典型环节的MATLAB仿真 实验二

实验六① 典型环节的MATLAB仿真

实验内容

1.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 SIMULINK仿真模型:

单位阶跃响应波形

:

② 惯性环节G1(s)

1s 1

SIMULINK仿真模型:

单位阶跃响应波形

:

③ 积分环节G1(s)

SIMULINK仿真模型

:

单位阶跃响应波形:

④ 微分环节G1(s) s SIMULINK仿真模型:

单位阶跃响应波形

:

⑤ 比例+微分环节(PD)G1(s) s 2 SIMULINK仿真模型:

单位阶跃响应波形

:

⑥ 比例+积分环节(PI)G1(s) 1

SIMULINK仿真模型

:

单位阶跃响应波形:

2.观察G(s)

T=1时

:

1

,随着Ts 1

T的变化输出波形的变化

T=2时

:

T=5时:

T=50时

:

结论:随着T的增大,输出波形的变化会越来越慢.

实验六② 典型系统的时域响应和稳定性分析

1.实验目的

(1)研究二阶系统的特征参数（ ， n）对过渡过程的影响。

(2)研究二阶对象的三种阻尼比下的响应曲线和系统的稳定性。 (3)熟悉Routh判据，用Routh判据对三阶系统进行稳定性分析。

2.实验原理及内容

(1)典型的二阶系统稳定性分析(取T0=1,T1=0.2,K1=200/R,其中R=10,50,160,200) 结构框图

模拟电路图

系统的开环传递函数

G(s)

K1K1/To

;

ToS(T1S 1)S(T1S 1)

开环增益K K1/To

实验内容

(1)先算出临界阻尼，欠阻尼，过阻尼时电阻R的理论值，再将理论值应用于模拟电路中，观察二阶系统的动态性能及稳定性，应与理论分析基本吻合。图1.14中的：

To 1s;T1 0.2s;K1 200/R;

2 nK/T1 闭环传递函数为：W(s) 2 22

s 2 ns ns 5s K/T1

其中： n

K5R 10; T1R2 n40

(2)典型的三阶系统稳定性分析 （T0=1,T1=0.1,T2=0.5,K=8,12,20）

结构框图

模拟电路图

系统的开环传递函数

开环传递函数：G(s)H(s)

500/R

;K 500/R

S(0.1S 1)(0.5S 1)

系统统特征方程1 G(s)H(s) 0 s3 12s2 20s 20K 0

实验前由Routh判据得Routh阵列为：

s3120

2s1220K

s1( 5K/3) 200

s020K0

5

K 20 0 为保证系统稳定，第一列各值应为正数： 3 20K 0

得：

0 K 12 R 41.7K K 12K 12

R 41.7K R 41.7K

系统稳定系统不稳定

系统临界稳定

3.实验步骤：

(1)将信号源单元的“ST”端插针与“S”端插针用“短路块”短接。由于每个运放单元均设置了锁零场效应管，所以运放具有锁零功能。将开关分别设在“方波”挡和“500ms~12s”挡，调节调幅和调频电位器，使得”OUT“端输出的方波幅值为1V，周期为10s左右。 (2)典型二阶系统瞬态性能指标的测试：

按模拟电路图1.14接线，将方波信号接至输入端，取R=30K。

用示波器观察系统的响应曲线C(t)，测量并记录超调量，峰值时间和调整时间。

分别按R=10，50，160，200K改变系统开环增益，观察响应曲线C(t)，测量并记录性

能指标及系统的稳定性。并将测量值和计算值进行比较。将实验结果填入下表内。 (3)典型三阶系统的性能：

按图1.16接线，将方波信号接至输入端，取R=30K。 观察系统的响应曲线，并记录波形。 减小开环增益（R=41.7K;100K），观察响应曲线，并将实验结果填如下表内。 (4)实验现象分析 二阶系统记录表

三阶系统记录表