要，我們通過(guò)對(duì)比例、微分、積分三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行系數(shù)占比的調(diào)整，可以得到令我們滿意的結(jié)果。
總結(jié)
上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容即為體會(huì)各種典型環(huán)節(jié)，通過(guò)觀看輸出的圖像，以及分析結(jié)果來(lái)理解各環(huán)節(jié)的作用。
*ps：上述為我個(gè)人覺得比較典型的環(huán)節(jié)的仿真與分析。后續(xù)實(shí)驗(yàn)在另一篇文章內(nèi)！*🙆==如果想要相應(yīng)的報(bào)告可以評(píng)論或私信聯(lián)系我!==🙆?♂?總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的自动控制基础基础实验-----典型环节的电路模拟与仿真(积分 惯性 比例 积分比例 ... ... )的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
