自动控制原理 实验三SIMULINK环境下典型环节阶跃响应仿真及分析

课程名称 自动控制原理 实验序号 实验三

实验项目 SIMULINK环境下典型环节阶跃响应仿真及分析 实验地点 实验学时 实验类型 操作性 指导教师 实 验 员

专 业 _______ 班 级

学 号 姓 名

年 月 日

成绩：

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教师评语 一、实验目的及要求 1、初步了解MATLAB中SIMULINK的使用方法； 2、了解SIMULINK下实现典型环节阶跃响应方法； 3、定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验原理与内容 2

三、实验软硬件环境 装有MATLA软件的电脑 四、实验过程（实验步骤、记录、数据、分析） 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和G2(s)=2; 比例环节G1（s）=1的实验结果： 3

比例环节G2（s）=2的实验结果： 结果 分析：由以上阶跃响应波形图知，比例环节的输出量与输入量成正比，比例系数越大，输出量越大。 (2) 惯性环节G1（s）=1/(s+1)和G2（s）=1/(0.5s+1) 惯性环节G1（s）=1/(s+1)的实验结果： 4

惯性环节G1（s）=1/(0.5s+1)的实验结果： 结果分析：由以上单位阶跃响应波形图知，惯性环节使输出波形在开始的时候以指数曲线上升，上升速度与时间常数有关，时间常数越小响应越快。 （3）积分环节G（s）=1/s （4）微分环节G（s）=s 5

（5）比例+微分（PD）G1（s）=s+2和G2（s）=s+1 G1（s）=s+2的实验结果： G2（s）=s+1的实验结果： 结果分析：由以上单位阶跃响应波形图知，比例作用与微分作用一起构成导前环节，输出反映了输

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入信号的变化趋势，波形也与时间常数有关。 （6）比例+积分（PD）G1（s）=1+1/s和G2（s）=1+1/2s G1（s）=1+1/s的实验结果： G2（s）=1+1/2s的实验结果： 结果分析：由以上单位阶跃响应波形图知，积分环节的输出量反映了输入量随时间的积累，时间常数越大，积累速度越快。 实验结果： 7

结果分析：由以上单位阶跃波形知，当ξ=0时，系统的单位阶跃响应为不衰减；随着阻尼ξ的减小，其振荡特性表现的愈加强烈，当ξ的值在0.2-0.7之间时，过渡过程时间较短，振荡不太严重；当ξ=1时，响应慢。 8

五、测试/调试及实验结果分析 1、各典型环节的SIMULINK仿真模型图和单位阶跃响应波形图如上图所示。 2、不同的阻尼比，二阶系统单位响应有很大区别。当ξ=0时，系统的单位阶跃响应为不衰减的振荡，系统不能正常工作；当0<ξ<1时，单位响应呈衰减正弦振荡，随着ξ的减小，超调量越大，平稳性越差，调节时间ts长；当ξ=1，系统单位阶跃响应是无超调、无振荡单调上升的，不存在稳态误差，系统响应迟钝，调节时间ts长。 六、实验结论与体会 1、不同的参数T对不同的典型环节的影响各不相同； 2、不同的阻尼比，二阶系统单位响应有很大区别。当0<ξ<1时，在工程应用中最具有实际意义和代表性，其中ζ=0.7，调节时间最短，快速性最好，故称ζ=0.7为最佳阻尼比。 年月 日

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