实验五 SIMULINK仿真实验
一、实验目的
考察连续时间系统的采样控制中，零阶保持器的作用与采样时间间隔对Ts对系统稳定性的影响
二、实验步骤
开机执行程序，用鼠标双击图标，进入MATLAB命令窗口：Command Windows在Command Windows窗口中输入：simulink，进入仿真界面，并新建Model文件在Model界面中构造连续时间系统的结构图。作时域仿真并确定系统时域性能指标。
图 （6-1）
带零阶保持器的采样控制系统如下图所示。作时域仿真，调整采样间隔时间Ts，观察对系统稳定性的影响。
图 （6-2）
参考输入量（给定值）作用时，系统连接如图（6-1）所示:
图 （6-3）
三、实验要求
（1）按照结构图程序设计好模型图，完成时域仿真的结构图
（2）认真做好时域仿真记录
（3） 参考实验图，建立所示如图(6-1)、图(6-2)、图(6-3)的实验原理图；
（4） 将鼠标移到原理图中的PID模块进行双击，出现参数设定对话框，将PID控制器的积分增益和微分增益改为0，使其具有比例调节功能，对系统进行纯比例控制。
1. 单击工具栏中的 
图标，开始仿真，观测系统的响应曲线，分析系统性能；调整比例增益，观察响应曲线的变化，分析系统性能的变化。
2. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例微分控制的作用。
3. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例积分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分控制的作用。
4. 重复步骤2-3，将控制器的功能改为比例积分微分控制，观测系统的响应曲线，分析比例积分微分控制的作用。
5. 参照实验一的步骤，绘出如图(6-2)所示的方块图;
6. 将PID控制器的积分增益和微分增益改为0，对系统进行纯比例控制。不断修改比例增益，使系统输出的过渡过程曲线的衰减比n=4，记下此时的比例增益值。
7. 修改比例增益，使系统输出的过渡过程曲线的衰减比n=2，记下此时的比例增益值。
8. 修改比例增益，使系统输出呈临界振荡波形,记下此时的比例增益值。
9. 将PID控制器的比例、积分增益进行修改，对系统进行比例积分控制。不断修改比例、积分增益,使系统输出的过渡过程曲线的衰减比n=2，4，10，记下此时比例和积分增益。
10、将PID控制器的比例, 积分, 微分增益进行修改，对系统进行比例、积分、微分控制。不断修改比例、积分、微分增益，使系统输出的过渡过程曲线的衰减比n=2、4、10记下此时的比例、积分、微分增益值。
四、实验报告要求
（1）叙述零阶保持器的作用
（2）讨论采样时间间隔Ts对系统的影响。
（3）写出完整实验报告
附：step模块在sources库中
sum模块在math operations库中
scope模块在sinks库中
transfer fcn模块在continuous库中
zero-order hold模块在discrete库中
第二篇：[四川大学]SIMULINK仿真实验(cad第二次实验报告)
SIMULINK仿真实验
实验报告
1. 建立单位负反馈二阶系统的SIMULINK仿真模型，当输入信号源分别为阶跃信号、斜坡信号、抛物线信号、正弦信号时，给出系统输出的波形图
(1) 开环传递函数如下所示
(2) 将（1）中的开环传递函数转换为状态空间模型
将开环传递函数转换为状态空间模型
（1）SIMULINK仿真模型
可以看到，该系统可以无稳态误差跟踪阶跃信号，跟踪斜坡信号时有一定的稳态误差（在10s以后），对于阶次更高的抛物线信号无法跟踪，响应最终发散；同样，系统参考输入为周期变化的正弦信号时，响应也呈周期性振荡。
（2）
num=[1];
den=[1,0.6,0];
[A,B,C,D]=tf2ss(num,den)
A =
-0.6000 0
1.0000 0
B =
1
0
C =
0 1
D =
0
1. 系统的微分方程为：
设r=1,d=0.5,a=0.1,b=0.02,x(0)=25,y(0)=2
i. 利用MATLAB所提供的函数，编写求解上述微分方程的M文件，求出x(t),y(t)；
ii. 试建立系统的SIMULINK模型，并给出x(t),y(t)的曲线波形，
iii. 比较上面两种方法的结果
求解x(t),y(t)
程序清单：
%OdeFun1.m,令x(t)=Y(1），y(t)=Y(2)
%DY(1),DY(2)分别为x(t),y(t)的一阶微分
function DY=OdeFun1(t,Y)
DY=zeros(2,1);
DY(1)=Y(1)*(1-0.1*Y(2));
DY(2)=Y(2)*((-0.5)+0.02*Y(1));
%在command windows 中输入以下语句，画出x(t)-t
%y(t)-t
[t,Y]=ode45('OdeFun1',[0 50],[25;2])%给出所用的函数，计算时间[0，50] %以及初值
plot(t,Y(:,1),'-',t,Y(:,2),'-.')
运行结果：
利用simulink模型求解x(t),y(t)
模型：
运行结果：
比较两种方法的结果：这两种方法得出结果的算法都是非刚性的ode45算法，所以得出的结果基本上是一样的，不过用simulink模型可以对求解过程更容易地做更多地设置，比如设置求解的步长，误差的容忍度和求解的时间（用Odefun也是可以完成的）；虽然用simulink模型可以更多地设置求解的内容，但是一旦微分方程组被修改，模型又必须重建，因此在要求不多时用odefun直接求解更方便。
2. 蹦极跳的数学模型为：
其中m为物体的质量，g为重力加速度，x为物体的位置，第二项表示绳索的弹力，K为绳索的弹性系数，第三项和第四项表示空气的阻力。
设蹦极者的初始位置为x(0)= -30, 起始速度为 x(0)'=0; 其余的参数为a1=a2=1, m=70mg, g=10m/s2. 试建立系统的SIMULINK模型，并给出x(t),x'(t)的曲线波形
建立simulink 模型
运行结果：
可以看到，蹦极跳过程是一个能量（振幅，加速度）振荡衰减的过程，在暂态过程中，速度的变化落后位置的变化大约半个周期（速度曲线的波峰对应位置曲线的波谷），而且平衡位置（0）时的速度曲线斜率——加速度最小。这些符合对弹性系统的受力分析结果。
4.建立单闭环调速系统的SIMULINK模型，并对PID控制器进行封装和对P,I,D参数进行设置
建立simulink模型
运行结果
从PID为1-0-0开始整定，PID为1-0-0时，电机超调很大而且有较大的稳态误差，所以加入积分微分调节（只加入积分调节难以降低超调量），将参数改为1-0.3-0.1，得到的曲线虽然没有超调现象，但非周期相应调节时间较长。为了让系统更迅速的反应偏差，加大微分环节同时加强积分环节，第三条曲线出现超调，调节时间也明显小于第二条曲线，最后一条曲线尝试着增大比例环节同时增大积分和微分，得到了一条超调小，调节时间较短的曲线。