机械工程控制基础与simulink

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1、《现代机械工程基础实验1》（机电）之机械工程控制基础综合实验指导书指导教师:董明晓逢波山东建筑大学机电工程学院2013.7.4摘要：本文采用MATLAB附带的图形仿真工具Simulink进行数字逻辑电路的仿真，实现对机械工程控制的开环系统，闭环系统的仿真。各系统可能包括的环节有比例环节，即放大环节，还有一阶惯性环节，积分环节，微分环节，以及对二阶震荡环节等构成。一；对开坏系统的simulink的仿真。开环系统是最简单的一种控制方式。他的特点是控制系统的控制量与被控制量Z间只有前向通道，即只有从输入端到输出端的单向通道，而无反向通道。1:一阶惯性环节的分析。如图所示PulseT

2、ransferFenScopgGenerator1.1对矩形方波的分析。该输入信号是周期为2S,幅值为1的矩形方波。如图M所示。图1-1其惯性环节的定义为：凡动力学方程用一阶微分方程描述的环节就称为惯性环节。其微分方程为dx.(t)dt其传递函数为:&(s)=K25+1经惯性环节后，矩形脉冲方波变成连续变化的且具有上升趋势的锯齿形波，随着吋间的延长矩形方波趋于稳定，该矩形方波的幅值变为0.6,相比较输入信号有所下降。矩形方波的输出波形如图1-2所示图1-21.2对正眩波进行分析。该输入信号是幅值为1,周期为6.5的正弦信号。该正眩信号的拉式变换公式为J.OOsinwt•e~s

3、tdto如图1-3所示。Timeoffset:0图1-3经一阶惯性环节后，正弦信号变得不规则，且幅值明显减小，变为0.6,同时周期有所延长。其事件响应函数为：WIw(t)二2)•厶(s)二=———•-~-52+VV225+1即可精确得出输出图形的变化情况。如图1・4所示。0.60.20•0.2•0.4■0.610•0.82：对该系统进行分析。该系统由比例环节，且其放大系数Kp=4,和积分环节构成。比例环节即：输出X()与输入X,⑴成比例且不失真的环节称为比例环节。其微分方程为：兀⑴二心⑴英传递函数为：G(帖畔K兀(/)积分环节：其定义为输出正比于输入对时间的积分，即具有兀(/

4、)二*J兀(“力的环节就称为积分环节。其传递函数为：ScopelSineWaveIntegrator2.1对输入的正弦信号进行分析。该正弦信号是周期为6.5,幅值为1的正弦信号。如图2-1所示。11-丄0.50f-v....:/:•0.5•1i1"-i""]11•I()12345678910rimeoffset:0图2-1经过该系统变换后，得到如图2-2所示的输出信号。其幅值变为原来的4倍,体现出比例环节的作用。积分环节的特点是输出量为输入量的时间的累积，输出值呈线性增长。因为该输入信号是正弦信号，即其输入的波形幅值上下波动，因而受到积分环节的影响可以忽略。—r1I1—.•/

5、?・・・・・・・・・・.：•・・・・・・・・・・・・・：••jr•••••••••••••••••••••・•••・••<:-:/::/••••••••••••••••••・•••iIi/jr.ii012345678910rneoffset:0图2・22.2对阶跃信号的分析。该输入信号在时间忖二0至匸1之J'日J的输入信号为零。当t=ls时，该输入信号发出幅值为a=2的阶跃信号。其拉式变换为:1(5)=-S如图2-3所示。1.5k10°0Tmeoffset:0图2-3在t=0至t=l吋的初始状态，没有信号输出当产生幅值为2的阶跃信号时，由于积分环节的作用，即输出信号是对输入信

6、号的时间累积，而使得输出信号随着时间的延长，幅值逐渐增大，趋于无穷大。一阶系统的单位阶跃响应函数的拉氏变换式为处(C=(刃其输出的波形如图2・4所示。fl®IIIIIIIIII.••.•40：:[[-I厂一10°::•:20；:；V:I0L—__I

7、

8、I1

9、

10、012345678910imeoffset0图2-43：对只有二阶震荡环节构成的系统进行分析。震荡环节一般由两个储能元件和一个耗能元件构成，由于两个储能元件之间有能量的交换，使得系统输出发生震荡。其传递函数为：C1G®〉=舄2十2和+1T为震荡环节的时间常数，T=l/wn,轴为无阻尼固有频率；f为阻尼比。3.1：对阶跃信

11、号的模拟分析。该阶跃信号在初始状态T=0至T=1时的输入信号为零，当T=ls吋，该输入信号变为幅值为2的阶跃信号。英拉式变换为：厶(s)二丄2111

12、1111•.■■■•.•1.510.5-::f::::■••••••.■•••.•-::•:-::•••*••.••••.••4!•>n1i••1丄1()12345678910Tmeoffset:0图3・1当二阶震荡环节输入的信号为阶跃信号吋，输出有两种情况。(1)当＜1吋，输出为一震荡环节，此时■二阶环节即为震荡环节。(2)当JLCf时，输出为一指数上升