自动控制理论虚拟仿真与实验设计报告.docxVIP

自动化学院2021-2022第一学期 《自动控制理论实验》实验报告 姓 名: 学 号: 专 业: 班 级: 教 师: 时 间: 实验目的：(1)掌握MATLAB可视化工具Simulink模块的使用及典型环节仿真结构图的建 立方法。 (2)通过观察典型环节和二阶系统的单位阶跃曲线，理解参数的变化对系统动 态性能的影响。利用设计超前校正环节。 1、实验要求(1)6种典型环节系统的仿真：比例环节 (G(s)=K)、积分环节(G(s)=l/(Ts))、 微分环节(Ks/(s+l))、惯性环节(G (s) =K/(Ts+l))、比例积分环节(K1+K2/S)、 比例微分(Kl+K2s/(s+l)) o步骤:自行 改变K、T、KI、K2参数进行仿真，要求每 个环节设置二组或三组参数进行比照找出 参数变化的规律。 ⑵二阶标准系统的仿真针对二阶标准传递函数： G (s) =丝丝o步骤：①令35a2 + 2gcons + 劭2 八 2 n不变，改变阻尼系数宫分别为无阻尼、 欠租尼、临界阻尼、过阻尼进行一组仿真 比照。 ②令阻尼系数自不变，变化3n参数进行 比照。 2、实验内容⑴比例环节G(s)=K 所选的几个不同参数分别为 K1=1,K2=3,K3=5。仿真框图及曲线如图2-1 所示。 图2-1 (a)比例环节 图2T(b)连续系统仿真曲线 ⑵积分环节G(s)=l/(Ts) 所选的几个不同参数分别为二1, T2=3,T3=5O仿真框图及曲线如图2-2所 不O 图2-2(a)积分环节 ⑶微分环节G(s)=Ks/(s+l) 图2-4 (b) 图2-4 (b)惯性环节仿真曲线 所选的几个不同参数分别为Kl=l, K2=3,K3=5。仿真框图及曲线如图2-3所 不O 图2-3 (a)微分环节 图2-3 (b)微分环节仿真曲线 (4)惯性环节 G (s) =K/(Ts+l) 所选的几个不同参数分别为 K1=3,T1=3； K2=3, T2=5； K3= 1, T3=5；仿真框 图及曲线如图2-4所示。 图2-4 (a)惯性环节 (5)比例积分环节G(s)=T+K/s 所选的几个不同参数分别为 Tl=l,Kl=3；T2=5,K2=3；T3=2,K3=5；T4=2,K 4=7；仿真框图及曲线如图2-5所示。 图2-5 (a)比例积分环节 2-5(b)比例积分环节仿真曲线 ⑹比例微分环节T+Ks/(s+l) 所选的几个不同参数分别为Tl=l,K1=3；T2=1,K2=7；T3=5,K3=3；T4=10, K4=3O仿真框图及曲线如图2-6所示。 图2-6(a)比例微分环节图2-7(b)匕变化时二阶标准传递函数仿真曲线 图2-6(b)比例微分环节仿真曲线 ②令阻尼系数昌不变，变化3n参数 进行比照。所选的几个不同参数分别为， 之二 0.5； w n=l ； cd n=2； 3 n=3； 3 n=4。 仿真框图及曲线如图2-8所示。 J + s+ 14 ，+北+ 4 16 d + 4s+ 16 9 3 + 3s + 9 ⑺针对二阶标准传递函数： ①令参数3n不变，改变阻尼系数宫 分别为无阻尼、欠租尼、临界阻尼、过阻 尼进行一组仿真比照。所选的几个不同参 数分别为 3n=2, K =0； k =0. 5； K =1；匕 =2o仿真框图及曲线如图2-7所示。 图2-7(a) 士变化时二阶标准传递函数仿真框图 图2-8(a) on变化时二阶标准传递函数仿真框图 图2-8(b) 3n变化时二阶标准传递函数仿真曲线 3、实验分析与体会 (1)通过仿真结果分析，在比例环节 中，参数K越大，曲线幅值越大；在积分 环节中，参数T越小，曲线上升(变化) 越快；在微分环节中，参数K越大，曲线 下降变化越慢，且衰减起始点越高；在惯性环节中，参数T越大曲线上升变化越慢, 参数K越大曲线上升变化越快；在比例积 分环节中，参数T越大曲线上升起点越高, 参数K越大，曲线上升变化率越大；在比 例微分环节，参数T越大曲线衰减起点越 大，参数K越大，衰减越快即变化率越大。 (2)二阶标准系统的仿真结果如表3-1 所示，由表中参数可知，当参数3n不变, 改变阻尼系数自，占1,阻尼系数宫越大， 响应越快，超调量越小，当宫〉1后的响应 速度又开始变慢。当阻尼系数宫不变(0 41),参数3n越大，响应越快，对超调 量没有影响。 表3-1二阶标准系统的仿真结果表 4 3 1： 超调量 Mp(%) 调节时间 ts(s) 峰值时间 %⑸ 稳态误差迎 0 2 100 785. 3982 783. 8274 0.1543 0.5 16. 2929 4. 0065 1. 7960 3.3480e-07 1 0 2.9100 4. 0200 2.9011e-12 2 0 7. 3903 10.8276 3.4777