典型环节动态特性的仿真.docx
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典型环节动态特性的仿真.docx
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典型环节动态特性的仿真
苏州市职业大学实训报告
院系电子信息工程学院班级姓名学号
实训名称典型环节动态特性的仿真实训日期
一、实训目的
1、掌握典型环节仿真结构图的建立方法;
2、通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性,熟悉各种典型环节的响应曲线。
2、定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。
3、初步了解MATLAB中SIMULINK的使用方法。
二、实训内容
掌握比例、积分、一阶惯性、实际微分、振荡环节的动态特性。
[例]观察实际微分环节的动态特性
(1)连接系统,如图所示:
(2)参数设置:
用鼠标双击阶跃信号输入模块,设置信号的初值和终值,采样时间sampletime和阶跃时间steptime;用鼠标双击实际微分环节,设Kd=1,Td=1;用鼠标双击示波器,设置合适的示波器参数;
(3)在simulation/paramater中将仿真时间(StopTime)设置为10秒;
(4)仿真:
simulation/start,仿真结果如图1-1所示;
(5)改变Td、Kd,观察仿真结果有什么变化。
图1-1实际微分环节的动态特性图
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苏州市职业大学实训报告
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实训名称典型环节动态特性的仿真实训日期
①惯性环节
建立如下图1所示的仿真结构图,K值为1,并保持不变;T值依次为1,2和3,运行得到阶跃响应曲线(图2):
图1惯性环节仿真结构图T值不同
图2惯性环节T值不同的阶跃响应曲线
建立如下图2所示的仿真结构图,T值为1,并保持不变;K值依次为1,2和3,运行得到阶跃响应曲线(图3):
图3惯性环节仿真结构图K值不同
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图4惯性环节K值不同的阶跃响应曲线
分析结果:
在同一信号的作用下,T(时间常数)越大,系统达到稳态所需的时间越长;K(比例系数)越大,系统的最终稳态值越大。
同时可以看出,在惯性环节中,输出量不能瞬时完成与输出量完全一致的变化。
②积分环节
建立如下图5所示的仿真结构图,T值依次为1,0.5和2,运行得到阶跃响应曲线(图6):
图5积分环节仿真结构图
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图6积分环节T值不同的阶跃响应曲线
结果分析:
在同一坐标轴中绘出r(t)-t和c(t)-t曲线,可以看出,r(t)-t和c(t)-t的交点的横坐标t就是积分时间常数T。
同时可以看出,在积分环节中,输出量与输入量对时间的积分成正比。
常利用积分环节来改善系统的稳态性能。
③比例环节
建立如下图7所示的仿真结构图,K值依次为0.5,1.2和2,运行得到阶跃响应曲线(图8):
图7比例环节仿真结构图
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图8比例环节K值不同的阶跃响应曲线
结果分析:
在同一坐标轴中绘出r(t)-t和c(t)-t曲线,可以看出,比例环节的特点是,其输出不失真、不延时、成比例地复现输入信号的变化,即信号的传递没有惯性。
④振荡环节
建立如下图9所示的仿真结构图,ωn2的值保持1不变,ζ依次为2,1,0.5和0,运行得到阶跃响应曲线(图10):
图9振荡环节ζ值不同
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图10振荡环节ζ值不同的阶跃响应曲线
结果分析:
从上图中可以看出,取不同ζ值时,对应的单位阶跃响应曲线不同。
ζ值越大,系统的平稳性越好,超调越小;ζ值越小,系统响应振荡越强,振荡频率越高。
当ζ=0时,系统输出为等幅振荡,不能正常工作,属不稳定。
⑤实际微分
建立如下图11所示的仿真结构图,T值依次为1,2和0.1,运行得到阶跃响应曲线(图12):
图11实际微分环节T值不同
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图12实际微分环节T值不同的阶跃响应曲线
结果分析:
从上图中可以看出,实际微分环节的输出与输入信号对时间的微分成正比,即输出反映了输入信号的变化率,而不是反映输入量本身的大小。
常用微分环节来改善系统的动态性能。
三、实训中遇到的问题及解决办法
示波器所显示的图像是黑色底的,不利于打印后的观察。
可在MATLAB的工作区内输入语句“set(0,'ShowHiddenHandles','On')”,按回车;再输入“set(gcf,'menubar','figure')”,按回车。
可在虚拟的示波器上得到一行菜单栏,可进行相关操作。
四、思考题
1、积分环节中的时间常数,如何从记录的单位阶跃响应曲线上求得?
在同一坐标轴中绘出r(t)-t和c(t)-t曲线,r(t)-t和c(t)-t的交点的横坐标t就是积分时间常数T。
2、如何求惯性环节的时间常数?
惯性环节的方框图如下图所示:
T就是时间常数,但要注意,分母的常数项必须是1,T才是时间常数。
3、叙述振荡环节中阻尼系数对环节的影响。
ζ值越大,系统的平稳性越好,超调越小;ζ值越小,系统响应振荡越强,振荡频率越高。
当ζ=0时,系统输出为等幅振荡,不能正常工作,属不稳定
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