东华大学自动控制原理实验一

各位同学请注意：1-8请先自习上机内容，实验内容可参考指导书。3．9实验一 典型环节的MATLAB仿真一、实验目的MATLABSIMULINK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、SIMULINK的使用MATLABSIMULINKSIMULINKMATLABsimulinkEnter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“TransferFen”的图标用左键拖至新建的“untitled”窗口。2）simulinkuntitled”窗口中双击该图标，即可改变OK3）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）选择输方式。用鼠标点击simulink下的“Sinks”，就进入输方式模块库，通常选用“Scope”的示波器图标，将其用左键拖至新建的“untitled”窗口。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。连接各元件，用鼠标划线，构成闭环传递函数。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Scope”元件，即可看到响应曲线。三、实验原理比例环节的传递函数为ZG(s) 2Z

R 2R

R100K,R1

200K1 1图1-3所示左侧为其对应的模拟电路右侧即为SIMULINK的图形。图图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK图形2R21G(s)Z2 R 1

R100K,

200K,

1ufZ RC

1 0.2s1 1 2 11 21图1-4所示左侧为其对应的模拟电路、右侧为SIMULINK图形。图1-4惯性环节的模拟电路及SIMULINK图形积分环节(I)的传递函数为Z 1 1G(s) 2

R100K,

1ufZ RC

s 1 11 1 1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图形微分环节(D)的传递函数为ZG(s) 2RCss R100K,C 10uf C

0.01ufZ 1 1 1 1 2 11其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-6所示。比例+微分环节（PD）的传递函数为RG(s)Z2 2(RR

s(0.1sZ R 1 11 1RR1 2

100K,C1

10uf C2

C1

0.01uf图图1-7比例+微分环节的模拟电路及SIMULINK图形其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-7所示。比例+积分环节（PI）的传递函数为ZR 1Z1G(s) 2 2 C1

s 1 ) Rs 1

100K,

10ufZ R s 1 2 11 1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PID在SIMULINK四、实验内容系统结构如下图，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G1②惯性环节G

(s)1(s) 11 s1③积分环节G1④微分环节G1

(s)1s(s)1s⑤比例+微分环节（PD）G1

(s)s2⑥比例+积分环节（PI）G1

(s)11sPID的影响。（PID控制器在SimulinkExtras\AdditionalLinear\PIDcontroller）以下二选一做A．1使用Simulink搭建控制系统，被控对象传递函数为G(s) ，1s33s23s1使用纯比例控制器PK K 0分别求出当K I D p时系统单位阶越响应的超调量P.O.%，峰值时间Tp

，调整时间Ts

和稳态误差；分析K 对系统性能的影响。pPIController（KP

1，KD

0KI

=0.5，1.0，1.5，峰值时间T，调整时间T和稳态p s误差；分析KI

对系统性能的影响。B．2．使用Simulink搭建如下控制系统，使用纯比例控制器PControlle（KI,KD0，分别求出当Kp=1，2，30时系统单位阶越响应的超调量，峰值时间Tp，调整时间TsKp对系统性能的影响。使用比例微分控制器PDController（KP30KI0，分别求出当KD=1，2，5，峰值时间Tp，调整时间TsKD系统性能的影响。五、实验报告画各典型环节的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。写实验的心得与体会。六、预习要求SIMULINKMATLABSIMULINK上机座位安排： 9号机房机号学生代码学生姓名班级901130910228付世界电气1302902130910324火兴运电气1303903130940229陈立自动化1302904130940504李佳琪自动化1305905140150227马嘉杰电气1403906140400529余晨辉电气1403907140400530贾勇电气1401908140800323许玉轩电气1401909140910101钱琳电气1401910140910102郑雨馨电气1401911140910103蔚凯歌电气1401912140910105张雅宁电气1401913140910106黄嘉莹电气1401914140910110施磊电气1401915140910111梁泓电气1401916140910115崔光润电气1401917140910118郑辉鹏电气1401918140910119谢德镇电气1401919140910122郝灵广电气1401920140910125郑鼎丁电气1401921140910126龚旭电气1401922140910128洪灏电气1401923140910130魏艺涵电气1401924140910201王梅电气1402925140910215张天昱电气1402926140910216邱威铭电气1402927140910217马人月电气1402928140910220郭炳乾电气1402929140910221刘恩佑电气1402930140910222王鹏洲电气1402931140910223傅阳电气1402932140910224王振宇电气1402933140910225黄胜捷电气1402934140910226刘凡电气1402935140910229周扬电气1402936140910301朱金玲电气1403937140910302杨如意电气1403938140910305贺轶凡电气1403939140910309权钊龙电气1403940140910311赵栋祺电气1403941140910314谢航电气1403942140910315张文瀚电气1403943140910317罗昆电气1403944140910318聂文清电气1403945140910319于任电气1403946140910321刘训华电气1403947140910323李伟健电气1403948140910324徐嘉元电气1403949140910326许耘彬电气1403950140910327樊宁瑞电气1403951140910328汤文兵电气1403952140940102张采薇自动化1401953140940103孙艺萌自动化1401954140940110张江英自动化1401955140940111张冬林卓越自动化1401956140940118周建亮自动化1401957140940122潘柯岩自动化1401958140940126赵剑男自动化1401959140940131卢徐豪自动化1401960140940132贺天朗卓越自动化1401961140940135李胤贤自动化1401962140940137徐炫辉自动化1401963140940204叶秀峰自动化1402964140940207卢艺铭自动化1402965140940208苟璐自动化1402966140940210朱丹彤自动化1402967140940212张浩卓越自动化1401968140940213钦戈乐自动化1402969140940216冯建鹏自动化1402970140940218罗雪剑自动化1402971140940227李文自动化1402972140940228张晓广自动化1402973140940232张月锟自动化1402974140940234牛子聿自动化1402975140940307蒿华自动化1403976140940312章健自动化1403977140940315吴涛自动化1403978140940317杜圣卓越自动化1401979140940321邓玉龙自动化1403980140940323黄昕卓越自动化1401981140940325杨芳自动化1403982140940327李振宇自动化1403983140940328李飞自动化1403984140940331肖川杰卓越自动化1401985140940333聂发明自动化1403986140940336唐一雷自动化1403987140940401伍艾艾自动化1404988140940405何巧颖自动化1404989140940413许友慎自动化1404990140940414魏贇潇自动化1404991140940415谢钦宇卓越自动化1401992140940416罗杰自动化1404993140940418徐振自动化1404994140940419黄顺卓越自动化1401995140940421刘翼荣卓越自动化1401996140940422易昊朗自动化1404997140940423吴尧卓越自动化1401998140940428潘恒自动