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典型环节的MATLAB仿真

精品文档
实验一 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、SIMULINK的使用
MATLAB中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。
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。
图1-1 SIMULINK仿真界面
图1-2 系统方框图
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 Fen”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”，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。
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。
三、实验原理
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。
图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK图形

2．惯性环节的传递函数为

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1-4 惯性环节的模拟电路及SIMULINK图形

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

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

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1-8所示。
图1-8 比例+积分环节的模拟电路及SIMULINK图形曲线

四、实验内容
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、实验报告
1．画出各典型环节的SIMULINK仿真模型。
2. 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。
3. 写出实验的心得与体会。
六、预习要求

1．熟悉各种控制器的原理和结构，画好将创建的SIMULINK图形。
2．预习MATLAB中SIMULINK的基本使用方法。

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