实验三基于SIMULINK的控制系统时域分析

实验三 基于SIMULINK 的控制系统时域分析（2学时）

一．实验目的：

掌握使用SIMULINK 、控制工具箱求解系统的输入和输出响应的仿真方法。

二．实验方法及预习内容：

利用SIMULINK 工具进行控制系统模型分析、系统设计与仿真的相关原理。

三．实验内容：

1．分别使用解微分方程方法、控制工具箱、Simulink 求解具有如下闭环传递函数的系统的阶跃响应。

432

10

()8364010

s s s s s φ=

++++

解微分方程方法求解： Wffc.m 文件：

function dx=wffc(t,x) u=1;

dx=[-8*x(1)-36*x(2)-40*x(3)-10*x(4)+u;x(1);x(2);x(3)];

主文件：

%-------------------------------------实验1.1 [t,x]=ode45('wffc',[0,18],[0;0;0;0]) y=10*x(:,4); figure(2) plot(t,y) grid on

title('解微分方程方法求解系统阶跃响应曲线') xlabel('时间') ylabel('输出')

结果:

控制工具箱求解：

程序：

num=[10];

den=[1 8 36 40 10];

sys=tf(num,den);

step(sys)

title('控制工具箱求解系统阶跃响应曲线') xlabel('时间')

ylabel('输出')

grid

结果:

Simulink求解设置：

单位阶跃

仿真设置

SCOPE设置

程序

figure(3)

plot(ScopeData(:,1),ScopeData(:,2)) grid on

title('Simulink求解系统阶跃响应曲线') xlabel('时间')

ylabel('输出')

结果

2． 某小功率随动系统动态结构如图所示，已知：10.01T =， 20.05T =，

01K =，1300K =，21K =，0.08c K =。若系统输入分别为()1()sr t t θ=，sr t θ=，

[1()1(1.5)]sr t θ=-，试用Simulink 分析系统的输出()sc t θ分别如何？

设置:

单位阶跃:

单位斜坡

两阶跃叠加

仿真设置

Scope设置：

程序:

figure(4)

plot(gg(:,1),gg(:,2),'*') grid on

title('不同信号下的控制系统输出响应曲线')

xlabel('时间')

ylabel('输出')

hold on

plot(gg(:,1),gg(:,3),'LineWidth',1)

hold on

plot(gg(:,1),gg(:,4),'g','LineWidth',2)

legend('单位阶跃下系统输出响应曲线','单位斜坡下系统输出响应曲线','两阶跃叠加下系统输出响应曲线')

结果:

四．实验要求：

1．熟悉Simulink法进行控制系统时域分析的基本步骤，并与微分方程法、控制工具箱法进行比较；

2．熟悉Simulink法在输入不同信号（单位阶跃、单位斜坡、两阶跃叠加）下的控制系统输出响应实验方法、图形显示。