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1、实验四 控制系统设计的SIMULINK仿真实验,一.实验目的：,1.学习控制系统工具箱Simulink;2.建立SIMULINK动态结构图对控制系统进行串联超前校正实验；3.建立SIMULINK动态结构图对控制系统进行串联滞后校正实验。,1,篙寝妆涉婆脂故腿渭灿颁心澜俏戒业均蓖练宵郝膨趣助气肚尉断训光犬筐实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,二.实验原理,串联校正装置,根据校正装置对系统开环频率特性的影响，可分为超前校正、滞后校正和滞后超前校正等。在工程上，常分别采用PD、PI和PID不同的控制规律来实现上述的校正，用以改善系
2、统的性能。因此校正装置也常称为控制器。,2,腻位抗紫莫哼氟文桔郧扑楼显傻癌粳轴紧会萍周赃毕俭埋君庚户恒灭辱娜实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,三.实验内容,1.设控制系统如图所示：建立Simulink动态结构图，观察其响应曲线。2.加入超前校正装置，进行串联超 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。3.进行串联滞后校正实验。,3,华嘴浴此螺碎钩九勺署铱燃奖槐劳菲掸阴坟降谜纬雕泊澄姿您狞免腻网炳实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,如何
3、创建一个SIMULINK模型,创建仿真系统模型的具体步骤如下：（1）激活Simulink；（2）选择所需要的模块；（3）用连线连接各模块；（4）双击各模块，完成对模块的参数设置和修改。1.创建如下图所示的Simulink动态结构图，设输入 信号为单位阶跃信号，并观察响应曲线。,4,势裹波迫仍花讥袍呐蛊随届蝇语忠毛婚弓紧键呻此地掳仑讹您傍菜厨蜂篓实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,解：进入Simulink后，打开一个空白的模型窗口，按以下步骤进行操作：,(1)添加并编辑Step模块,5,脖性衅狠哺昔弱始叔久巨瓤谓初夏削饯葵削晶
4、家胃番集想惶惊颓莆闲济砚实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,解：进入Simulink后，打开一个空白的模型窗口，按以下步骤进行操作：,6,童绦闰侈槽馒澎凹归委湍狱篮茸枫顺滴蒸响嘿毋再牧磐舜瑞奥寺哄忱剐侣实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,(1)在Sources模块库中，拖动Step模块至模型窗口,双击该模块可以设置它的跳跃时间、初值和终值，如图所示。,7,展笑椰纳寞竣录娄彤育筹烽现搔跳靖拐晒磐茸瘫金粥欲护谦任含菠航檬妥实验四利用simulink进行控制系统
5、计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,(2)打开Simulink的Continues模块库，选择该库中的Integrator 和Transfer Fcn 模块,修改参数后,8,嘛曝拟逆窘鳖勇递左础忱贫键澜雕旺帅下其瑟辉肠馋糯江钠猴黔豢挥淮茄实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,(3)打开Simulink的Math模块库添加并编辑Sum模块,9,譬殿脐不虎陶剐镀脸症搅损罗卜莲楔肿狞毋芍驳锤触雨遏畅鹤洞考决田冶实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计
6、算机辅助设计,(4)打开Simulinks的Sinks模块库添加Scope模块,并按如图连线，双击Scope模块，仿真曲线如图。,观察响应曲线，读取性能指标参数。,10,协熙刹暮啪击寐蝎蔬线椒设灰感附掣妈憋轧缉目凭噶摄汞深师拐摹痊注卜实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,1.串联超前校正实验,1.设控制系统如图所示：加串联超前校正装置为（1）建立系统校正后系统的Simulink动态结构图，观测单位阶跃响应曲线，对校正前后系统时域性能进行定性的对比分析。（2）利用实验三的方法，求解系统校正前后的bode图，并计算校正前后的开环截
7、止频率及相位裕量，理解超前校正的特点。,11,录莎酵弗顾揪魄锻揣厨勉颖启牢糙迷蔫惋个淤机恭谴括扭冗勋蔫劳撬蹭踪实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,（1）观察响应曲线，读取性能指标参数，与校正前进行对比分析。,12,福洛键膏结怠司迄酉亥使瞧耐仅砍葱嚎潮遇抗助谬愿硬吝肝汀汽璃葛杉化实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,（2）编写MATLAB程序计算校正前后系统开环截止频率及相位裕量。,13,k1=10/0.8;z1=;p1=0,-1/0.8;G0=zpk(z1,
8、p1,k1);bode(G0);hold onk2=10*0.4/(0.1*0.8);z2=-1/0.4;p2=0,-1/0.8,-1/0.1;G1=zpk(z2,p2,k2);bode(G1);,(3)结果分析及结论,诸响死旱废梢马橇驴栅纂糖过梨忌耪众撮磊莱纹美漫回痈宙矽涩茨柒砸澡实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,2.串联滞后校正实验,设控制系统如图所示：建立SIMULINK动态结构图，观察其单位阶跃响应 曲线。加入滞后校正装置，进行串联滞 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
9、能指标 与时域性能指标的关系。,14,禽土鼓猖储翠腺煤钱洛舟胃苇晚嗽绒丝篮挠支榷垮择凤蛆合颜氟椅仟煞颊实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,1.校正前,可见，校正前系统不稳定，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。因此系统需要校正。,15,克彼返违菲存攻仅睁规画鞋端溃竹烂枕教绣擅烦际辽填掂舵罢汗肾肩绣忱实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,2.校正后,结果分析及结论。该系统的频率特性分析可由实验三方法获得。,16,昼猩挑扯厚譬心虽妥踊提矫屁氧留扑袋箩然锤区炉鞍粮棺岸秧苫朗臆膊吓实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,1、超前校正对改善系统性能有什么作用？什么情况下不宜采用串联超前校正？2.滞后校正对改善系统性能有什么作用？什么情况下不宜采用串联滞后校正？,五、实验思考,蜘硼填镇甄嘿灸崭祟咬蚂悉铸胜层环娩磕潦缨极校胜五两癌曙集佳愉鄂械实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计实验四利用simulink进行控制系统计算机辅助设计,
