《机电系统建模与仿真》实验指导书(4)

③给定信号为单位阶跃信号，并在0.5秒时加入一个幅值为3的阶跃信号作为干扰信号。

（2）双闭环控制系统 保存并打印如下曲线：

①忽略干扰时，电流环的单位阶跃响应曲线。

②分别加入两个干扰信号（用单位阶跃信号代替）时的扰动曲线。 ③忽略扰动影响时，转速环的单位阶跃响应曲线。

④转速环抗扰动仿真曲线，即在2、3出分别加入扰动信号（单位阶跃信号），绘制扰动响应曲线。

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三．思考题解答

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实验二：复杂系统的设计与仿真

实验学时：2 实验类型：综合 实验要求：必修 一、实验目的

1.掌握机电系统的基本构成；

2.学会运用MATLAB/Simulink进行控制系统设计及仿真的方法。 二、实验内容及原理

通过对某小功率角度跟踪系统和某锁相环位置伺服系统控制器的设计，来介绍机电系统设计与仿真的方法。

1.某小功率角度跟踪系统控制器的设计

某小功率角度跟踪系统的结构如图2.1所示，其中整定系统可调放大系数

K1?1，K2?800，滤波器时间常数TL?0.0024s，伺服电动机拖动系统机电时间

常数TM?0.2s。

图2.1 小功率角度跟踪系统结构图

?in?K1TLs?1K2s(TMs?1)?out对该位置随动系统进行仿真，并设计合理的PD控制器（或PID控制器）和反馈控制器对其进行全面仿真计算。

2.某锁相环位置伺服系统控制器的设计

某锁相位置伺服系统采用电动机驱动，电动机调速部分采用的大功率晶闸管供电的脉宽调制系统（PWM），系统结构如图2.2所示。图中参数：Kj?1.11，

Tj?0.0132s，Ke?0.133，Ta?0.0035s，Ki?0.26，Kt?0.01，Kf?2.5，

Tm?0.116s，T1?0.0005s，K1?33.3，K2?0.5，K3?15.05，R?2?。

设计合理的位置调节器、转速调节器和电流调节器实现系统的全面仿真。

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为满足随动系统跟踪性能（快速性、灵敏性和准确性）的要求，电流调节器可以设计成P控制器或PI控制器；转速调节器设计成PI控制器；位置环设计成PID控制器。

图 2.2 位置 伺 服三 闭 环系 统 结构 图 19

三、实验教学方法与手段

本实验教学采用指导老师“讲解+演示”的方式进行教学。 四、实验组织运行要求

根据本实验的特点、要求和具体条件，采用“以学生自主训练为主的开放模式组织教学”。 五、实验条件

计算机、信号发生装置、信号显示装置及搭建控制系统所需的元器件；实验用专业软件、教材和实验指导书。 六、实验步骤

1.某小功率角度跟踪系统控制器的设计 （1）无校正时，系统的单位阶跃响应

在MATLAB/Simulink环境下，建立系统的动态结构图，如图2.3所示。 图2.3 小功率跟踪系统动态结构图 Step10.0024s+1Transfer Fcn8002+s0.2s Transfer Fcn1Scope根据上图，运行仿真，记录仿真结果，并分析系统的动态性能。 （2）设计PD控制器，进行串联校正 将设计PD控制器为： GPD(s)?0.028s?10.0015s?1 （2.1）

则进行PD串联校正的系统动态结构图，如图2.4所示。 Step0.028s+10.0015s+1PD Controller10.0024s+1Filter Transfer Fcn8002+s0.2s Servomotor Transfer FcnScope

图2.4 带PD串联校正的小功率跟踪系统动态结构图

根据图2.4，运行仿真，记录仿真结果，分析加入PD串联校正后系统动态性能的变化情

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