自控实验报告实验一.docx

试验一 典型环节的MATLAB仿真

一、试验目的

生疏MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。

通过观看典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。

定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、试验内容

按以下各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK仿真模型，观看并记录其单位阶跃响应波形。

①比例环节G

1

(s)?1和G

1

(s)?2；

②惯性环节G

1

③积分环节G

1

④微分环节G

1

(s)? 1

s?1

1s(s)

1s

(s)?s

和G(s)?

2

1

0.5s?1

⑤比例+微分环节〔PD〕G

1

(s)?s?2和G

2

(s)?s?1

⑥比例+积分环节〔PI〕G

1

?1?1 和G

s2

s

(s)?1?12s

三、试验报告

画出各典型环节的SIMULINK仿真模型。

记录各环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。

写出试验的心得与体会。

一、比例环节G

1

(s)?1和G

1

(s)?2；

G(s)?1 G

1 1

(s)?2

结果分析：

G(s)?1 G

1 1

(s)?2

由以上阶跃响应波形图知，比例环节使得输出量与输入量成正比，既无失真也无延迟，响应速度快，能对输入马上作出响应，因此系统易受外界干扰信号的影响，从而导致系统不稳定。

2、惯性环节G

1

(s)? 1

s?1

和G(s)?

2

1

0.5s?1

G(s)? 1

1 s?1

G(s)?

2

1

0.5s?1

结果分析：

G(s)? 1

1 s?1

G(s)?

2

1

0.5s?1

由以上单位阶跃响应波形图知，惯性环节使得输出波形在开头时以指数曲线上升，上升速度与时间常数

〔惯性环节中s的系数〕有关。

三、积分环节G

1

(s)?1s

和G ?s??1/2s

2

1sG(s)

1s

1

G ?s??1/2s

2

1sG(s)

1s

G ?s??1/2s

1 2

结果分析：

由上图的单位阶跃响应波形图知，微分环节的输出反映了输入信号的变化速度，即微分环节能预示输入信号的变化趋势，但是假设输入为肯定值，则输出为零。

四、微分环节G

1

(s)?s

G(s)?s

1

结果分析：

G(s)?s

1

由以上单位阶跃响应波形知，比例作用与微分作用一起构成比例微分环节使得系统较单独的比例环节作用稳定，在输入为常值时也有响应的输出，避开了单独微分环节作用时的“零输出”。输出稳定时的幅值与比例环节的比例系数成正比。

五、比例+微分环节〔PD〕G

1

(s)?s?2和G

2

(s)?s?1

G(s)?s?1 G

2 1

(s)?s?2

G(s)?s?1 G

2 1

(s)?s?2

六、比例+积分环节〔PI〕G

1

(s)?1?1 和G

s2

s

(s)?1?12s

sG(s)?1?1

s

1

G(s)?1?12s

1s2结果分析：

1s

2

G(s)?1?

1

G(s)?1?12s

2由以上单位阶跃响应波形可知，积分环节和比例环节一起作用使得系统的响应速度变快了，其输出与积分时间常数有关。

2

三、试验心得与体会

本次试验我们生疏了MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进展建模、仿真和分析的软件包，利用SIMULINK功能模块可以快速的建立掌握系统的模型，进展仿真和调试。

在试验中，我们通过SIMULINK功能模块建立掌握系统各个典型环节的模型，进展仿真和调试，得到了各个典型环节在单位阶跃信号作用下的响应波形，通过观看各个典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，我们定性的了解各参数变化对典型环节动态特性的影响，同时也加深了我们对各典型环节响应曲线的理解。