线性系统的Simulink仿真

实验四线性系统的Simulink仿真一、 实验目的1、 学习使用Simulink搭建系统模型的方法；2、 学习使用Simulink进行系统仿真及观测稳定性及过渡过程。二、 实验仪器设备Pc机一台，MATLAB软件。三、 实验内容1、典型环节单位阶跃响应曲线(1)比例环节G(s)二KK二2(2)积分环节G(s)二1/TST二2(3)比例积分环节G(s)=K+1/TSK=0.5,T=0.5(4)惯性环节G(s)=K/TS+1K=0.5,T=0.5求：1)各典型环节单位阶跃响应结构图2)观察记录示波器Scope中各典型环节的单位阶跃响应曲线2、已知系统如图所示，若输入信号r(t)二1(t)，扰动信号n二0.1*l(t)，求：1)仅在输入信号r(t)=1(t)作用下，令扰动信号n=0.在示波器Scope中观察系统的单位阶跃响应曲线并读出单位阶跃响应误差e,Wr。仅在扰动信号n=0.1*1(t)作用下，令输入信号r(t)=1(t)=0.在示波器Scope中观察系统的单位阶跃响应曲线并读出单位阶跃响应误差弘”。求出系统总的稳态误差。四、实验步骤运行MATLAB,键入Simulink回车，出现SimulinklibraryBrowser界面，打开filefNewfModelf出现新建模型窗口。在窗口左边选SimulinkfSourcesfStep阶跃信号模块，选中后按住鼠标左键不放，将它拖到新建模型窗口中，双击Step模块，设置参数。参考表中路径调用实验中所用模块。连接模块的操作方法：用鼠标指向源模块的输出端口，当鼠标变成十字形时按住鼠标左键不放，然后拖动鼠标指向目标模块输入端口后松开。点击simulationfStar运行。双击示波器(Scope)模块，观察响应波形。拷贝系统仿真原理图及仿真结果。直接粘贴在word文档上，以备书写实验报告。五、实验结果1、典型环节单位阶跃响应曲线信号源：在窗口左边选SimulinkfSourcesfStep阶跃信号模块，选中后按住鼠标左键不放，将它拖到新建模型窗口中，双击Step模块，设置参数。StepStep(1)比例环节 G(s)二K K二2仿真原理图如下所示:m

Ml#理论计算：传递函数为：£凹二KR(s)阶跃响应表达式为：C(t)二K=2单位阶跃输入信号的仿真结果为一条平行于时间轴的直线，其幅值为2,满足阶跃响应表达式C(t)二K二2，可以验证仿真结果的正确性。积分环节 G(s)二1/TS T二2仿真原理图如下所示：94 —1 」i1r113tapSlidniInhgijIe^iOjln当T=2时，单位阶跃信号的时域响应波形如下:理论计算:理论计算:传递函数为：£凹二丄R(s)TS阶跃响应表达式为：C(t)=-1=0.5tT单位阶跃输入信号的仿真结果为一条过原点并且有一定斜率的的直线，其斜率为0.5，满足阶跃响应表达式C(t)=11=0.5t，可以验证仿真结果的正确性。比例积分环节 G(s)=K+1/TS K=0.5,T=0.5仿真原理图如下所示：Ud«rOilntiMri*加r

Ud«rOilntiMri*加r理论计算：传递函数为：£凹二K+丄R(s) TS阶跃响应表达式为：C(t)=K+11=0.5+2tT单位阶跃输入信号的仿真结果为一条与纵轴正向有交点并且有一定斜率的的直线，其斜率为2.5且纵轴截距为0.5，满足阶跃响应表达式C(t)=K+丄t=0.5+2t，可以验证仿真结果。T惯性环节 G(s)=K/TS+1 K=0.5,T=0.5仿真原理图如下所示：■ 电[-1—TlinArFM理论计算：传递函数为：£旦二R(s)TS+1阶跃响应表达式为：C(t)=K(1-e-t/T)=0.5-e-2t单位阶跃输入信号的仿真结果为一条按指数规律变化的单调递增的曲线，稳态放大倍数为0.5，时间常数近似为0.5，满足阶跃响应表达式C(t)=K(1-e-t/T)=0.5-e-2t，可以验证仿真结果的正确性。K(5)二阶振荡环节 G(s)=S(°]S+]) K=5仿真原理图如下所示：单位阶跃信号的时域响应波形如下:K(6)三阶系统 G(s)=s(0.1s+1)(0.5s+1)仿真原理图如下所示：I—IScope■——>■1£■1211_1—►0.1S+1□.5s+1StepSubtract IntegratorTransferFenrf3nsferFcn4Scopel当K=5时，单位阶跃信号的时域响应波形如下:当K=12时，单位阶跃信号的时域响应波形如下:当K=15时，单位阶跃信号的时域响应波形如下:2、仅在输入信号r(t)=1(t)作用下，令扰动信号n=0•在示波器Scope中观察系统的单位阶跃响应曲线并读出单位阶跃响应误差S仿真原理图如下所示：OjiinOjiin系统的单位阶跃响应曲线:©PP州厲3S**©PP州厲3S**J蛍匕■ 」心 屯I!的百?一lq弓由图分析可知，单位阶跃响应误差essr为：e 0，与理论值相符合。ssr=0仅在扰动信号n=°」*】⑴作用下，令输入信号r(t)=1(t)=O・在示波器Scope中观察系统的单位阶跃响应曲线并读出单位阶跃响应误差e$sn。仿真原理图如下所示：Subluel ►Subluel ►+hh.tf■ *"4i系统的单位阶跃响应曲线:由图分析可知，单位阶跃响应误差essn为：J01,与理论值相符合。3）系统总的稳态误差。仿真原理图如下所示：系统的单位阶跃响应曲线:

由图分析可知：系统总的稳态误差为0.1,与理论值相符合。六、心得体会通过本次实验，使我掌握了MATLAB软件Simulink的使用方法。通过利用