MATLAB Simulink仿真实验指南：环节分析与控制系统设计

本篇文档主要介绍了使用MATLAB Simulink进行的自动控制系统仿真实验，涵盖了多个关键环节和系统分析方法。实验内容分为四部分： 1. 典型环节研究：通过构建并仿真不同类型的控制环节，如比例(P)、积分(I)，比例-积分(PID)、一阶微分(D)和惯性环节，学生学习了如何设置传递函数和绘制系统框图。例如，实验首先创建了R-C网络的传递函数，展示了比例环节和积分环节的工作原理，并通过`step`函数观察其响应。 - 比例环节：通过`R1/R0`的比例关系，定义了传递函数`num=K; den=1`。 - 积分环节：传递函数为`num=1; den=[T,0]`，其中`T=R0*C`是时间常数。 - 比例-积分环节：传递函数`num=[R1*C,1]; den=[R0*C,0]`，用于形成PID控制器。 - 惯性环节：通过串联电阻和电容，构建了具有惯性的环节，传递函数`num=K*[T1]; den=[10]`。 2. 系统瞬态响应和稳定性分析：实验涉及到二阶和三阶系统的动态特性分析。二阶系统通常用于模拟简单机械系统，而三阶系统则可能涉及更复杂的工程应用。通过绘制阶跃响应和单位阶跃响应图，学生可以了解系统的响应速度和衰减率。 3. 根轨迹作图和系统性能评估：这部分实验旨在让学生理解系统在参数变化下的稳定性，通过根轨迹图可以直观地看出闭环系统的稳定性边界。 4. 频率法作图与系统分析：通过频率响应函数，学生可以分析系统的频率特性和增益裕度，这对于设计抗干扰的控制系统至关重要。 5. 控制系统时域分析：通过`impulse`函数对系统进行阶跃响应分析，帮助学生了解系统的动态行为，如快速响应和稳定性。 总结来说，该文档提供了Simulink环境下进行自动控制系统仿真的实践教程，包括基本环节设计、系统动态响应的分析以及系统性能优化的方法，适合自动化专业学生进行实验学习和实践操作。通过这些实验，学生可以提升控制理论的理解，熟悉Matlab工具箱在控制系统设计中的应用。