自動控制原理實驗指導(dǎo)書(實驗四)

1、實驗四 自動控制系統(tǒng)的動態(tài)校正仿真實驗實驗可在真實系統(tǒng)進行，亦可在模型上進行仿真。真實系統(tǒng)需要物理環(huán)境和實驗設(shè)備、儀器，按實際系統(tǒng)的運行模式進行實驗；仿真實驗是利用模型(物理的或數(shù)學(xué)的)進行系統(tǒng)動態(tài)特性研究的實驗。MATLAB提供的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真工具包SIMULINK，提供了一般控制系統(tǒng)所需的模塊和用戶創(chuàng)建模塊功能，允許用戶用框圖的形式搭建任意系統(tǒng)并進行仿真，是控制系統(tǒng)研究設(shè)計的重要手段，在控制系統(tǒng)的仿真中獲得了廣泛的應(yīng)用。一實驗?zāi)康?了解MATLAB數(shù)學(xué)仿真工具包SIMULINK 2學(xué)習SIMULINK在自動控制系統(tǒng)的仿真應(yīng)用3研究串聯(lián)校正對系統(tǒng)穩(wěn)定性及過渡過程的影響 二實驗內(nèi)容及實驗原理

2、1Simulink進行系統(tǒng)仿真方法1）安裝并啟動MATLAB2）啟動Simulink進入仿真環(huán)境 單擊MATLAB Command窗口工具條上的Simulink圖標，或者在MATLAB命令窗口輸入simulink，即彈出圖示的模塊庫窗口界面(Simulink Library Browser)。該界面右邊的窗口給出Simulink所有的子模塊庫。每個子模塊庫中模塊可直接用于建立系統(tǒng)的Simulink框圖模型。3）打開空白模型窗口用來建立系統(tǒng)的仿真模型MATLAB主界面中選擇【File:New®Model】菜單項；所打開的空白模型窗口如圖所示 4）將模塊庫的相應(yīng)模塊復(fù)制到該窗口，通過相應(yīng)

3、的連接可建立Simulink仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖l 在Simulink模型或模塊庫窗口內(nèi)，用鼠標左鍵單擊所需模塊圖標，按住鼠標左鍵不放并移動鼠標至目標模型窗口指定位置，釋放鼠標即完成模塊拷貝，用鼠標選中模塊按Del鍵即可刪除，選取菜單FormatRotateBlock，可使模塊旋轉(zhuǎn)90°。l 用鼠標雙擊指定模塊圖標，打開模塊對話框，根據(jù)對話框欄目中提供的信息進行參數(shù)設(shè)置或修改。例如雙擊模型窗口的傳遞函數(shù)模塊，彈出圖示對話框，在對話框中分別輸入分子、分母多項式的系數(shù)，點擊OK鍵，完成該模型的設(shè)置，如右下圖所示：l 模塊的連接模塊之間的連接是用連接線將一個模塊的輸出端與另一模塊的輸入端連接起來

4、；也可用分支線把一個模塊的輸出端與幾個模塊的輸入端連接起來。連接線生成是將鼠標置于某模塊的輸出端口(顯一個十字光標) ，按下鼠標左鍵拖動鼠標置另一模塊的輸入端口即可。 分支線則是將鼠標置于分支點，按下鼠標右鍵，其余同上。5). 系統(tǒng)仿真l 設(shè)置仿真參數(shù)在模型窗口選取菜單【Simulation: Parameters】,彈出 “Simulation Parameters” 對話框，設(shè)置仿真參數(shù)，然后按【OK】即可；l 系統(tǒng)仿真在模型窗口選取菜單【Simulation: Start】，仿真開始，至設(shè)置的仿真終止時間，仿真結(jié)束。若在仿真過程中要中止仿真，可選擇【Simulation: Stop】菜單

5、。2 串聯(lián)超前校正仿真實驗圖4-1校正前仿真系統(tǒng)圖 圖4-2串聯(lián)超前校正后仿真系統(tǒng)圖按圖3-2所示系統(tǒng)框圖在MATLAB中建立如圖4-1校正前仿真系統(tǒng)圖，校正前傳遞函數(shù)；圖4-2校正后仿真系統(tǒng)圖，校正后設(shè)置傳遞函數(shù)外施階躍信號，打開示波器顯示，記錄輸出信號波形，超調(diào)量和調(diào)整時間。3 串聯(lián)滯后校正仿真實驗按圖3-5所示系統(tǒng)框圖在MATLAB中建立如圖4-3校正前仿真系統(tǒng)圖，校正前傳遞函數(shù)；圖4-4校正后仿真系統(tǒng)圖，校正后設(shè)置傳遞函數(shù)。圖4-3校正前仿真系統(tǒng)圖圖4-4串聯(lián)滯后校正仿真系統(tǒng)圖外施階躍信號，打開示波器顯示，記錄輸出信號波形，超調(diào)量和調(diào)整時間。4 串聯(lián)超前滯后校正仿真實驗按圖3-5所示系

6、統(tǒng)框圖在MATLAB中建立如圖4-5校正前仿真系統(tǒng)圖，校正前傳遞函數(shù)；圖4-6校正后仿真系統(tǒng)圖，校正后設(shè)置傳遞函數(shù) 圖4-5 校正前仿真系統(tǒng)圖圖4-6串聯(lián)超前滯后校正仿真系統(tǒng)圖外施階躍輸入信號，打開示波器顯示，記錄輸出信號波形，超調(diào)量和調(diào)整時間。三、實驗步驟1 啟動計算機，在桌面雙擊圖標MATLAB運行軟件。2 啟動Simulink進入仿真環(huán)境：單擊MATLAB Command窗口工具條上的Simulink圖標，或者在MATLAB命令窗口輸入simulink3根據(jù)實驗內(nèi)容建立系統(tǒng)的仿真模型：選擇【File:New®Model】菜單項，打開空白模型窗口，將模塊庫的相應(yīng)模塊復(fù)制到該窗口，

7、通過相應(yīng)的連接可建立Simulink仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 復(fù)制模塊：打開continous 模塊庫，分別選擇輸入模塊（），傳遞函數(shù)模塊（），比較環(huán)節(jié)，輸出模塊（）至目標模型窗口指定位置，選取菜單FormatRotateBlock，可使模塊旋轉(zhuǎn)90°。模塊連接：拖動鼠標，從模塊的輸出端口至另一模塊的輸入端口。模塊參數(shù)： 打開相應(yīng)模塊對話框，根據(jù)對話框欄目中提供的信息進行參數(shù)設(shè)置或修改。輸入模塊為單位階躍，傳遞函數(shù)參數(shù)相應(yīng)根據(jù)仿真系統(tǒng)修改。例如：，則分母多項式為0.3 6.05 1 ，分子多項式為1.08 8.1 6 4系統(tǒng)仿真 根據(jù)實驗內(nèi)容建立系統(tǒng)的仿真模型后選取菜單【Simulation: Start】，仿真開始，至設(shè)置的仿真終止時間，仿真結(jié)束。打開示波器顯示，記錄輸出信號波形，超調(diào)量和調(diào)整時間。四、實驗報告1 記錄校正前后實驗波形， 給出校正前后的p和ts2 繪制校正前后的Bode圖，并從圖上查出兩種情況下的相位穩(wěn)定裕量和c截止頻