1、0实验一 典型环节的 MATLAB 仿真一、实验目的1熟悉 MATLAB 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MATLAB 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，进行仿真和调试。1运行 MATLAB 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
2、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。3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 simulink 仿真环境“untitled”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的
3、系数，图 1-1 SIMULINK 仿真界面 图 1-2 系统方框图 1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 simulink 下的“Sinks” ，就进入输出方式模块库，通常选用“Scope ”的示波
4、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 KRRZsG20,12)(12 其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1-3 所示。2惯性环节的传递函数为 ufCKRsCRZsG 1,20,12.01)
5、(21 其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1-4 所示。3积分环节(I)的传递函数为图 1-3 比例环节的模拟电路及 SIMULINK 图形2ufCKRsCRZsG1,01.0)(112 其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1-5 所示。4微分环节(D)的传递函数为ufCKRsCZsG10,)( 1112 ufC01.2其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1-6 所示。5比例+微分环节（PD）的传递函数为 )1.0()()(121 ssCRZsGufufKR.0, 1221 图 1-4 惯性环节的模拟电路及 SIMULINK 图形图 1-5 积分环节的模拟
6、电路及及 SIMULINK 图形图 1-6 微分环节的模拟电路及及 SIMULINK 图形3其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1-7 所示。6比例+积分环节（PI）的传递函数为)1()(121 sRCZsG ufCKR10,21其对应的模拟电路及 SIMULINK 图形如图 1-8 所示。四、实验内容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 和 ； 1)(sG2)(s图 1-1 比例环节的模拟电路图 1-7 比例+微分环节的模拟电路及 SIMULINK 图形曲线图 1-8 比例+ 积分环节的模拟电路及 SIMUL
7、INK 图形曲线4图 1-2 比例环节的模拟电路波形图 惯性环节 和 1)(1sG15.0)(2s图 2-1 惯性环节模拟电路图 2-2 惯性环节模拟电路波形图 积分环节 sG1)(图 3-1 积分环节的模拟电路5图 3-2 积分环节的模拟电路波形图 微分环节 sG)(1图 4-1 微分环节的模拟电路图 4-2 微分环节的模拟电路波形图 比例+微分环节（PD） 和2)(1sG1)(s图 5-1 比例+微分环节的模拟电路6图 5-2 比例+微分环节的模拟电路波形图 比例+积分环节（PI） 和sG1)(1s21)(2图 6-1 比例+积分环节的模拟电路图 6-2 比例+积分环节的模拟电路波形图7五、心得体会通过本次试验，我掌握了如何在 MATLAB 中用 SIMULINK 功能模块创建一个模块，并用波形图把它显示出来。通过观察各系统在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深了我对各典型环节响应曲线的理解。同时理解了各个参数对波形图的影响，加深了我对各个电路的记忆和理解。
