Matlab仿真实验-自动控制原理.doc
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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1-1SIMULINK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“TransferFen”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。
图1-4惯性环节的模拟电路及SIMULINK图形
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
其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-7所示。
图1-7比例+微分环节的模拟电路及SIMULINK图形曲线
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
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；
G1（s）=1的图
G1（s）=2的图
②惯性环节和
传函G1（s）下的图Scope0
传函G2（s）下的图Scope1
③积分环节
G
（1）下的scope0图形
④微分环节
的图形
⑤比例+微分环节（PD）和
的图形
的图形
⑥比例+积分环节（PI）和
的图形
的图形
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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