控制工程基础教案实验1典型环节的模拟(matlab应用于机械控制工程)

第一篇：控制工程基础教案实验1典型环节的模拟(matlab应用于机械控制工程)

线性控制系统分析与设计 6.1.2传递函数描述法

MATLAB中使用tf命令来建立传递函数。语法：

G=tf(num,den)

%由传递函数分子分母得出 说明：num为分子向量，num=[b1,b2,…,bm,bm+1]；den为分母向量，den=[a1,a2,…,an-1,an]。【例6.1续】将二阶系统描述为传递函数的形式。

num=1;den=[1 1.414 1];G=tf(num,den)

%得出传递函数 6.1.3零极点描述法

MATLAB中使用zpk命令可以来实现由零极点得到传递函数模型。语法：

G=zpk(z,p,k)

%由零点、极点和增益获得 说明：z为零点列向量；p为极点列向量；k为增益。【例6.1续】得出二阶系统的零极点，并得出传递函数。z=roots(num)

p=roots(den)

zpk(z,p,1)

程序分析：roots函数可以得出多项式的根，零极点形式是以实数形式表示的。部分分式法是将传递函数表示成部分分式或留数形式：

【例6.1续】将传递函数转换成部分分式法，得出各系数。

[r,p,k]=residue(num,den)

2.脉冲传递函数描述法

脉冲传递函数也可以用tf命令实现。语法：

G=tf(num,den,Ts)

%由分子分母得出脉冲传递函数

说明：Ts为采样周期，为标量，当采样周期未指明可以用-1表示，自变量用'z'表示。【例6.2续】创建离散系统脉冲传递函数。

num1=[0.5 0];den=[1-1.5 0.5];G1=tf(num1,den,-1)

3.零极点增益描述法

离散系统的零极点增益用zpk命令实现。语法：

G=zpk(z,p,k,Ts)

%由零极点得出脉冲传递函数 【例6.2续】使用zpk命令产生零极点增益传递函数。

G3=zpk([0],[0.5 1],0.5,-1)

6.2线性系统模型之间的转换 6.2.1连续系统模型之间的转换 控制系统工具箱中有各种不同模型转换的函数，如下表6.1所示为线性系统模型转换的函数。表6.1 线性系统模型转换函数表 函数

调用格式

功能

tf2ss

[a,b,c,d]=tf2ss(num,den)

传递函数转换为状态空间

tf2zp

[z,p,k]=tf2zp(num,den)

传递函数转换为零极点描述

ss2tf

[num,den]=ss2tf(a,b,c,d,iu)

状态空间转换为传递函数

ss2zp

[z,p,k]=ss2zp(a,b,c,d,iu)

状态空间转换为零极点描述

zp2ss

[a,b,c,d]=zp2ss(z,p,k)

零极点描述转换为状态空间

zp2tf

[num,den]=zp2tf(z,p,k)

零极点描述转换为传递函数

2.get命令和set命令

(1)get命令可以获取模型对象的所有属性 语法：

get(G)

%获取对象的所有属性值

get(G,’PropertyName’,…)

%获取对象的某些属性值 说明：G为模型对象名；’PropertyName’为属性名。(2)set命令用于修改对象属性名 语法：

set(G,’PropertyName’,PropertyValue,…)%修改对象的某些属性值

【例6.5】已知二阶系统的传递函数，获取其传递函数模型的属性，并将传递函数修改为。

num=1;den=[1 1.414 1];G=tf(num,den);

get(G)

set(G,'den',[1 2 1],'Variable','s')

G

%获取所有属性 %设置属性

6.3结构框图的模型表示 1.串联结构

SISO的串联结构是两个模块串联在一起，如图6.1所示。实现串联结构传递函数的命令：

G=G1*G2

G=series(G1,G2)2.并联结构

SISO的并联结构是两个模块并联在一起，如图6.2所示。实现并联结构传递函数的命令：

G=G1+G2

G=parallel(G1,G2)3.反馈结构

反馈结构是前向通道和反馈通道模块构成正反馈和负反馈，如图6.3所示。实现反馈结构传递函数的命令：

G=feedback(G1,G2,Sign)说明：Sign用来表示正反馈或负反馈，Sign=-1或省略则表示为负反馈。【例6.6】根据系统的结构框图求出整个系统的传递函数，结构框图如图6.4所示，其中，。

G1=tf(1,[1 2 1])

G2=tf(1,[1 1]);G3=tf(1,[2 1]);G4=tf(1,[1 0]);G12=G1+G2

G34=G3-G4 %并联结构 %并联结构

G=feedback(G12,G34,-1)%反馈结构

4.复杂的结构框图

求取复杂结构框图的数学模型的步骤：(1)将各模块的通路排序编号；

(2)建立无连接的数学模型：使用append命令实现各模块未连接的系统矩阵。G=append(G1,G2,G3,…)

(3)指定连接关系：写出各通路的输入输出关系矩阵Q，第一列是模块通路编号，从第二列开始的几列分别为进入该模块的所有通路编号；INPUTS变量存储输入信号所加入的通路编号；OUTPUTS变量存储输出信号所在通路编号。(4)使用connect命令构造整个系统的模型。Sys=connect(G,Q,INPUTS,OUTPUTS)如果各模块都使用传递函数，也可以用blkbuild命令建立无连接的数学模型，则第二步修改如下：

将各通路的信息存放在变量中：通路数放在nblocks，各通路传递函数的分子和分母分别放在不同的变量中；用blkbuild命令求取系统的状态方程模型。

【例6.7】根据图6.5所示系统结构框图，求出系统总的传递函数。方法一：使用append命令

(1)将各模块的通路排序编号，如图6.6所示。(2)使用append命令实现各模块未连接的系统矩阵

G1=tf(1,[1 0]);G2=tf(1,[1 1 0]);G3=tf(1,[1 1 0]);G4=tf(-2,1);G5=tf(-1,1);G6=tf(1,[1 0]);G7=tf(-1,[1 1]);Sys=append(G1,G2,G3,G4,G5,G6,G7)

程序分析：将每个模块用append命令放在一个系统矩阵中，可以看到Sys模块存放了七个模块的传递函数，为了节省篇幅在此未列出完整的Sys模块。(3)指定连接关系

Q=[1 6 5;

%通路1的输入信号为通路6和通路5 2 1 7;

%通路2的输入信号为通路1和通路7 3 2 0;

%通路3的输入信号为通路2 4 3 0;5 4 0;6 2 0;7 3 0;] INPUTS=1;%系统总输入由通路1输入

OUTPUTS=4;

%系统总输出由通路4输出 程序分析：Q矩阵建立了各通路之间的关系，共有7行；每行的第一列为通路号，从第二列开始为各通路输入信号的通路号；INPUTS变量存放系统输入信号的通路号；OUTPUTS变量存放系统输出信号的通路号。

(4)使用connect命令构造整个系统的模型

G =connect(Sys,Q,INPUTS,OUTPUTS)

第二篇：机械控制工程基础期末考试知识点

机械控制工程基础期末考试知识点

一：选择判断题

1, 控制工程的必要条件是什么？（快速性，准确性，稳定性）

2，单位脉冲函数的拉式变换结果

3，什么叫系统闭环极点（算术题，选择）

4，闭环函数公式（选择）

5，一阶系统标准形式（选择）

6，传递函数不适合非线性定常系统（判断）

7，传递函数有无量纲（有无都不对，判断题）

8，一阶系统的调整时间公式

9，一阶系统的响应速度与什么有关系？

10，超调量反映系统响应的 小时增大）

11,终值定理计算，t趋近与无穷时，原函数的值，（会算）GB(S)

(0<§<1)

12，影响系统的稳态误差因素（输入信号…）

13，调整系统增益对系统有何影响？

14，增加微分环节能增加系统阻尼。

15，什么叫系统的型次（区别几型系统）

16，利用稳态计算稳态误差（有表格，必须为标准型）

17，频率响应的定义（判断题，是正弦信号稳态响应）

18，延时环节标坐标图（单位圆）

19，零频反映系统的什么性能？（准确性）

20，Bode高频段反映系统的什么性能（高频干扰能力）

21，频率分析法用典型信号是什么？（正弦信号）

22，系统稳定的充要条件是什么？（判断）

23，滞后校正使系统响应过度快了还是慢了？（慢了）

24，会用劳斯判据判别稳定性。2KWN2 2S2WNSWN

二：能力应用题

1，化简方框图的传递函数（课件例题）

2，对质量弹簧阻尼的机械系统会求传递函数（课件参考）

3，分别会算输入和干扰引起的稳态误差的计算（看课件）

4，奈奎斯特图会画图（－∽，＋∽）？会奈奎斯特判断系统的稳定性会分析（P=N-Z）5，深入理解掌握传递函数，频率特性函数，幅频特性，相频特性，频率响应直接的转换关系？

6，掌握超前，滞后校正和超前的设计

7，会用图解法计算Wt WCrKt

8，掌握Bode图画法（正反都要掌握）

会对图线叠加。

第三篇：机械控制工程基础第二章答案

习

题

2.1

什么是线性系统?其最重要的特性是什么?下列用微分方程表示的系统中,表示系统输出,表示系统输入,哪些是线性系统?

(1)

(2)

(3)

(4)

解:

凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。线性系统的一个最重要特性就是它满足叠加原理。该题中（2）和（3）是线性系统。

2.2

图（题2.2）中三同分别表示了三个机械系统。求出它们各自的微分方程，图中表示输入位移，表示输出位移，假设输出端无负载效应。

图(题2.2)

解:

(1)对图(a)所示系统，由牛顿定律有

即

(2)对图(b)所示系统，引入一中间变量x,并由牛顿定律有

消除中间变量有

(3)对图(c)所示系统，由牛顿定律有

即

2.3求出图(题2.3)所示电系统的微分方程。

图（题2.3）

解:(1)对图(a)所示系统,设为流过的电流,为总电流,则有

消除中间变量,并化简有

(2)对图(b)所示系统，设i为电流，则有

消除中间变量,并化简有

2.4

求图(题2.4)所示机械系统的微分方程。图中M为输入转矩,为圆周阻尼，J为转动惯量。

解：设系统输入为M（即），输出(即)，分别对圆盘和质块进行动力学分析，列写动力学方程如下：

消除中间变量,即可得到系统动力学方程

2.5

输出y(t)与输入x(t)的关系为y(t)=

2x(t)+0.5(t)。

（1）求当工作点为=0,=1,=2时相应的稳态时输出值；

（2）在这些工作点处作小偏差线性化模型，并以对工作的偏差来定义x和y，写出新的线性化模型。

解:

(1)

将

=0,=1,=2分别代入y(t)=

2x(t)+0.5(t)中,即当工作点为=0,=1,=2时相应的稳态输出值分别为。

(2)

根据非线性系统线性化的方法有，在工作点附近,将非线性函数展开成泰勒级数,并略去高阶项得

若令,有

当工作点为时,当工作点为时,当工作点为时,2.6已知滑阀节流口流量方程式为，式中．Q为通过节流阀流口的流量；p为节流阀流口的前后油压差；为节流阀的位移量；c为疏量系数；w为节流口面积梯度；为油密度。试以Q与p为变量（即将Q作为P的函数）将节流阀流量方程线性化。

解：利用小偏差线性化的概念，将函数Q=F(，p)在预定工作点F(，)处按泰勒级数展开为

消除高阶项，有

若令，将上式改写为增量方程的形式

2.7

已知系统的动力学方程如下,试写出它们的传递函数Y(s)/R(s)。

（1）

（2）

（3）

（4）

解：根据传递函数的定义，求系统的传递函数，只需将其动力学方程两边分别在零初始条件下进行拉式变换，然后求Y(s)/R(s)。

(1)

(2)

(3)

(4)

2.8

如图（题2.8）为汽车或摩托车悬浮系统简化的物理模型，试以位移x为输入量，位移y为输出量，求系统的传递函数Y(s)/X(s)。

2.9

试分析当反馈环节H(s)=1,前向通道传递函数G(s)分别为惯性环节、微分环节、积分环节时，输入、输出的闭环传递函数。

解：由于惯性环节、微分环节、积分环节的传递函数分别为，,而闭环传递函数为,则

(1)当反馈环节H(s)=1,前向通道传递函数G(s)为惯性环节时，(2)

当反馈环节H(s)=1,前向通道传递函数G(s)为微分环节时，(3)当反馈环节H(s)=1,前向通道传递函数G(s)为积分环节时，2.10

证明图（题2.10）与图（题2.3（a）所示系统是相似系统（即证明两系统的传递函数具有相同形式）。

解：对题2.4(a)系统，可列出相应的方程。

对以上三式分别作Laplce别换，并注意到初始条件为零,即

则,得,得,得

即

则

将(4)式中的代入(9)式

再用(4)式与上式相比以消去,即得电系统的传递函数为

而本题中，引入中间变量x,依动力学知识有

对上二式分别进行拉式变换有

消除有

比较两系统的传递函数有

故这两个系统为相似系统。

2.11

一齿轮系如图（题2.11）所示。图中，、、和分别为各齿轮齿数；、、和表示各种传动轴上的转动惯量，、和为各轴的角位移；是电动机输出转矩。试列写折算到电动轴上的齿轮系的运动方程。

2.12

求图（题2.12）所示两系统的传递函数。

图（题2.12）

解：(1)由图(a)中系统，可得动力学方程为

作Laplce别换，得

则有

(2)由图(b)中系统,设i为电网络的电流，可得方程为

作Laplce别换，得

消除中间变量有

2.13

某直流调速系统如图（题2.13）所示，为给定输入量，电动机转速n为系统的输出量，电动机的负载转矩为系统的扰动量。各环节的微分方程：

比较环节

比例调节器

（为放大系数）

晶闸管触发整流装置

(为整流增益)

电动机电枢回路

(为电枢回路电阻,为电枢回路电感,为电枢电流)

电枢反电势

(为反电势系数)

电磁转矩

(为转矩系数)

负载平衡方程

(为转动惯量，为负

载转矩)

测速电动机

(为转速反馈系数)

试根据所给出的微分方程，绘制各环节相应的传递函数方框图和控制系数的传递函数方框图，并由方框图求取传递函数和。

2.14

试绘制图（题2.14）所示机械系统传递函数方框图。

2.15

若系统传递函数方框图为图（题2.15）。

(1)

求以为输入，当时，分别以、、、为输出的闭环传递函数；

(2)

求以为输入，当时，分别以、、、为输出的闭环传递函数；

(3)

比较以上各传递函数的分母，从中可以得出什么结论？

图(题2.15)

解:(1)求以为输入，当时:

若以为输出,有

若以为输出,有

若以为输出,有

若以为输出,有

(2)

求以为输入，当时:

若以为输出,有

若以为输出,有

若以为输出,有

若以为输出,有

(3)从上可知：对于同一个闭环系统，当输入的取法不同时，前向通道的传递出数不同，反馈回路的传递函数不同，系统的传递函数也不同，但系统的传递函数的分母保持不变，这是因为这一分母反映了系统的固有特性，而与外界无关。

2.16

已知某系统的传递函数方框图为图（题2.16），其中，为输入，为输出,N(s)为干扰，试问：G(s)为何值时，系统可以消除干扰的影响。

图（题2.16）

解：方法一：根据线性系统的叠加原理，令,N(s)为输入，系统的输出为

其中

令

有

方法二：令，N(s)为输入，则系统的传递函数方框图可以表示成图（题2.16.b）所示。

图（题2.16.b）

根据相加点前后移动的规则可以将其进一步简化成图（题2

.16.c）和图（题2.16．d）所示的形式。

图（题2.16.c）

图（题2.16.d）

因此，系统在N(s)为输入时的传递函数为

同样可得时，系统可消除干扰的影响。

2.17

系统结构如图(题2.17)所示，求系统传递函数。

2.18

求出（题2.18）所示系统的传递函数。

图(题2.18)

解：方法一：利用梅逊公式，可得

方法二：利用方框图简化规则，有图（题2.18.b）

图（题2.18.b）

2.19

求出图（题2.19）所示系统的传递函数。

图（题2.19）

解：根据方框图简化规则，有图（题2.19.b）

图（题2.19.b）

2.20

求出图（题2.20）所示系统的传递函数。

图（题2.20）

解：根据方框图简化规则，有图（题2.20.b）

图（题2.20.b）

2.21

设描述系统的微分方程为

(1)

(2)

试导出系统的状态方程。

2.22

RLC电网络如图（题2.22）所示，u(t)为输入，流过电阻的电流为输出，试列写该网络的状态方程及输出方程。

2.23

系统传函数方框图为图（题2.23），试列写该系统的状态方程及输出方程。

2.24

图（题2.24）为某一级倒立摆系统示意图。滑台通过丝杠传动，可沿一直线的有界导轨沿水平方向运动；摆杆通过铰链与滑台连接，可在沿直线平面内摆动。滑台质量为M，摆杆质量为m，摆杆转动惯量为J，滑台摩擦系数为c,摆杆转动轴心到杆质心的长度为L,加在滑台水平方向上的合力为u,滑台位置为x,摆杆与铅直向上的夹角为。

(1)

以为输入，为输出，列写系统的微分方程；

(2)

求系统的传递函数；

(3)

试列写该系统的状态方程及输出方程。

第四篇：实验一 典型环节的MATLAB仿真

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。

图1-1

SIMULINK仿真界面 图1-2

系统方框图

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系数，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

G(s)Z2R22Z1R1R1100K,R2200K

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-3所示。

图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK图形

2．惯性环节的传递函数为

Z2R12Z1R2C110.2s1R2G(s)R1100K,R2200K,C11uf

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

G(s)Z211Z1R1C1s0.1sR1100K,C11uf

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-5所示。

图1-5 积分环节的模拟电路及及SIMULINK图形 图1-4 惯性环节的模拟电路及SIMULINK图形

4．微分环节(D)的传递函数为

G(s)Z2R1C1ssZ1R1100K,C110uf C2C10.01uf

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-6所示。

图1-6 微分环节的模拟电路及及SIMULINK图形

5．比例+微分环节（PD）的传递函数为

G(s)Z2R2(R1C1s1)(0.1s1)Z1R1C2C10.01uf R1R2100K,C110uf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 R21Z2C1s1G(s)(1)R1R2100K,C110uf

Z1R1s

图1-7 比例+微分环节的模拟电路及SIMULINK图形其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-8所示。

图1-8 比例+积分环节的模拟电路及SIMULINK图形

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。

① 比例环节G1(s)1和G1(s)2；

图1-1 比例环节的模拟电路

② 惯性环节G1(s)11和G2(s) s10.5s1

③ 积分环节G1(s)1s

图3-1积分环节的模拟电路

④ 微分环节G1(s)s

图4-1微分环节的模拟电路

⑤ 比例+微分环节（PD）G1(s)s2和G2(s)s1

图5-1比例+微分环节的模拟电路

⑥ 比例+积分环节（PI）G1(s)11和G2(s)11

s2s

图6-1比例+积分环节的模拟电路

五、心得体会

⑥ 比例环节G1(s)1和G1(s)2；

图1-1 比例环节的模拟电路

图1-2 比例环节的仿真图 11⑦ 惯性环节G1(s)和G2(s)

s10.5s1

图2-1 惯性环节的模拟电路

图2-2 惯性环节的仿真图

⑧ 积分环节G1(s)1s

图3-1积分环节的模拟电路

图3-2积分环节的仿真图

4微分环节G(s)s ○1

图4-1微分环节的模拟电路

图4-1微分环节的仿真图

5比例+微分环节（PD）G(s)s2和G(s)s1 ○

图5-1比例+微分环节的模拟电路

图5-2比例+微分环节的仿真图

⑥ 比例+积分环节（PI）G1(s)11s和G2(s)112s

图6-1比例+积分环节的模拟电路

图6-2比例+积分环节的仿真图

心得体会：

通过对一些电路图的仿真，初步了解了SIMULINK功能模块的使用方法，熟悉MATLAB桌面和命令窗口，同时对各种典型环节响应曲线有了更深刻的理解，初步知道了各参数变化对典型环节动态特性的影响。

第五篇：实验一 典型环节的MATLAB仿真

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。

图1-1

SIMULINK仿真界面 图1-2

系统方框图

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系数，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

G(s)Z2R22Z1R1R1100K,R2200K

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-3所示。

图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK图形

2．惯性环节的传递函数为

Z2R12Z1R2C110.2s1R2G(s)R1100K,R2200K,C11uf

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

G(s)Z211Z1R1C1s0.1sR1100K,C11uf

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-5所示。

图1-5 积分环节的模拟电路及及SIMULINK图形 图1-4 惯性环节的模拟电路及SIMULINK图形

4．微分环节(D)的传递函数为

G(s)Z2R1C1ssZ1R1100K,C110uf C2C10.01uf

其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-6所示。

图1-6 微分环节的模拟电路及及SIMULINK图形

5．比例+微分环节（PD）的传递函数为

G(s)Z2R2(R1C1s1)(0.1s1)Z1R1C2C10.01uf R1R2100K,C110uf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

ZG(s)2Z

1R21C1s1(1)R1R2100K,C110uf

R1s图1-7 比例+微分环节的模拟电路及SIMULINK图形其对应的模拟电路及SIMULINK图形如图1-8所示。

图1-8 比例+积分环节的模拟电路及SIMULINK图形

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。

① 比例环节G1(s)1和G1(s)2；

图2-1 比例环节的模拟电路

图2-2比例环节SIMULINK仿真模型

② 惯性环节G1(s)11和G2(s) s10.5s1

图3-1惯性环节模拟电路

图3-2惯性环节SIMULINK仿真模型

③ 积分环节G1(s)1s

图4-1积分环节的模拟电路

图4-2积分环节SIMULINK仿真模型

④ 微分环节G1(s)s

图5-1微分环节的模拟电路

图5-2微分环节SIMULINK仿真模型

⑤ 比例+微分环节（PD）G1(s)s2和G2(s)s1

图6-1比例+微分环节的模拟电路

图6-2比例+微分SIMULINK仿真模型

⑥ 比例+积分环节（PI）G1(s)11和G2(s)11

s2s

图7-1比例+积分环节的模拟电路

图7-2比例+积分SIMULINK仿真模型

五、心得体会

通过这次接触MATLAB,真正的体会到了它强大的数值计算和符号计算功能，以及强大的数据可视化、人际智能交互能力。该工具主要处理以传递函数为主要特征的经典控制和以状态空间为主要特征的现代控制中的主要问题，它能够使图形生动形象的展现给我们，使理解更深刻。