实验五_利用simulink进行控制系统计算机辅助设计上课讲义.ppt

实验五实验五 控制系统设计控制系统设计(shj)(shj)的的SIMULINKSIMULINK仿真实验仿真实验 一一.实验实验(shyn)(shyn)目的：目的：1.1.学习控制系统工具箱学习控制系统工具箱Simulink;Simulink;2.2.建立建立SIMULINKSIMULINK动态结构图对控制系统进行动态结构图对控制系统进行(jnxng)(jnxng)串联超前校正实串联超前校正实验；验；3.3.建立建立SIMULINKSIMULINK动态结构图对控制系统进行动态结构图对控制系统进行(jnxng)(jnxng)串联滞后校正实串联滞后校正实验；验；4.4.建立建立SIMULINKSIMULINK动态结构图对控制系统进行动态结构图对控制系统进行(jnxng)(jnxng)串联滞后串联滞后-超前校超前校正实正实 验。验。第一页，共17页。二.实验(shyn)原理串联串联(chunlin)(chunlin)校校正装置正装置 根据校正装置对系统开环频率特性的影响，可分为超前校根据校正装置对系统开环频率特性的影响，可分为超前校正、滞后校正和滞后超前校正等。在工程上，常分别采用正、滞后校正和滞后超前校正等。在工程上，常分别采用PDPD、PIPI和和PIDPID不同的控制规律不同的控制规律(gul)(gul)来实现上述的校正，用来实现上述的校正，用以改善系统的性能。因此校正装置也常称为控制器。以改善系统的性能。因此校正装置也常称为控制器。第二页，共17页。三三.实验实验(shyn)(shyn)内容内容 1.1.设控制系统如图所示：设控制系统如图所示：建立建立(jinl)SIMULINK(jinl)SIMULINK动态结构图，观察其响应动态结构图，观察其响应曲线。曲线。2.2.加入超前校正装置加入超前校正装置 ，进行串联超进行串联超 前校正器设计，观察响应曲线，进行校正前后系前校正器设计，观察响应曲线，进行校正前后系 统性能指标对比。统性能指标对比。3.3.进行串联滞后校正实验；进行串联滞后校正实验；4.4.进行串联滞后进行串联滞后-超前校正实验。超前校正实验。-第三页，共17页。如何(rh)创建一个SIMULINK模型-创建仿真系统模型的具体步骤如下：创建仿真系统模型的具体步骤如下：（1 1）激活）激活SimulinkSimulink；（2 2）选择所需要的模块；）选择所需要的模块；（3 3）用连线连接各模块；）用连线连接各模块；（4 4）双击各模块，完成）双击各模块，完成(wn chng)(wn chng)对模块的参数设置和修对模块的参数设置和修改。改。1.1.创建如下图所示的创建如下图所示的SimulinkSimulink动态结构图，设输入动态结构图，设输入 信号为单位阶跃信号，并观察响应曲线。信号为单位阶跃信号，并观察响应曲线。教材教材(jioci)P213(jioci)P213【例例6.16.1】第四页，共17页。解：进入解：进入SimulinkSimulink后，打开一个空白的模型窗口，按以下后，打开一个空白的模型窗口，按以下(yxi)(yxi)步骤进行操作：步骤进行操作：(1)(1)添加并编辑添加并编辑(binj)Step(binj)Step模块模块第五页，共17页。解：进入解：进入SimulinkSimulink后，打开一个后，打开一个(y)(y)空白的模型窗口，按以空白的模型窗口，按以下步骤进行操作：下步骤进行操作：第六页，共17页。(1)(1)在在SourcesSources模块模块(m kui)(m kui)库中，拖动库中，拖动StepStep模块模块(m kui)(m kui)至至模型窗口模型窗口 双击该模块可以双击该模块可以(ky)设置它的跳跃时间、初值和设置它的跳跃时间、初值和终值，如图所示。终值，如图所示。第七页，共17页。(2)(2)打开打开SimulinkSimulink的的ContinuesContinues模块模块(m kui)(m kui)库，选择该库中的库，选择该库中的Integrator Integrator 和和Transfer Fcn Transfer Fcn 模块模块(m kui)(m kui)修改修改(xigi)参数参数后后第八页，共17页。(3)(3)打开打开SimulinkSimulink的的MathMath模块库添加模块库添加(tin ji)(tin ji)并编辑并编辑SumSum模块模块第九页，共17页。(4)(4)打开打开SimulinksSimulinks的的SinksSinks模块模块(m kui)(m kui)库添加库添加ScopeScope模块模块(m kui),(m kui),并按如图连线，双击并按如图连线，双击ScopeScope模模块块(m kui)(m kui)，仿真曲线如图。，仿真曲线如图。观察响应观察响应(xingyng)曲线，读取性能指曲线，读取性能指标参数。标参数。第十页，共17页。2.2.串联串联(chunlin)(chunlin)超前校正实验超前校正实验观察响应曲线，读取性能指标参数，观察响应曲线，读取性能指标参数，与校正与校正(jiozhng)前进行对比分析。前进行对比分析。第十一页，共17页。3.3.串联滞后校正串联滞后校正(jiozhng)(jiozhng)实验实验-设控制系统如图所示：设控制系统如图所示：建立建立SIMULINKSIMULINK动态结构图，观察其响应曲线。动态结构图，观察其响应曲线。加入滞后校正装置加入滞后校正装置 ，进行串联，进行串联(chunlin)(chunlin)滞滞 后校正器设计，观察响应曲线，进行校正前后系后校正器设计，观察响应曲线，进行校正前后系 统性能指标对比，并结合教材理解频域性能指标统性能指标对比，并结合教材理解频域性能指标 与时域性能指标的关系。与时域性能指标的关系。教材教材(jioci)P220(jioci)P220【例例6.36.3】第十二页，共17页。1.校正(jiozhng)前 可见，校正可见，校正(jiozhng)前系统不稳前系统不稳定，讨论性能指标无意义。同学们也可以定，讨论性能指标无意义。同学们也可以用稳定性判据得出相同结论。因此系统需用稳定性判据得出相同结论。因此系统需要校正要校正(jiozhng)。第十三页，共17页。2.校正(jiozhng)后结果分析(fnx)及结论。该系统的频率特性分析(fnx)可由实验五方法获得。第十四页，共17页。3.3.串联串联(chunlin)(chunlin)滞后滞后-超前校正实验超前校正实验-设控制系统如图所示：设控制系统如图所示：建立建立SIMULINKSIMULINK动态结构图，观察其响应曲线。动态结构图，观察其响应曲线。加入滞后加入滞后-超前校正装置超前校正装置(zhungzh)(zhungzh)，进行串联校正器设计，观察响应曲线，进行校进行串联校正器设计，观察响应曲线，进行校 正前后系统性能指标对比，并结合教材理解频域正前后系统性能指标对比，并结合教材理解频域 性能指标与时域性能指标的关系。性能指标与时域性能指标的关系。教材教材(jioci)P225(jioci)P225【例【例6.56.5】第十五页，共17页。1.校正(jiozhng)前 可见，校正前系统不稳定。如果可见，校正前系统不稳定。如果(rgu)校正前系统不稳定，性能指标校正前系统不稳定，性能指标又要求有较大的相位裕量及较快的响又要求有较大的相位裕量及较快的响应速度，需要进行串联滞后应速度，需要进行串联滞后-超前校正。超前校正。第十六页，共17页。2.校正(jiozhng)后结果分析(fnx)及结论。该系统的频率特性分析(fnx)可由实验五方法获得。第十七页，共17页。