典型环节的MATLAB仿真 实验二

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)1

sSIMULINK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1

sSIMULINK仿真模型:

单位阶跃响应波形:

2.观察G(s)T=1时:

1,随着Ts1T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22s2nsns5sK/T1其中：nK10510R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：

s31202s1220K

s1(5K/3)200s020K0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

参数 项目 R (KΩ) ωn ζ C(tp) C(∞) K Mp(%) Tp (s) 理论测量理论测量Ts (s) 理论测量响应情况 值 值 值 值 值 值 01 1 1 R(KΩ)

三阶系统记录表

K开环增益 稳定性