计算机仿真实验四 基于Simulink控制系统仿真与综合设计.doc

文档介绍：实验四基于Simulink控制系统仿真与综合设计

熟悉Simulink的工作环境及其功能模块库;
2)掌握Simulink的系统建模和仿真方法;
3)掌握Simulink仿真数据的输出方法与数据处理;
4)掌握利用Simulink 进行控制系统的时域仿真分析与综合设计方法;
5)掌握利用 Simulink对控制系统的时域与频域性能指标分析方法。

实验内容
。分别求出当输入信号为阶跃函数信号、斜坡函数信号和抛物线函数信号时,系统输出响应及误差信号曲线。若要求系统动态性能指标满足如下条件:a) 动态过程响应时间;b) 动态过程响应上升时间;c) 系统最大超调量。。
单位反馈控制系统框图
综合设计控制系统框图
实验要求
采用Simulink系统建模与系统仿真方法,完成仿真实验;
利用Simulink中的Scope模块观察仿真结果,并从中分析系统时域性能指标(系统阶跃响应过渡过程时间,系统响应上升时间,系统响应振荡次数,系统最大超调量和系统稳态误差);
利用Simulink中Signal ,以确定其参数;
对系统综合设计前后的主要性能指标进行对比分析,并给出PID参数的改变对闭环系统性能指标的影响。

在Simulink仿真环境中,打开simulink库,找出相应的单元部件模型,并拖至打开的模型窗口中,构造自己需要的仿真模型。如图所示:

当仿真系统较大而复杂时,可以创建子系统,以增加仿真模型的可读性。,分别在单位阶跃函数控制信号,斜坡函数信号,抛物线函数信号的作用下,构造控制系统仿真模型,输出仿真曲线,得出系统的主要性能指标参数。对比系统在有无PID控制器时的输出曲线及性能指标,PID控制器的构造如下,将其封装后置于各个仿真模型中,与无PID控制器时对比输出曲线的差异。
图中,Kp为PID控制器的比例系数;Ki为PID控制器的积分系数;Kd为 PID控制器的微分系数。

:
无PID控制器
有PID控制器

无PID控制器

无PID控制器

PID控制器参数的选取
对于PID控制器,Kp为PID控制器的比例系数,Ki为PID控制器的积分系数,Kd为 PID控制器的微分系数。在实验中,选取Kp=1,Ki=1,Kd=1,且三个参数的变化范围均为-10~10,由此得出对应的仿真曲线。

表4-