[交通运输]控制原理实验指导书1.doc

第一部分（软件仿真） 实验一 典型环节仿真研究 实验目的 通过实验熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线、斜坡响应曲线，传递函数及其特性。 研究分析参数变化对典型环节动态特性的影响。 实验内容 应用MATLAB仿真软件，实现对各种典型环节阶跃、斜坡信号的输入，用仿真示波器观测并记录各种典型环节的阶跃、斜坡响应曲线。 修改各典型环节的参数，观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响,测试并记录响应的数据。 实验原理 惯性环节(一阶环节)仿真，如图(1-1)所示： 图（1-1）上图可观察输入输出两条曲线 注：将图中的输入信号模块step 模块更换为Ramp模块既可观察斜坡响应曲线。 二阶环节仿真，如图(1-2)所示： 图（1-2） 积分环节仿真，如图(1-3)所示： 图（1-3） 比例积分环节仿真，如图(1-4)所示： 图（1-4） 比例+微分环节仿真，如图(1-5)所示： 图（1-5） 比例+积分+微分环节仿真，如图(1-6)所示： 图（1-6） 实验步骤 进入WINDOWS操作系统； 进入MATLAB COMMAND WINDOW(双击桌面上的MATLAB图标进入)； 进入 SIMULINK 窗口(在 MATLAB COMMAND WINDOW 窗口中,键入 SIMULINK 后按回车键) 或单击工具栏中的 图标； 移动鼠标到FILE 菜单,单击鼠标左键,打开FILE 菜单的子菜单. 点击 NEW ----(MODEL)，建立一个新的系统窗口（MODEL窗口）； 参照第三部分的原理图，用鼠标将左边Simulink Library Browser窗口中的各个模块拖动到右边的MODEL窗口；方法如下： （1）移动光标到Sources 模块，点击后出现Sources 模块的内容，将该模块中的Step Fcn(阶跃信号)选中，然后按住鼠标左键将其拖到Untitled窗口； （2）在Untitled窗口中，将光标移到Step Fcn模块双击鼠标左键产生属性对话框，在该对话框中可以选择阶跃起始时间，初始值和阶跃值； SIMULINK窗口中的Continuous模块打开，将Transfer Fcn(传递函数)模块移到Untitled窗口中； 在Untitled窗口中,将鼠标移动到Transfer Fcn模块双击鼠标左键产生属性对话框，在该对话框中可以设置传递函数的分子、分母多项式的系数； 将SIMULINK窗口中的Sinks模块打开，将Scope示波器模块移到Untitled窗口； 将鼠标移动到Scope模块，双击鼠标左键产生属性对话框，在该对话框中可以选择Horizontal Range(水平范围)和Vertical Range(垂直范围)。用同样的方法可以操作其它模块； （如Mux 模块在Signal Routing中；Gain和 Sum 模块在Math Operations中；PID组合模块在Simulink Extras下的Additional Linear中； 正弦波信号模块在Source中； 非线性模块在Discontinuities中） 模块连接，将光标移到一个模块的输出端()按下鼠标左键拖动鼠标到另一个模块的输入端()，松开鼠标左键就可以完成两个模块的连接； 模块连接好后，就可以进行仿真，在Untitled窗口中，将光标移到Simulation菜单，按下鼠标左键，打开子菜单，将高亮菜单条移到Start并单击鼠标左键（或单击工具栏中的 图标），计算机开始仿真，示波器可显示出仿真曲线。 仿真时间的设定，在Untitled窗口中，将光标移到Simulation菜单，按下鼠标左键，打开子菜单，将高亮菜单条移到Simulation Parameters并单击鼠标左键，出现对话框，即可修改仿真时间。 重复步骤4至8，完成其它环节的仿真，并做好记录。 思考题 1．惯性环节在什么情况下可近似比例环节? 而在什么情况下可近似为积分环节? 2．惯性环节与不振荡的二阶环节的阶跃响应曲线有何不同？ 3．将PID环节中的微分部分改为不完全微分形式，曲线形状如何？ 各种典型环节的阶跃响应曲线如下图： 一阶环节 二阶环节（不振荡） 二阶环节（衰减振荡） 积分环节 比例积分环节 比例微分环节 比例积分微分环节 实验二 典型系统动态性能和稳定性分析 一．实验目的 l、学习和掌握动态性能指标的测试方法(如 n 等)。 2、研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。 二. 实验内容 l、观测不同参数下二阶、三阶系统的阶跃响应，测试出时域性能指标(如 n