[工学]计算机控制实验指导书2009.doc

计算机控制实验指导书 北方工业大学机电工程学院自动化系 2009年月 Matlab/Simulink自控系统实验模拟仿真--------------21 基于Matlab/Simulink仿真的双闭环直流调速系统课程设计--36 实验一 典型环节及其阶跃响应 一 实验目的 学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。 2.学习典型环节阶跃响应测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节传递函数。 二 实验内容 搭建下述典型环节的模拟电路，并测量其阶跃响应。 1.比例(P)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-1。 2.惯性(T)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-2。 3.积分(I)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-3。 4. 比例积分(PI)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-4。 5.比例微分(PD)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-5。 6.比例积分微分(PID)环节的模拟电路及其传递函数示于图1-6。 三 实验报告 画出惯性环节、 2.由阶跃响应曲线计算出惯性环节、积分环节的传递函数，并与由模拟电路计算的结果相比较。 附1：实验一效果参考图 比例环节阶跃响应 惯性环节阶跃响应 积分环节阶跃响应 比例积分环节阶跃响应 比例微分环节阶跃响应 比例积分微分环节阶跃响应 附2：由模拟电路推导传递函数的参考方法 惯性环节 令输入信号为U1(s) 输出信号为U2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式： 整理得 进一步简化可以得到 如果令R2/R1=K，R2C=T，则系统的传递函数可写成下面的形式： 当输入r(t)为单位脉冲函数时 则有输入U1(s)=1 输出U2(s)=G(s)U1(s)= 由拉氏反变换可得到单位脉冲响应如下： 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U1(s)=1/s 输出U2(s)=G(s)U1(s)= 由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下： 当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U1(s)= 输出U2(s)=G(s)U1(s)= 由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下： 比例微分环节 令输入信号为U1(s) 输出信号为U2(s) 根据模电中虚短和虚断的概念列出公式： 由前一个等式得到 带入方程组中消去可得 由于，则可将R4忽略，则可将两边化简得到传递函数如下： 如果令K=， T=，则系统的传递函数可写成下面的形式： 当输入r(t)为单位脉冲函数时，单位脉冲响应不稳定，讨论起来无意义 当输入r(t)为单位阶跃函数时 则有输入U1(s)=1/s 输出U2(s)=G(s)U1(s)= 由拉氏反变换可得到单位阶跃响应如下： 当输入r(t)为单位斜坡函数时 则有输入U1(s)= 输出U2(s)=G(s)U1(s)= 由拉氏反变换可得到单位斜坡响应如下： 实验二 模拟PID控制实验 一 实验目的 1.研究PID控制器的参数对系统稳定性及过渡过程的影响。 2.研究引入被调量微分负反馈对系统性能的影响。 二 实验内容 1.系统结构图如图2-1所示。 图 2-1 系统结构图 图中PID调节器的传递函数为Gc(S)=Kp(1+ki/S+KdS) 控制对象的传递函数为别为 Gp1(S)=5/((0.5S+1)(0.1S+1)) Gp2(S)=1/(S(0.1S+1)) 2. 本实验采用PI调节器，其传递函数为Gc(S)=Kp(1+ki/S) 模拟电路图为图2-2。 图2-2 PI调节器的模拟电路 图中PI调节器传递函数为: Gc(S)=Kp(1+ki/S)=K(1+1/(iS)= 式中 Ki=R2/R1=1, (i=R2C=0.47 3. 被控对象的模拟电路图分别示于图2-3和图2-4，其中图2-3对应Gp1(S);图2-4对应Gp2(S)。 图2-3 图2-4 图2-5 被控对象为Gp1(S)时的系统接线图 图2-6 被控对象为Gp2(S)时的系统接线图 4．被控对象Gp1(S)为0型系统，采用PI控制或PID控制，可使系统变为Ⅰ型系统，被控对象G