實驗一 典型環節的MATLAB仿真

一、實驗目的

1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模塊的使用方法。

2．通過觀察典型環節在單位階躍信號作用下的動態特性，加深對各典型環節響應曲線的理解。

3．定性了解各參數變化對典型環節動態特性的影響。

二、SIMULINK的使用

MATLAB中SIMULINK是一個用來對動態系統進行建模、仿真和分析的軟件包。利用SIMULINK功能模塊可以快速的建立控制系統的模型，進行仿真和調試。

1．運行MATLAB軟件，在命令窗口欄“>>”提示符下鍵入simulink命令，按Enter鍵或在工具欄單擊按鈕，即可進入如圖1-1所示的SIMULINK仿真環境下。

2．選擇File菜單下New下的Model命令，新建一個simulink仿真環境常規模板。

3．在simulink仿真環境下，創建所需要的系統。

以圖1-2所示的系統為例，說明基本設計步驟如下：

1)進入線性系統模塊庫，構建傳遞函數。點擊simulink下的“Continuous”，再將右邊窗口中“Transfer Fen”的圖標用左鍵拖至新建的“untitled”窗口。

2)改變模塊參數。在simulink仿真環境“untitled”窗口中雙擊該圖標，即可改變傳遞函數。其中方括號內的數字分別為傳遞函數的分子、分母各次冪由高到低的系數，數字之間用空格隔開；設置完成后，選擇OK，即完成該模塊的設置。

3)建立其它傳遞函數模塊。按照上述方法，在不同的simulink的模塊庫中，建立系統所需的傳遞函數模塊。例：比例環節用“Math”右邊窗口“Gain”的圖標。

4)選取階躍信號輸入函數。用鼠標點擊simulink下的“Source”，將右邊窗口中“Step”圖標用左鍵拖至新建的“untitled”窗口，形成一個階躍函數輸入模塊。

5)選擇輸出方式。用鼠標點擊simulink下的“Sinks”，就進入輸出方式模塊庫，通常選用“Scope”的示波器圖標，將其用左鍵拖至新建的“untitled”窗口。

6)選擇反饋形式。為了形成閉環反饋系統，需選擇“Math” 模塊庫右邊窗口“Sum”圖標，并用鼠標雙擊，將其設置為需要的反饋形式(改變正負號)。

7)連接各元件，用鼠標劃線，構成閉環傳遞函數。

8)運行并觀察響應曲線。用鼠標單擊工具欄中的“”按鈕，便能自動運行仿真環境下的系統框圖模型。運行完之后用鼠標雙擊“Scope”元件，即可看到響應曲線。

三、實驗原理

1．比例環節的傳遞函數為

其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-3所示。

2．慣性環節的傳遞函數為

其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-4所示。

3．積分環節(I)的傳遞函數為

其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-5所示。

4．微分環節(D)的傳遞函數為

其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-6所示。

5．比例+微分環節(PD)的傳遞函數為

其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-7所示。

6．比例+積分環節(PI)的傳遞函數為

其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-8所示。

四、實驗內容

按下列各典型環節的傳遞函數，建立相應的SIMULINK仿真模型，觀察并記錄其單位階躍響應波形。

比例環節和；

圖1-1 比例環節的模擬電路

圖1-2 比例環節的SIMULINK圖形

慣性環節和

圖2-1 慣性環節的模擬電路

圖2-2慣性環節的SIMULINK圖形

積分環節

圖3-1積分環節的模擬電路

圖3-2 積分環節的SIMULINK圖形

微分環節

圖4-1微分環節的模擬電路

圖4-2微分的SIMULINK圖形

比例+微分環節(PD)和

圖5-1比例+微分環節的模擬電路

圖5-2比例+微分環節的SIMULINK圖形

⑥ 比例+積分環節(PI)和

圖6-1比例+積分環節的模擬電路

圖6-2比例+積分環節的SIMULINK圖形

五、心得體會

通過本實驗，我知道了在自動控制系統中，可以通過matlab經進行仿真。SIMULINK是一個用來對動態系統進行建模、仿真和分析的軟件包。利用SIMULINK功能模塊可以快速的建立控制系統的模型，進行仿真和調試。

通過學習本軟件，知道了軟件的使用，通過搭建函數模塊，可以很快速的得到想要的結果，方便快速！

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圖1-1 SIMULINK仿真界面

圖1-2 系統方框圖

圖1-3 比例環節的模擬電路及SIMULINK圖形

圖1-4 慣性環節的模擬電路及SIMULINK圖形

圖1-5 積分環節的模擬電路及及SIMULINK圖形

圖1-6 微分環節的模擬電路及及SIMULINK圖形

圖1-7 比例+微分環節的模擬電路及SIMULINK圖形曲線

圖1-8

總結

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