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《MATLAB与系统仿真》 大 作 业 系 别：电子信息工程系 班 级；08机械4班 姓 名：李其志 学 号：200800606423 指导教师：姚 金 邮 箱：334882089@ 2011年7月2日 一、带饱和输出特性PID控制系统的被控对象为=，其PID控制器为===5+。以与为前向通道的单位负反馈系统。试对于PID控制器分别采用以下3种办法：PID控制3个分量叠加、传递函数方框图与PID控制子系统绘制其Simulink仿真模型图，并对其进行阶跃仿真。然后对PID控制子系统进行封装。（结合P141例7-5、P144例7-6）（本题20分） 【解】： 【1】分析： 根据题意，已知PID控制器为=5+,即。PID的三个作用分量，仿真时可采用下列处理措施：①PID控制3个分量叠加法②传递函数方框图法③PID控制子系统及其Simulink仿真模型图法。 【2】PID的三个分量叠加法： 将PID的三个分量叠加作用直接绘制在系统中的Simulink模型li1.mdl如图1.1所示。图中的阶跃信号为“1”，即单位阶跃作用，三信号叠加模块“Add” 混路模块“Mux”，饱和特性为“±1.1”，时间延迟“60”s，仿真时间为“2000”s。 图1.11 PID控制三个分量叠加的Simulink模型li1.mdl 在模型li1.mdl图中，选中【Simulation】并执行其【Star】菜单项命令，再用鼠标左键双击“Scoope”示波器，即弹出图1.12所示系统输出示波器对话框，如果需要的话，用鼠标左键单击工具栏的纵坐标刻度管理工具【简图】，就得到如图1.12所示系统的单位阶跃给定响应曲线。 图1.12 系统的单位阶跃给定响应曲线 【3】传递函数方框图法。 将PID的三个分量叠加作用（求和）同分后求得一个传递函数，即 ===5+=。 将传递函数绘制在系统中的Simulink模型li2.mdl如图1.13所示。对模型li2.mdl进行仿真，结果同样得到图1.12所示系统的单位阶跃给定响应曲线。 图1.13 PID控制传递函数方框的Simulink模型li2.mdl PID控制子系统定义法。 定义子系统。 ·先到Simulink库浏览器的“Commonly Used Blocks”模块组中把标准功能模块“Subsystem”复制到空白模型设计区域（“untitled”）内，还复制其他模块，将其连成系统如图1.14所示，模型命名为“li3.mdl”后存盘。 图1.14 PID控制子系统的Simulink模型li3.mdl ·用鼠标左键双击“Subsystem”，将会弹出“li3/Subsystem”的设计区。 ·在“li3/Subsystem”的设计区域（见图1.15）中进行如图1.16所示的PID控制器的设计（复制各个标准功能模块，连线构成系统模型），或者将设计好的PID控制器模型复制到其中，并在输入与输出端假如“In”和“Out”两个功能模块（见图1.15）。模型设计完后，要注意存盘。至此，子系统创建完成。 图1.15 PID控制子系统Subsystem的Simulink模型li3/Subsystem ② PID控制系统仿真。 对模型li3.mdl进行仿真，结果也得到图1.12所示系统的单位阶跃响应曲线。 【5】子系统的封装步骤 用PID控制子系统封装的步骤。 在li3.mdl中的Subsystem模块更换为一个没有涉及的空Subsystem模块。 在“li3/Subsystem”的设计区域（见图1.15）中进行如图1.16所示的PID控制器的设计，输入数据并存盘。 图1.16 准备封装的子系统li3/Subsystem 再在模型li3.mdl中，选中“Subsystem”，选择主菜单【Edit】，执行其下的【Mask Subsystem...】】 图1.20 “Documentation”标签页 再回到模型窗口li3.mdl中，用鼠标左键双击被封装子系统“Subsystem”图标，立即弹出子系统模块带参数说明对话框，在各栏中填入参数，如图1.21所示。 图1.21 封装子系统后的模块参数功能 （3）封装子系统后，即得到图1.14所示的Simulink模型li3.mdl，如图1.22所示，此时子系统“Subsystem”图标上标注了“PID”，说明封装成功。 图1.22 封装PID控制子系统的Simulink模型 完成封装后，单击图1.21所示的模块参数功能图的下方按钮【Help】，立即弹出封装标签的帮助对话框，如图1.23所示。 图1.23