典型环节仿真研究

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1、典型环节仿真研究一.实验目的：1.通过实验熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线、斜坡响应曲线，传递函数及其特性。2.研究分析参数变化对典型环节动态特性的影响。二.实验内容：1.应用MATLAB仿真软件，实现对各种典型环节阶跃、斜坡信号的输入，用仿真示波器观测并记录各种典型环节的阶跃、斜坡响应曲线。2.修改各典型环节的参数，观测参数变化对典型环节阶跃响应的影响,测试并记录响应的数据。三.实验原理1.惯性环节(一阶环节)仿真，如图(1-1)所示：上图可观察输入输出两条曲线。该图只能观察输出曲线。图（1-1）注：将图中的输入信号模块step模块更换为Ramp模块既可观察斜坡响应曲线。2.二阶环节仿

2、真，如图(1-2)所示：或图（1-2）1.积分环节仿真，如图(1-3)所示：图（1-3）2.比例积分环节仿真，如图(1-4)所示：图（1-4）3.比例+微分环节仿真，如图(1-5)所示：图（1-5）4.比例+积分+微分环节仿真，如图(1-6)所示：图（1-6）一.实验步骤:1.进入WINDOWS操作系统；2.进入MATLABCOMMANDWINDOW(双击桌面上的MATLAB图标进入)；3.进入SIMULINK窗口(在MATLABCOMMANDWINDOW窗口中,键入SIMULINK后按回车键)或单击工具栏中的图标；4.移动鼠标到FILE菜单,单击鼠标左键,打开FILE菜单的子菜单.5

3、.点击NEW----(MODEL)，建立一个新的系统窗口（MODEL窗口）；6.参照第三部分的原理图，用鼠标将左边SimulinkLibraryBrowser窗口中的各个模块拖动到右边的MODEL窗口；方法如下：（1）移动光标到Sources模块，点击后出现Sources模块的内容，将该模块中的StepFcn(阶跃信号)选中，然后按住鼠标左键将其拖到Untitled窗口；（2）在Untitled窗口中，将光标移到StepFcn模块双击鼠标左键产生属性对话框，在该对话框中可以选择阶跃起始时间，初始值和阶跃值；（3）SIMULINK窗口中的Continuous模块打开，将TransferF

4、cn(传递函数)模块移到Untitled窗口中；（4）在Untitled窗口中,将鼠标移动到TransferFcn模块双击鼠标左键产生属性对话框，在该对话框中可以设置传递函数的分子、分母多项式的系数；（5）将SIMULINK窗口中的Sinks模块打开，将Scope示波器模块移到Untitled窗口；（6）将鼠标移动到Scope模块，双击鼠标左键产生属性对话框，在该对话框中可以选择HorizontalRange(水平范围)和VerticalRange(垂直范围)。用同样的方法可以操作其它模块；（如Mux模块在SignalRouting中；Gain和Sum模块在MathOperations

5、中；PID组合模块在SimulinkExtras下的AdditionalLinear中；正弦波信号模块在Source中；非线性模块在Discontinuities中）1.模块连接，将光标移到一个模块的输出端(>)按下鼠标左键拖动鼠标到另一个模块的输入端(>)，松开鼠标左键就可以完成两个模块的连接；2.模块连接好后，就可以进行仿真，在Untitled窗口中，将光标移到Simulation菜单，按下鼠标左键，打开子菜单，将高亮菜单条移到Start并单击鼠标左键（或单击工具栏中的图标），计算机开始仿真，示波器可显示出仿真曲线。3.仿真时间的设定，在Untitled窗口中，将光标移到Simul

6、ation菜单，按下鼠标左键，打开子菜单，将高亮菜单条移到SimulationParameters并单击鼠标左键，出现对话框，即可修改仿真时间。重复步骤4至8，完成其它环节的仿真，并做好记录。五.思考题:1．惯性环节在什么情况下可近似比例环节?而在什么情况下可近似为积分环节?2．惯性环节与不振荡的二阶环节的阶跃响应曲线有何不同？3．将PID环节中的微分部分改为不完全微分形式，曲线形状如何？各种典型环节的阶跃响应曲线如下图：一阶环节二阶环节（不振荡）二阶环节（衰减振荡）积分环节比例积分环节比例微分环节比例积分微分环节