东华大学自动控制原理实验一

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1、各位同学请注意：1 上机实验为 1-8 周，每次上机请按照第一次的座位坐。2请先自习上机容，实验容可参考指导书。3 9 号机房座位安排见后面的，请按机位号入座，要点名哦实验一 典型环节的 MATLAB 仿真一、实验目的1 熟悉MATLA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MATLA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

2、仿真和调试。1 .运行MATLA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。r=E li i Vi aW HalpDerivative： Nijjieri ca 1 derivatiTe：:iui dt.t只It + l.* .?,;-j-hl .二:-.1-S.1 工-JJr-z:-r-:-s.lCmntDuly UsediContinQisDi tn I i nui i 雹Di艺皀teLogiz 边d

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4、OSEKVTX?卄 Ak+Duy=叶 Du31J*riIntegTiitQrStat e_Sji aceIransttr FenIr anspoi t DelayViii limit I elayVariaHe Tran.sjort DUtySero-Pole遇 1-1 SMJL1NK3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simu

5、link仿真环境“ untitled ”窗口中双击该图标，即可 改变传递函数。其中方括号的数字分别为传递函数的分子、分母各次幕由高到 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simulin

6、k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G（s） 互 昱 2 R 100KR 200K乙 R图1-3所示左侧为其对应的模拟电

7、路右侧即为 SIMULINK的图形。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G(s)R2C110.2s 1R 100K, R,200KQ 1uf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图形曰次 PHE 缸b*申fE 3 Soul AHifauai $ 仰fl I 帥Hl*! HEkri-lS Rrt#-SghMflWi Z祥 feli- fp Brtp IPMJ* pcdi fli m D *59-!|-|- f*F PCT *rR!七-IfJh muhUe AAmL -itfc von

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9、l 咗“斤左呵4E-.E于毎总床養.Xi IIUX. I_ 2ffl,q 増UHH 忌 l*RTlimmj Fw73.积分环节（I）的传递函数为G(s)Z2Z1R1C1sR1100KQ 1uf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fih Edl Viiw MIiBMe EtfiHeMe Rmwat ToctE 玄如口 fi* H # X 4k i o I1 3 01 .Nd B GOtf * A4m* ri-IWT ! 1HI T T li FT*klIL日山*frlLHf4 0麻i輸SJ Conriuovf-1M DncE-v

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11、 讨* -4 .微分环节（D）的传递函数为G(s)R1C1sR1100K,C1 10ufC2C1 O.Oluf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tf九耳5 比例+微分环节（PD的传递函数为G(s)Z2(RGs 1)(0.1s 1)RiR R2 100K,C1 10ufC2C10.01uf其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-7所示。S-l OvKorlmiiEwaSl由 W HLrf.isr IFa-il ?PS i. ihrinc zttIhUlu :r - fcr 4h lefj ert Jam - pi n d

12、- Li. 4图1-7r ieiLk:J. mL-h r i mi !.!, -wita l km 41i!i v LTlLa inHV WR HiHH 1*+GanOmaRIB田 KQD 鱸E叵 LEMl Fmv Hdpia-蛰ld*Ml HIhIb口誉 & 电 13 口 P 叵厂 5Tl ffia ijfc例+微分环节的模拟电路及 SIMULINKLogic -d Bri Opvriio-i.l-ftfl lbwhj* Tib$ MMMh &iwffTi 詔 3#赳 isMkrtki* 駁 Mcdri-ftdB dtiten.mKbo” 11q/rtprS6.比例+积分环节（PI）的传递函

13、数为G(s)ZZ1(11)sR1R2 100KQ 10uf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Lcir and Bn 4 nr il-H EBriTXian (b iiffr|CLHi Bf ih : apn iifM.： ?Mhk- II1 丄 ax J - wii菇v-m&BR3*a j=* -Crwvw*r Ui#4 BbtiComiKucwi-DaECFTlrHiitiiiLoabui? SEMb*MaJtspe*yhIK*S岂 Anapaaa Hock*fl* LnddrfaEl vifri -ior Motarc

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16、线。四、实验容1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。 比例环节Gi(s)1 惯性环节G1(s)s 1 积分环节G,s)1s 微分环节G1(s)s 比例+微分环节(PD G1(s)GKs)2建立如下的系统结构，选取若干个PID的参数，说明比例积分微分对输出响应 的影响。(PID控制器在 Simulink ExtrasAdditionalLinearPID controller )以下二选一做A.使用Simulink搭建控制系统，被控对象传递函数为G(s) 2s 3s 3s 1(1) 使用纯比例控制器 P Co ntroll

17、er ( KI 0, KD 0 )，分别求出当Kp=0.5, 1.0, 2.0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Kp对系统性能的影响。(2) 使用比例积分控制器PI Controller ( KP 1，KD 0 )，分别求出当KI =0.5，1.0，1.5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Ki对系统性能的影响。B、使用Simulink搭建如下控制系统,(1)使用纯比例控制器 P Controller ( Ki 0,Kd 0 ),分别求出当Kp=10, 20, 30时 系统单位阶越响应的超调量 P.O.%

18、,峰值时间Tp，调整时间Ts，稳态误差；分析 Kp对系 统性能的影响。(2)使用比例微分控制器 PD Co ntroller( Kp 30 Ki 0)，分别求出当K d =1，2，5 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，稳态误差；分析 Kd对 系统性能的影响。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 SIMULINK的基本使用方法。上机座位安排9号机房机

19、号学生代码学生班级901130910228付世界电气1302902130910324火兴运电气1303903130940229自动化1302904130940504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雨馨电气1401911140910103蔚凯歌电气1401912140910105雅宁电气1401913140910106黄嘉莹电气1401914140910110施磊电气14019151

20、40910111梁泓电气1401916140910115光润电气1401917140910118辉鹏电气1401918140910119德镇电气1401919140910122郝灵广电气1401920140910125鼎丁电气1401921140910126龚旭电气1401922140910128洪灏电气1401923140910130艺涵电气1401924140910201王梅电气1402925140910215天昱电气1402926140910216邱威铭电气1402927140910217马人月电气1402928140910220郭炳乾电气1402929140910221恩佑电气1402

21、930140910222王鹏洲电气1402931140910223傅阳电气1402932140910224王振宇电气1402933140910225黄胜捷电气1402934140910226凡电气1402935140910229周扬电气1402936140910301朱金玲电气1403937140910302如意电气1403938140910305贺轶凡电气1403939140910309权钊龙电气1403940140910311栋祺电气1403941140910314航电气1403942140910315文瀚电气1403943140910317罗昆电气1403944140910318聂文清电

22、气1403945140910319于任电气1403946140910321训华电气1403947140910323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采薇自动化1401953140940103艺萌自动化1401954140940110江英自动化1401955140940111冬林卓越自动化1401956140940118周建亮自动化1401957140940122柯岩自动化1401958140940126剑男自动化14019

23、59140940131卢徐豪自动化1401960140940132贺天朗卓越自动化1401961140940135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浩卓越自动化1401968140940213钦戈乐自动化1402969140940216建鹏自动化1402970140940218罗雪剑自动化1402971140940227文自动化1402972140940228晓广自动化1

24、402973140940232月银自动化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芳自动化1403982140940327振宇自动化1403983140940328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

25、动化1403987140940401伍乂乂自动化1404988140940405何巧颖自动化1404989140940413许友慎自动化1404990140940414贇潇自动化1404991140940415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翼荣卓越自动化1401996140940422易昊朗自动化1404997140940423吴尧卓越自动化1401998140940428恒自动化1404999140940429倪嘉惠自动化14049100140940430周宸自动化14049101140940432文豪自动化14049102140940434康凯自动化14049103140940436吴宇航卓越自动化14019104140940437辉品卓越自动化14019105140940438王春灏自动化14049106141140214利言电气14029107141140219王文卓电气14029108141440108竺怡娉电气1402