自动实验一典型环节的MATLAB仿真报告.doc

班级 姓名 学号  XXXXXX电子与信息工程学院实验报告册 课程名称：自动控制原理实验地点： 实验时间 同组实验人：实验题目：典型环节的MATLAB仿真 一、实验目的： 1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。 2．通过观察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。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验原理及SIMULINK图形： 1．比例环节的传递函数为 其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-3所示。 2．惯性环节的传递函数为 图1-4 惯性环节的模拟电路及SIMULINK图形 其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-4所示。 3．积分环节(I)的传递函数为 其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-5所示。 图1-5 积分环节的模拟电路及及SIMULINK图形 4．微分环节(D)的传递函数为 其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-6所示。 图1-6 微分环节的模拟电路及及SIMULINK图形 5．比例+微分环节（PD）的传递函数为 图1-7 比例+微分环节的模拟电路及SIMULINK图形曲线 其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-7所示。 6．比例+积分环节（PI）的传递函数为 其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-8所示。 图1-8 比例+积分环节的模拟电路及SIMULINK图形曲线 三、实验设备： 计算机 Matlab软件 四、试验内容： 按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。 ① 比例环节和； ② 惯性环节和 ③ 积分环节 ④ 微分环节 ⑤ 比例+微分环节（PD）和 ⑥ 比例+积分环节（PI）和 五、实验步骤： 1．运行MATLAB软件，在命令窗口栏“”提示符下键入simulink命令，按Enter键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK仿真环境下。 2．选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。 3．在simulink仿真环境下，创建所需要的系统。 以图1-2所示的系统为例，说明基本设计步骤如下： 1）进入线性系统模块库，构建传递函数。点击simulink下的“Continuous”，再将右边窗口中“Transfer Fcn”的图标用左键拖至新建的“untitled”窗口。 2）改变模块参数。在simulink仿真环境“untitled”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数，数字之间用空格隔开；设置完成后，选择OK，即完成该模块的设置。 3）建立其它传递函数模块。按照上述方法，在不同的simulink的模块库中，建立系统所需的传递函数模块。例：比例环节用“Math”右边窗口“Gain”的图标。 4）选取阶跃信号输入函数。用鼠标点击simulink下的“Source”，将右边窗口中“Step”图标用左键拖至新建的“untitled”窗口，形成一个阶跃函数输入模块。 5）选择输出方式。用鼠标点击simulink下的“Sinks” (输出显示模块库),就进入输出方式模块库，通常选用“Scope”的示波器图标，将其用左键拖至新建的“untitled”窗口。(Sinks接收模块库/信宿和仿真显示仪器库, 信宿是相对于信源而言的) 6）选择反馈形式。为了形成闭环反馈系统，需选择“Math” 模块库右边窗口“Sum”图标，并用鼠标双击，将其设置为需要的反馈形式（改变正负号）。 7）连接各元件，用鼠标划线，构成闭环传递函数。 8）运行并观察响应曲线。用鼠标单击工具栏中的“”按钮，便能自动运行仿真环境下的系统框图模型。运行完之后用鼠标双击“Scope”元件，即可看到响应曲线。 六、实验结果及分析： 1、比例环节和的SIMULINK图形如下所示： 结果分析： 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，能对输入立即作出响应，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、惯性环节和的SIMULINK图形如下所示： 结果分析： 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始时以指数曲线上升，上升速度与时间常数（惯性环节中s的系数）有关。 3、积分环节的SIMULINK图形如下所示：4、微分环节的SIMULINK图形如下所示： 结果分析： 积分环节的输出量反映了输入量随时间的积累，积分作用随着时间而逐渐增强