東華大學(xué)自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)一

各位同學(xué)請(qǐng)注意：1-8請(qǐng)先自習(xí)上機(jī)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可參考指導(dǎo)書。3．9實(shí)驗(yàn)一 典型環(huán)節(jié)的MATLAB仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康腗ATLABSIMULINK應(yīng)曲線的理解。定性了解各參數(shù)變化對(duì)典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性的影響。二、SIMULINK的使用MATLABSIMULINKSIMULINKMATLABsimulinkEnter鍵或在工具欄單擊按鈕，即可進(jìn)入如圖1-1所示的SIMULINK仿真環(huán)境下。2．選擇File菜單下New下的Model命令，新建一個(gè)simulink仿真環(huán)境常規(guī)模板。3．在simulink仿真環(huán)境下，創(chuàng)建所需要的系統(tǒng)。以圖1-2所示的系統(tǒng)為例，說明基本設(shè)計(jì)步驟如下:1）進(jìn)入線性系統(tǒng)模塊庫，構(gòu)建傳遞函數(shù)。點(diǎn)擊simulink下的“Continuous”，再將右邊窗口中“TransferFen”的圖標(biāo)用左鍵拖至新建的“untitled”窗口。2）simulinkuntitled”窗口中雙擊該圖標(biāo)，即可改變OK3）建立其它傳遞函數(shù)模塊。按照上述方法，在不同的simulink的模塊庫中，建立系統(tǒng)所需的傳遞函數(shù)模塊。例:比例環(huán)節(jié)用“Math”右邊窗口“Gain”的圖標(biāo)。4）選取階躍信號(hào)輸入函數(shù)。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊simulink下的“Source”，將右邊窗口中“Step”圖標(biāo)用左鍵拖至新建的“untitled”窗口，形成一個(gè)階躍函數(shù)輸入模塊。5）選擇輸方式。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊simulink下的“Sinks”，就進(jìn)入輸方式模塊庫，通常選用“Scope”的示波器圖標(biāo)，將其用左鍵拖至新建的“untitled”窗口。Math”模塊庫右邊窗口“Sum”圖標(biāo)，并用鼠標(biāo)雙擊，將其設(shè)置為需要的反饋形式（改變正負(fù)號(hào)。連接各元件，用鼠標(biāo)劃線，構(gòu)成閉環(huán)傳遞函數(shù)。運(yùn)行并觀察響應(yīng)曲線。用鼠標(biāo)單擊工具欄中的“”按鈕，便能自動(dòng)運(yùn)行仿真環(huán)Scope”元件，即可看到響應(yīng)曲線。三、實(shí)驗(yàn)原理比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為ZG(s) 2Z

R 2R

R100K,R1

200K1 1圖1-3所示左側(cè)為其對(duì)應(yīng)的模擬電路右側(cè)即為SIMULINK的圖形。圖圖1-3 比例環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形2R21G(s)Z2 R 1

R100K,

200K,

1ufZ RC

1 0.2s1 1 2 11 21圖1-4所示左側(cè)為其對(duì)應(yīng)的模擬電路、右側(cè)為SIMULINK圖形。圖1-4慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形積分環(huán)節(jié)(I)的傳遞函數(shù)為Z 1 1G(s) 2

R100K,

1ufZ RC

s 1 11 1 1其對(duì)應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-5所示。圖1-5積分環(huán)節(jié)的模擬電路及及SIMULINK圖形微分環(huán)節(jié)(D)的傳遞函數(shù)為ZG(s) 2RCss R100K,C 10uf C

0.01ufZ 1 1 1 1 2 11其對(duì)應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-6所示。比例+微分環(huán)節(jié)（PD）的傳遞函數(shù)為RG(s)Z2 2(RR

s(0.1sZ R 1 11 1RR1 2

100K,C1

10uf C2

C1

0.01uf圖圖1-7比例+微分環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形其對(duì)應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-7所示。比例+積分環(huán)節(jié)（PI）的傳遞函數(shù)為ZR 1Z1G(s) 2 2 C1

s 1 ) Rs 1

100K,

10ufZ R s 1 2 11 1其對(duì)應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-8所示。圖1-8比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形PID在SIMULINK四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖，按下列各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，建立相應(yīng)的SIMULINK仿真模型，觀察并記錄其單位階躍響應(yīng)波形。①比例環(huán)節(jié)G1②慣性環(huán)節(jié)G

(s)1(s) 11 s1③積分環(huán)節(jié)G1④微分環(huán)節(jié)G1

(s)1s(s)1s⑤比例+微分環(huán)節(jié)（PD）G1

(s)s2⑥比例+積分環(huán)節(jié)（PI）G1

(s)11sPID的影響。（PID控制器在SimulinkExtras\AdditionalLinear\PIDcontroller）以下二選一做A．1使用Simulink搭建控制系統(tǒng)，被控對(duì)象傳遞函數(shù)為G(s) ，1s33s23s1使用純比例控制器PK K 0分別求出當(dāng)K I D p時(shí)系統(tǒng)單位階越響應(yīng)的超調(diào)量P.O.%，峰值時(shí)間Tp

，調(diào)整時(shí)間Ts

和穩(wěn)態(tài)誤差；分析K 對(duì)系統(tǒng)性能的影響。pPIController（KP

1，KD

0KI

=0.5，1.0，1.5，峰值時(shí)間T，調(diào)整時(shí)間T和穩(wěn)態(tài)p s誤差；分析KI

對(duì)系統(tǒng)性能的影響。B．2．使用Simulink搭建如下控制系統(tǒng)，使用純比例控制器PControlle（KI,KD0，分別求出當(dāng)Kp=1，2，30時(shí)系統(tǒng)單位階越響應(yīng)的超調(diào)量，峰值時(shí)間Tp，調(diào)整時(shí)間TsKp對(duì)系統(tǒng)性能的影響。使用比例微分控制器PDController（KP30KI0，分別求出當(dāng)KD=1，2，5，峰值時(shí)間Tp，調(diào)整時(shí)間TsKD系統(tǒng)性能的影響。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告畫各典型環(huán)節(jié)的SIMULINK仿真模型。記錄各環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)波形，并分析參數(shù)對(duì)響應(yīng)曲線的影響。寫實(shí)驗(yàn)的心得與體會(huì)。六、預(yù)習(xí)要求SIMULINKMATLABSIMULINK上機(jī)座位安排： 9號(hào)機(jī)房機(jī)號(hào)學(xué)生代碼學(xué)生姓名班級(jí)901130910228付世界電氣1302902130910324火興運(yùn)電氣1303903130940229陳立自動(dòng)化1302904130940504李佳琪自動(dòng)化1305905140150227馬嘉杰電氣1403906140400529余晨輝電氣1403907140400530賈勇電氣1401908140800323許玉軒電氣1401909140910101錢琳電氣1401910140910102鄭雨馨電氣1401911140910103蔚凱歌電氣1401912140910105張雅寧電氣1401913140910106黃嘉瑩電氣1401914140910110施磊電氣1401915140910111梁泓電氣1401916140910115崔光潤電氣1401917140910118鄭輝鵬電氣1401918140910119謝德鎮(zhèn)電氣1401919140910122郝靈廣電氣1401920140910125鄭鼎丁電氣1401921140910126龔旭電氣1401922140910128洪灝電氣1401923140910130魏藝涵電氣1401924140910201王梅電氣1402925140910215張?zhí)礻烹姎?402926140910216邱威銘電氣1402927140910217馬人月電氣1402928140910220郭炳乾電氣1402929140910221劉恩佑電氣1402930140910222王鵬洲電氣1402931140910223傅陽電氣1402932140910224王振宇電氣1402933140910225黃勝捷電氣1402934140910226劉凡電氣1402935140910229周揚(yáng)電氣1402936140910301朱金玲電氣1403937140910302楊如意電氣1403938140910305賀軼凡電氣1403939140910309權(quán)釗龍電氣1403940140910311趙棟祺電氣1403941140910314謝航電氣1403942140910315張文瀚電氣1403943140910317羅昆電氣1403944140910318聶文清電氣1403945140910319于任電氣1403946140910321劉訓(xùn)華電氣1403947140910323李偉健電氣1403948140910324徐嘉元電氣1403949140910326許耘彬電氣1403950140910327樊寧瑞電氣1403951140910328湯文兵電氣1403952140940102張采薇自動(dòng)化1401953140940103孫藝萌自動(dòng)化1401954140940110張江英自動(dòng)化1401955140940111張冬林卓越自動(dòng)化1401956140940118周建亮自動(dòng)化1401957140940122潘柯巖自動(dòng)化1401958140940126趙劍男自動(dòng)化1401959140940131盧徐豪自動(dòng)化1401960140940132賀天朗卓越自動(dòng)化1401961140940135李胤賢自動(dòng)化1401962140940137徐炫輝自動(dòng)化1401963140940204葉秀峰自動(dòng)化1402964140940207盧藝銘自動(dòng)化1402965140940208茍璐自動(dòng)化1402966140940210朱丹彤自動(dòng)化1402967140940212張浩卓越自動(dòng)化1401968140940213欽戈樂自動(dòng)化1402969140940216馮建鵬自動(dòng)化1402970140940218羅雪劍自動(dòng)化1402971140940227李文自動(dòng)化1402972140940228張曉廣自動(dòng)化1402973140940232張?jiān)洛K自動(dòng)化1402974140940234牛子聿自動(dòng)化1402975140940307蒿華自動(dòng)化1403976140940312章健自動(dòng)化1403977140940315吳濤自動(dòng)化1403978140940317杜圣卓越自動(dòng)化1401979140940321鄧玉龍自動(dòng)化1403980140940323黃昕卓越自動(dòng)化1401981140940325楊芳自動(dòng)化1403982140940327李振宇自動(dòng)化1403983140940328李飛自動(dòng)化1403984140940331肖川杰卓越自動(dòng)化1401985140940333聶發(fā)明自動(dòng)化1403986140940336唐一雷自動(dòng)化1403987140940401伍艾艾自動(dòng)化1404988140940405何巧穎自動(dòng)化1404989140940413許友慎自動(dòng)化1404990140940414魏贇瀟自動(dòng)化1404991140940415謝欽宇卓越自動(dòng)化1401992140940416羅杰自動(dòng)化1404993140940418徐振自動(dòng)化1404994140940419黃順卓越自動(dòng)化1401995140940421劉翼榮卓越自動(dòng)化1401996140940422易昊朗自動(dòng)化1404997140940423吳堯卓越自動(dòng)化1401998140940428潘恒自動(dòng)