基于Matlab/Simulink的二階控制系統(tǒng)仿真研究

摘 要： 為了研究二階控制系統(tǒng)的性能，討論了二階控制系統(tǒng)參數(shù)ζ和ωn與單位階躍響應(yīng)的關(guān)系，并介紹了基于Matlab/Simulink軟件仿真環(huán)境，在單位階躍信號作用下，利用仿真實(shí)例很好地實(shí)現(xiàn)了對二階控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。該仿真具有直接觀察和分析二階控制系統(tǒng)輸出性能變化，同時充分體現(xiàn)利用Matlab/Simulink進(jìn)行仿真研究直觀和方便的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： Matlab/Simulink； 二階控制系統(tǒng)； 仿真實(shí)例； 單位階躍信號

中圖分類號： TN911?34； TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）12?0012?03

0 引 言

大部分實(shí)際控制工程都是復(fù)雜的高階系統(tǒng)，通?？蓪⑵浞纸鉃槿舾蓚€一階慣性環(huán)節(jié)和二階振蕩環(huán)節(jié)的疊加。在研究復(fù)雜控制系統(tǒng)的過程中，往往通過主導(dǎo)極點(diǎn)和偶極子相消的方法，將高階系統(tǒng)簡化為二階等低階系統(tǒng)的組合，再根據(jù)對二階控制系統(tǒng)輸出和性能的分析，對控制系統(tǒng)偏差進(jìn)行校正，從而獲得滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)和使用要求的高階系統(tǒng)性能[1]。因此， 掌握二階控制系統(tǒng)動態(tài)特性理論，構(gòu)建二階控制系統(tǒng)動態(tài)特性的測試系統(tǒng)，可大大簡化系統(tǒng)分析，對控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)具有重要作用。

Simulink是一種以Matlab為基礎(chǔ)的實(shí)現(xiàn)交互式動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真與分析的軟件包，可以針對控制系統(tǒng)等進(jìn)行系統(tǒng)建模、仿真、分析等工作，被廣泛應(yīng)用于線性控制系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。本文介紹基于Matlab/Simulink仿真環(huán)境下，通過單位階躍信號作用，利用仿真實(shí)例對二階控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，直接觀察和分析二階控制系統(tǒng)輸出性能的變化，充分體現(xiàn)了Matlab/Simulink仿真直觀和方便的特點(diǎn)[2]。

1 二階控制系統(tǒng)模型

2 二階控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)與研究

2.1 二階控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2 二階控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)與參數(shù)ζ的關(guān)系

2.3 二階控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)與參數(shù)ωn的關(guān)系

3 結(jié) 語

基于Matlab/Simulink環(huán)境的仿真分析方法，通過Simulink工具箱所提供的基本模塊，不需任何硬件，在單位階躍信號作用，利用仿真實(shí)例很好地實(shí)現(xiàn)了對二階控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，直接觀察和分析二階控制系統(tǒng)輸出性能的變化，驗(yàn)證了二階控制系統(tǒng)相關(guān)理論的正確性，在二階控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研上有很大實(shí)用價值，充分體現(xiàn)了Matlab/Simulink仿真直觀和方便的特點(diǎn)[6]。

20 rad/s的階躍響應(yīng)曲線

參考文獻(xiàn)

[1] 林順英.基于虛擬儀器的二階系統(tǒng)仿真分析[J].北京石油化工學(xué)院學(xué)報，2007（1）：22?24.

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[3] 吳四清.基于Matlab的二階系統(tǒng)仿真與分析[J].咸寧學(xué)院學(xué)報，2009（3）：79?80.

[4] 李素玲.自動控制原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

[5] 王正林.Matlab/Simulink與控制系統(tǒng)仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[6] 孫躍光，林懷蔚.數(shù)字PID控制器參數(shù)的整定與仿真研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（17）：4?5.