單回路控制系統(tǒng)的整定實(shí)驗(yàn)

單回路控制系統(tǒng)的整定實(shí)驗(yàn)第一頁，共十三頁，2022年，8月28日二、Simulink工具箱簡介1、Simulink工具箱的啟動與主要模塊介紹啟動MATLAB軟件，在主程序窗口中點(diǎn)擊“Simulink按鈕”，可以打開Simulink工具箱的主窗口，如下圖所示：圖1－1MATLAB主程序窗口Simulink按鈕第二頁，共十三頁，2022年，8月28日圖1－2Simulink工具箱主窗口新建按鈕功能模塊組列表功能模塊在Simulink工具箱的主窗口中點(diǎn)擊“新建按鈕”，可以打開一個未命名的Simulink控制系統(tǒng)仿真界面，在界面中可以看到如圖1－3所示：圖1－3未命名的Simulink控制系統(tǒng)仿真界面第三頁，共十三頁，2022年，8月28日在上圖所示的界面中可以根據(jù)需要，使用Simulink工具箱中的各功能模塊組成控制系統(tǒng)方框圖，對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。本次實(shí)驗(yàn)中用到的主要功能模塊如下：

在圖1－2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模塊組列表中點(diǎn)擊MathOperations功能模塊組，會在窗口右邊出現(xiàn)對應(yīng)的各功能模塊，用鼠標(biāo)選擇其中的加（減）法模塊（Sum）并按住左鍵將其拖到圖1－3所示的Simulink控制系統(tǒng)仿真界面中，即可以得到一個加（減）法模塊（Sum）。雙擊加（減）法模塊（Sum），可以打開加（減）法模塊（Sum）的參數(shù)設(shè)置對話框如下圖所示：加（減）法模塊（Sum）運(yùn)算符號模塊形狀下拉菜單圖1－5加（減）法模塊（Sum）參數(shù)設(shè)置對話框第四頁，共十三頁，2022年，8月28日一階慣性環(huán)節(jié)仿真模塊（TransferFcn）

在圖1－2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模塊組列表中點(diǎn)擊Continuous功能模塊組，會在窗口右邊出現(xiàn)對應(yīng)的各功能模塊，用鼠標(biāo)選擇其中的一階慣性環(huán)節(jié)仿真模塊（TransferFcn）并按住左鍵將其拖到圖1－3所示的Simulink控制系統(tǒng)仿真界面中，即可以得到一個一階慣性環(huán)節(jié)仿真模塊（TransferFcn）。雙擊一階慣性環(huán)節(jié)仿真模塊（TransferFcn），可以打開其參數(shù)設(shè)置對話框如下圖所示：圖1－6一階慣性環(huán)節(jié)仿真模塊（TransferFcn）參數(shù)設(shè)置對話框分母多項(xiàng)式系數(shù)矩陣放大系數(shù)矩陣第五頁，共十三頁，2022年，8月28日階躍信號輸出模塊（Step）

在圖1－2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模塊組列表中點(diǎn)擊Sources功能模塊組，會在窗口右邊出現(xiàn)對應(yīng)的各功能模塊，用鼠標(biāo)選擇其中的階躍信號輸出模塊（Step）并按住左鍵將其拖到圖1－3所示的Simulink控制系統(tǒng)仿真界面中，即可得到階躍信號輸出模塊(Step)。雙擊階躍信號輸出模塊（Step），可以打開其參數(shù)設(shè)置對話框如下圖所示：圖1－7

階躍信號輸出模塊（Step）參數(shù)設(shè)置對話框階躍信號發(fā)生時(shí)間階躍信號初始值階躍信號最終值第六頁，共十三頁，2022年，8月28日響應(yīng)曲線顯示模塊（Scope）

在圖1－2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模塊組列表中點(diǎn)擊Sinks功能模塊組，放大鏡按鈕會在窗口右邊出現(xiàn)對應(yīng)的各功能模塊，用鼠標(biāo)選擇其中的響應(yīng)曲線顯示模塊（Scope）并按住左鍵將其拖到圖1－3所示的Simulink控制系統(tǒng)仿真界面中，即可得到一個響應(yīng)曲線顯示模塊（Scope）。雙擊響應(yīng)曲線顯示模塊（Scope），可以打開其響應(yīng)曲線顯示器如下圖所示：放大鏡按鈕

在響應(yīng)曲線顯示器中，橫坐標(biāo)為仿真時(shí)間（默認(rèn)的時(shí)間長度為10s），縱坐標(biāo)為響應(yīng)曲線的幅值，完成仿真后，在響應(yīng)曲線顯示器中將顯示出控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，點(diǎn)擊“放大鏡按鈕”可以自動以最佳比例顯示響應(yīng)曲線。圖1-8響應(yīng)曲線顯示器第七頁，共十三頁，2022年，8月28日2、控制系統(tǒng)方框圖的建立

進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)前，需要將已經(jīng)拖到圖1－3所示的Simulink控制系統(tǒng)仿真界面中的各功能模塊按一定順序用信號線連接在一起，以建立控制系統(tǒng)的方框圖。功能模塊的連接

任何一個功能模塊均有一個或多個信號輸入端或信號輸出端，以一階慣性環(huán)節(jié)仿真模塊（TransferFcn）為例：信號輸出端信號輸入端

將鼠標(biāo)指針放在功能模塊的信號輸出端，此時(shí)鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中危▓D1－9），按住左鍵拖動鼠標(biāo)指針到另一個模塊的信號輸入端，當(dāng)鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中螘r(shí)松開左鍵，即可以建立連接兩個功能模塊的信號線（圖1－10），連接過程如下圖所示：

圖1－9圖1－10第八頁，共十三頁，2022年，8月28日信號分支線

在建立反饋回路或一個信號需要同時(shí)送往多個功能模塊時(shí)，需要在信號線上引出分支。將鼠標(biāo)指針放在信號線的合適位置（即分支引出點(diǎn)）點(diǎn)擊右鍵，按住右鍵拖動鼠標(biāo)指針，在需要轉(zhuǎn)彎出松開右鍵，即出現(xiàn)一條帶箭頭的虛線（圖1－11），鼠標(biāo)指針放在虛線箭頭處，此時(shí)鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中危▓D1－12），按住左鍵拖動鼠標(biāo)指針到所需功能模塊的信號輸入端松開左鍵即可（圖1－13），過程如下圖所示：

圖1－11

圖1－12圖1－13第九頁，共十三頁，2022年，8月28日3、控制系統(tǒng)的仿真

在圖1－3所示的Simulink控制系統(tǒng)仿真界面中建立了控制系統(tǒng)的方框圖后，即可以對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。以一個簡單的單回路比例控制系統(tǒng)為例，首先在Simulink控制系統(tǒng)仿真界面中建立控制系統(tǒng)的方框圖如下：圖1－14單回路比例控制系統(tǒng)方框圖

點(diǎn)擊Simulink控制系統(tǒng)仿真界面中的Simulation下拉菜單，在下拉菜單中點(diǎn)擊ConfigurationParameters…，出現(xiàn)下圖所示的仿真參數(shù)設(shè)置對話框：第十頁，共十三頁，2022年，8月28日仿真開始時(shí)間仿真結(jié)束時(shí)間圖1－15仿真參數(shù)設(shè)置對話框

在仿真參數(shù)設(shè)置對話框中，通過修改仿真結(jié)束時(shí)間，可以設(shè)置仿真時(shí)間長度，本例中將結(jié)束時(shí)間設(shè)置為100s。完成以上設(shè)置后，點(diǎn)擊圖1－14所示的Simulink控制系統(tǒng)仿真界面中的“仿真啟動按鈕”，開始對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)束后，雙擊方框圖中的響應(yīng)曲線顯示模塊（Scope），可以在打開的響應(yīng)曲線顯示器中顯示出響應(yīng)曲線，點(diǎn)擊響應(yīng)曲線顯示器中的“放大鏡按鈕”得到如下圖所示的響應(yīng)曲線：圖1－16響應(yīng)曲線第十一頁，共十三頁，2022年，8月28日三、實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)利用MATLAB軟件中Simulink工具箱中的功能模塊組成具有不同調(diào)節(jié)規(guī)律的單回路控制系統(tǒng)，并對其進(jìn)行仿真研究，控制系統(tǒng)方框圖如下圖所示：圖1－17單回路控制系統(tǒng)方框圖被控對象

在圖1－17所示的單回路控制系統(tǒng)中，由三個一階慣性環(huán)節(jié)仿真模塊（TransferFcn1～TransferFcn3）串聯(lián)組成一個三階慣性被控對象，其傳遞函數(shù)為：第十二頁，共十三頁，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)要求1、在MATLAB軟件的Simulink工具箱中，打開一個Simulink控制系統(tǒng)仿真界面，在其中建立如圖1－17所示的單回路控制系統(tǒng)方框圖。2、在圖1－7所示的單回路控制系統(tǒng)中，采用書中介紹的臨界比例帶法對比例積分調(diào)節(jié)器(PI)和比例積分