matlab综合实验周实验报告.docx
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matlab综合实验周实验报告
现代机械工程基础实验Ⅰ（机电）实验报告
（机械控制编程部分）
班级机械103班
姓名孔潜
学号2010071189
山东建筑大学机电工程学院
目录
1.开环系统设计1
1.1积分环节1
1.1.1.正弦信号输入1
1.1.2.阶跃信号输入2
1.2.一阶惯性环节3
1.2.1正弦信号输入3
1.2.2.单位阶跃信号输入4
2.闭环系统设计5
2.1.闭环系统的积分环节5
2.1.1.正弦信号输入5
2.2.2.单位阶跃信号输入6
2.2.一阶惯性环节7
2.2.1.正弦信号输入7
2.2.2.单位阶跃信号输入8
2.3.一阶惯性环节和积分环节串联9
2.3.1.正弦信号输入9
2.3.2.阶跃信号输入10
1.开环系统设计
1.1积分环节
积分环节传递函数为
=
，积分环节是输出量与输入量对时间积分成正比的环节，一个显著特点是输出量取决于输入量对时间的积累过程。
输入量作用一段时间后，即使输入量变为零，输出量仍将保持在已达到的数值，有记忆功能；另一个特点是有明显的滞后作用依据此做相应的延迟，输出幅值呈线性增长，经过时间积累后，当输入变为零时，输出量不再增加，保持该值不变，具有记忆功能积分环节常用来改善控制系统的稳态性能。
积分通常与比例控制或微分控制联合构成PI或PID控制，增大积分时间常数（积分减弱）有利于减小超调，减小震荡、使系统更稳定，但同时延长系统消除静差的时间。
1.1.1.正弦信号输入
输出
分析：
输入信号为正弦波信号，前半周期具有不等于零的幅值，输出信号呈线性增加，当输入幅值为零时，输出信号幅值保持不变，后半周期幅值为负值，输出量呈负的线性增加，即线性减小，到一个整周期时，输入信号幅值为零，输出信号幅值保持，依次进行，故具有图示的波形。
1.1.2.阶跃信号输入
输出
分析：
积分环节传递函数为
=
，积分环节的特点是输出量为输入量对时间的积累，输出幅值呈线性增长，经过时间积累后，当输入变为零时，输出量不再增加，保持该值不变，具有记忆功能。
输入信号为阶跃信号，当输入信号不存在时输入为0，在信号上升沿处，输出信号呈线性增加，当输入幅值不变时，输出信号幅值保持不变，这样实现实现控制信号的稳态性能，故具有上图所示的波形。
1.2.一阶惯性环节
当输入为单位阶跃信号时，输出为输入对时间的积分，输出y（t）随时间呈直线增长。
当t趋于无穷大时，惯性环节可以近似地视为积分环节，当t趋于0时，惯性环节可以近似地视为比例环节。
一阶惯性环节的传递函数为G（s）=K/（Ts+1），其中T为惯性环节的时间常数，K为惯性环节的比例系数。
一阶惯性环节跟踪斜坡信号在稳态时，系统的输入、输出信号的变化率完全相等，但由于系统存在惯性，当c（t）从0上升到1时，对应的输出信号在数值上要滞后于输入信号一个常量T，所以又叫一阶滞后环节。
校正环节就是为了系统校正而添加的环节。
1.2.1正弦信号输入
输出
如上图所示，当输入时正弦波信号时，输出信号经过传递函数1/（10s+1），相应的进行了相位滞后，并且振幅相应的一次减弱，如果时间足够信号将减弱到0。
1.2.2.单位阶跃信号输入
输出
分析：
输入信号为单位阶跃信号，即Xi（s）=1/s,传递函数为G（s）=1/（10s+1），则输出信号为Xo（s）=Xi（s）*G（s）=1/s*1/（10s+1）,经拉式逆变换得输出信号为xo（s）=L-1[Xo（s）]=1-e-t，所以输出信号为上图所示。
2.闭环系统设计
2.1.闭环系统的积分环节
闭环系统中，闭环中具有反馈，可以减弱信号的波动，可以有效的消除闭环系统的稳态误差，通过反馈系统是系统的精确度提高,响应时间缩短,适合于对系统的响应时间,稳定性要求高的系统，闭环控制系统对被控对象的控制作用不再只由输入信号决定，而是由输入信号与反映实际输出的反馈信号综合以后的偏差量来决定。
反馈的作用是较小偏差、克服干扰。
2.1.1.正弦信号输入
输出
分析：
积分环节传递函数为
=
，由于闭环环节的存在，输出信号与输入信号具有如下关系：
，即为一阶惯性环节的闭环系统，惯性环节含有一个储能元件，输出量延缓反应输入的变化。
当输入为正弦波时由零变为幅值1时，输出延缓反应输入的变化，呈缓慢增加趋势，当到达1/4周期时，输入变化为递减，输出延缓反应输入的变化，呈缓慢减小趋势，当到达3/4周期时，输入变化为递增，输出延缓反应输入的变化，呈缓慢增加趋势。
由于惯性环节中含有储能元件，输出幅值变动量小于输入幅值变动量。
故有图示的波形。
2.2.2.单位阶跃信号输入
输出
分析：
输入信号为单位阶跃信号，即Xi（s）=1/s,传递函数为G（s）=1/（s+2），则输出信号为Xo（s）=Xi（s）*G（s）=1/s*1/（s+2）=1/2*［1/s-1/（s+2）］,经拉式逆变换得输出信号为xo（s）=L-1[Xo（s）]=1/2*［1（t）-e-2t］，所以输出信号为上图所示。
2.2.一阶惯性环节
2.2.1.正弦信号输入
输出
分析：
惯性环节含有一个储能元件，输出量延缓反应输入的变化。
由于闭环系统反馈的存在，使得输入输出具有如下关系：
当输入为正弦波时，由零变为幅值1时，输出延缓反应输入的变化，呈缓慢增加趋势，当到达1/4周期时，输入变化为递减，输出延缓反应输入的变化，呈缓慢减小趋势，当到达3/4周期时，输入变化为递增，输出延缓反应输入的变化，呈缓慢增加趋势。
由于传递函数小于1，所以输出幅值小于输入幅值，故有图示的波形。
2.2.2.单位阶跃信号输入
输出
分析：
惯性环节含有一个储能元件，输出量延缓反应输入的变化。
由于闭环系统反馈的存在，使得输入输出具有如下关系：
当输入为阶跃信号时，由零变为幅值1时，输出延缓反应输入的变化，呈缓慢增加趋势，由于传递函数小于1，所以输出幅值小于输入幅值，故有图示的波形。
2.3.一阶惯性环节和积分环节串联
2.3.1.正弦信号输入
输出
分析：
一阶惯性环节与积分环节串联，积分环节传递函数为
=
，输入信号为正弦波信号，前半周期具有不等于零的幅值，输出信号呈线性增加，当输入幅值为零时，输出信号幅值保持不变，后半周期幅值为负值，输出量呈负的线性增加，即线性减小，到一个整周期时，输入信号幅值为零，输出信号幅值保持，依次进行，故具有图示的波形
2.3.2.阶跃信号输入
输出
分析：
一阶惯性环节与积分环节串联，积分环节传递函数为
=
，输入信号为阶跃信号时，此串联传递函数在阶跃在信号上升沿处，输出信号呈线性增加，当输入幅值不变时，输出信号幅值保持不变，故具有上图示的波形。
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