東華大學(xué)自動控制原理實驗一_7406

1、各位同學(xué)請注意：1上機(jī)實驗為 1-8 周，每次上機(jī)請按照第一次的座位坐。2請先自習(xí)上機(jī)內(nèi)容，實驗內(nèi)容可參考指導(dǎo)書。39 號機(jī)房座位安排見后面的名單，請按機(jī)位號入座，要點(diǎn)名哦。實驗一典型環(huán)節(jié)的 MATLAB 仿真一、實驗?zāi)康?熟悉 MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模塊的使用方法。2通過觀察典型環(huán)節(jié)在單位階躍信號作用下的動態(tài)特性，加深對各典型環(huán)節(jié)響應(yīng)曲線的理解。3定性了解各參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。二、 SIMULINK的使用MATLAB中 SIMULINK是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、 仿真和分析的軟件包。利用 SIMULINK功能模塊可以快速的建立控制系統(tǒng)的模型

2、，進(jìn)行仿真和調(diào)試。1運(yùn)行 MATLAB軟件，在命令窗口欄“>>”提示符下鍵入 simulink命令，按 Enter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 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

3、）改變模塊參數(shù)。在 simulink仿真環(huán)境“ untitled”窗口中雙擊該圖標(biāo)，即可改變傳遞函數(shù)。 其中方括號內(nèi)的數(shù)字分別為傳遞函數(shù)的分子、分母各次冪由高到低的系數(shù)，數(shù)字之間用空格隔開；設(shè)置完成后，選擇OK，即完成該模塊的設(shè)置。3）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，形成一個階躍函數(shù)輸入模塊。5）選擇輸出方式。 用

4、鼠標(biāo)點(diǎn)擊 simulink下的“Sinks ”，就進(jìn)入輸出方式模塊庫，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。6）選擇反饋形式。為了形成閉環(huán)反饋系統(tǒng)， 需選擇“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）。7）連接各元件，用鼠標(biāo)劃線，構(gòu)成閉環(huán)傳遞函數(shù)。8）運(yùn)行并觀察響應(yīng)曲線。用鼠標(biāo)單擊工具欄中的“ ”按鈕，便能自動運(yùn)行仿真環(huán)境下的系統(tǒng)框圖模型。運(yùn)行完之后用鼠標(biāo)雙擊“ Scope”元件，即可看到響應(yīng)曲線。三、實驗原理1比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為Z2R22 R1100K , R2200KG( s)R1Z1圖

5、 1-3 所示左側(cè)為其對應(yīng)的模擬電路右側(cè)即為SIMULINK的圖形。圖 1-3比例環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形2慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為R2Z 2R12R1100K ,R2200 K ,C1 1ufG(s)R2C1 10.2 sZ11圖 1-4 所示左側(cè)為其對應(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3積分環(huán)節(jié) (I) 的傳遞函數(shù)為Z 211100K ,C1 1ufG( s)R1C1 sR1Z10.1s其對應(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4微分環(huán)節(jié) (D) 的傳遞

6、函數(shù)為G (s)Z 2R1C1ssR1 100K ,C1 10ufC 2C1 0.01ufZ1其對應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖 1-6 所示。圖 1-6 微分環(huán)節(jié)的模擬電路及及SIMULINK圖形5比例 +微分環(huán)節(jié)（ PD）的傳遞函數(shù)為G ( s)Z 2R2(R1C1 s 1)(0.1s1)Z1R1R1 R2100K ,C110ufC2C10.01uf其對應(yīng)的模擬電路及SIMULINK圖形如圖 1-7 所示。圖 1-7 比例 +微分環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形6比例 +積分環(huán)節(jié)（ PI ）的傳遞函數(shù)為Z 211R2C1 sR1 R2 100K , C1 10ufG(s)R1(

7、1 )Z1s其對應(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7PID 環(huán)節(jié)在 SIMULINK環(huán)境下建立以上圖例右側(cè)的模型，通過仿真即可了解各類輸入作用下的輸出響應(yīng)曲線。四、實驗內(nèi)容1 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。 比例環(huán)節(jié) G1 ( s)1 慣性環(huán)節(jié) G1 ( s)1s 1 積分環(huán)節(jié) G1 ( s)1s 微分環(huán)節(jié) G1 ( s)s 比例 +微分環(huán)節(jié)（ PD） G1 ( s)s2 比例 +積分環(huán)節(jié)（ PI ） G1 ( s)11s2 建立如下的

8、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 選取若干個 PID 的參數(shù)，說明比例積分微分對輸出響應(yīng)的影響。（PID 控制器在 SimulinkExtrasAdditionalLinearPIDcontroller）以下二選一做A使用 Simulink 搭建控制系統(tǒng)，被控對象傳遞函數(shù)為G( s)1，s33s23s 1（1）使用純比例控制器P Controller（ K I0, K D0 ），分別求出當(dāng) K p =0.5，1.0，2.0時系統(tǒng)單位階越響應(yīng)的超調(diào)量P.O.%，峰值時間 T p ，調(diào)整時間 T s 和穩(wěn)態(tài)誤差；分析 K p 對系統(tǒng)性能的影響。（2）使用比例積分控制器PI Controller （ K P1，KD0 ）

9、，分別求出當(dāng) K I =0.5，1.0，1.5 時系統(tǒng)單位階越響應(yīng)的超調(diào)量P.O.%，峰值時間 T p ，調(diào)整時間 Ts 和穩(wěn)態(tài)誤差；分析 K I 對系統(tǒng)性能的影響。BB2、 使用 Simulink 搭建如下控制系統(tǒng)，（1）使用純比例控制器P Controller （ K I0, K D0 ），分別求出當(dāng)K p =10， 20， 30 時系統(tǒng)單位階越響應(yīng)的超調(diào)量P.O.%，峰值時間 T p ，調(diào)整時間 T s ，穩(wěn)態(tài)誤差；分析K p 對系統(tǒng)性能的影響。（2）使用比例微分控制器PD Controller （ K P30 K I0 ），分別求出當(dāng)K D =1，2，5時系統(tǒng)單位階越響應(yīng)的超調(diào)量P.O

10、.%，峰值時間 T p ，調(diào)整時間 T s ，穩(wěn)態(tài)誤差；分析K D 對系統(tǒng)性能的影響。五、實驗報告1畫出各典型環(huán)節(jié)的SIMULINK仿真模型。2. 記錄各環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)波形，并分析參數(shù)對響應(yīng)曲線的影響。3. 寫出實驗的心得與體會。六、預(yù)習(xí)要求1熟悉各種控制器的原理和結(jié)構(gòu)，畫好將創(chuàng)建的SIMULINK圖形。2預(yù)習(xí) MATLAB中 SIMULINK的基本使用方法。上機(jī)座位安排：9號機(jī)房機(jī)號學(xué)生代碼901 130910228902 130910324903 130940229904 130940504905 140150227906 140400529907 140400530908 14080

11、0323909 140910101910 140910102911 140910103912 140910105913 140910106914 140910110915 140910111916 140910115917 140910118918 140910119919 140910122920 140910125921 140910126922 140910128923 140910130924 140910201925 140910215926 140910216927 140910217928 140910220929 140910221930 140910222931 140910

12、223932 140910224933 140910225934 140910226935 140910229936 140910301937 140910302938 140910305學(xué)生姓名班級付世界電氣 1302火興運(yùn)電氣 1303陳立自動化 1302李佳琪自動化 1305馬嘉杰電氣 1403余晨輝電氣 1403賈勇電氣 1401許玉軒電氣 1401錢琳電氣 1401鄭雨馨電氣 1401蔚凱歌電氣 1401張雅寧電氣 1401黃嘉瑩電氣 1401施磊電氣 1401梁泓電氣 1401崔光潤電氣 1401鄭輝鵬電氣 1401謝德鎮(zhèn)電氣 1401郝靈廣電氣 1401鄭鼎丁電氣 1401龔旭電

13、氣 1401洪灝電氣 1401魏藝涵電氣 1401王梅電氣 1402張?zhí)礻烹姎?1402邱威銘電氣 1402馬人月電氣 1402郭炳乾電氣 1402劉恩佑電氣 1402王鵬洲電氣 1402傅陽電氣 1402王振宇電氣 1402黃勝捷電氣 1402劉凡電氣 1402周揚(yáng)電氣 1402朱金玲電氣 1403楊如意電氣 1403賀軼凡電氣 1403939 140910309940 140910311941 140910314942 140910315943 140910317944 140910318945 140910319946 140910321947 140910323948 14091032

14、4949 140910326950 140910327951 140910328952 140940102953 140940103954 140940110955 140940111956 140940118957 140940122958 140940126959 140940131960 140940132961 140940135962 140940137963 140940204964 140940207965 140940208966 140940210967 140940212968 140940213969 140940216970 140940218971 140940227

15、972 140940228973 140940232974 140940234975 140940307976 140940312977 140940315978 140940317979 140940321980 140940323權(quán)釗龍電氣 1403趙棟祺電氣 1403謝航電氣 1403張文瀚電氣 1403羅昆電氣 1403聶文清電氣 1403于任電氣 1403劉訓(xùn)華電氣 1403李偉健電氣 1403徐嘉元電氣 1403許耘彬電氣 1403樊寧瑞電氣 1403湯文兵電氣 1403張采薇自動化 1401孫藝萌自動化 1401張江英自動化 1401張冬林卓越自動化 1401周建亮自動化 140

16、1潘柯巖自動化 1401趙劍男自動化 1401盧徐豪自動化 1401賀天朗卓越自動化 1401李胤賢自動化 1401徐炫輝自動化 1401葉秀峰自動化 1402盧藝銘自動化 1402茍璐自動化 1402朱丹彤自動化 1402張浩卓越自動化 1401欽戈樂自動化 1402馮建鵬自動化 1402羅雪劍自動化 1402李文自動化 1402張曉廣自動化 1402張月錕自動化 1402牛子聿自動化 1402蒿華自動化 1403章健自動化 1403吳濤自動化 1403杜圣卓越自動化 1401鄧玉龍自動化 1403黃昕卓越自動化 1401981 140940325982 140940327983 14094

17、0328984 140940331985 140940333986 140940336987 140940401988 140940405989 140940413990 140940414991 140940415992 140940416993 140940418994 140940419995 140940421996 140940422997 140940423998 140940428999 140940429910014094043091011409404329102140940434910314094043691041409404379105140940438910614114021491071411402199108141440108楊芳自動化 1403李振宇自動化 1403李飛自動化 1403肖川杰卓越自動化