第一篇：參觀實驗一大型水利樞紐仿真模型演示

參觀實驗一大型水利樞紐仿真模型演示 前修課程：無

開課對象：土木水利類及其他

一、實驗目的

1．使學生了解水利水電工程的概況，加強學生對水利樞紐的認識，了解各種水工建筑物的型式功能等。

2．解決水工專業(yè)學生在認識實習中難以解決的具體問題。

二、實驗的任務及技術

1．對梯級開發(fā)水利樞紐有一個整體的認識。

2．掌握各種水工建筑物的功能、型式及工作原理。3．了解各種水流特性。

三、實驗設備及模型數(shù)據

大型水利樞紐仿真模型，由模型、供水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。模型尺寸：長17cm，寬8 cm，高3 cm。

四、實驗成果（報告）

1．簡要敘述各級樞紐布置及壩型的特點。

2．二灘水電站由哪些建筑物組成？各建筑物的功能是什么？ 3．丹江口水利樞紐的主要功能有哪些？它的綜合效益有哪些？ 4．什么是渠首建筑物？韶山灌溉樞紐中有哪些組成建筑物？ 5．通過參觀水利樞紐模型，談談你對水利工程的認識和體會。6．你認為模型中還有什么問題？有什么改進的措施？

五、大型水利樞紐仿真模型演示說明

為滿足水工等專業(yè)的教學需要，解決水工專業(yè)學生在認識實習中難以解決的具體問題，同時為我校的其它相關專業(yè)學生認識水利水電工程提供有利條件和場所，學校經過多方努力，設計建成了頗具特色的水利樞紐仿真模型。仿真模型以我國已建成的三個實際工程為原型，按一定的比例集中組建在一起，模擬水電能源的梯級開發(fā)。綜合利用各種科技手段，對結構、水流、聲響等進行仿真，使大家有身臨其境之感覺。它包括三個梯級水利樞紐，第一、第二級為水利水電蓄水樞紐，其主要作用是防洪、發(fā)電和航運；第三級為有壩引水樞紐，其主要作用是供水、灌溉和航運。此模型規(guī)模較大、造型逼真、綜合性強、充分反映了我國水資源開發(fā)利用的原則和特點。(一)第一級蓄水樞紐

第一級水利樞紐以四川二灘水電站為原型，按1：280比例制作，樞紐的主要作用是防洪、供水和發(fā)電。它是雅礱江干流上開發(fā)的第一座梯級水電站，也是我國已建成的大壩中，裝機規(guī)模最大，單機容量最大和年發(fā)電量最大的水電站。壩址距攀枝花市46公里，主要建筑物包括：攔河大壩、壩身泄水建筑物、放空底孔、左岸地下廠房等。為滿足教學需要，在壩身減少了原型中的表、中孔數(shù)，增設了滑雪道泄水建筑物。1．攔河大壩

二灘大壩為混凝土雙曲拱壩，壩高240 m，是我國第一座高度超過200 m的大壩，壩長778.9m，總庫容58億立方米。河谷兩岸地形陡峻，呈“V”字形，平面上呈喇叭口。是布置拱壩理想的地形，壩基巖石完整，堅硬。根據拱壩布置的原則，壩軸線選定在喇叭口略偏下游處，兩岸壩肩布置根據地形、地質條件，一端為徑向布置，另一端為非徑向布置。2．壩身泄水建筑物 壩身泄水建筑物包括壩頂表孔溢流壩和壩身中孔，壩頂表孔溢流壩布置在主河道位置，堰面曲線采用WES曲線。設閘門控制，堰頂布置有五扇弧形閘門，孔口尺寸為11m×15m，以控制泄量和水位，當天然來水流量小于下泄流量時，根據水庫調度要求，用閘門控制泄量，當天然來水流量小于下泄流量時，閘門全部開啟，自由下泄。壩身設四個中孔，對稱布置在拱冠兩側，孔口尺寸6m×5.5m，當表孔出流滿足不了泄水要求時，開啟中孔，與表孔共同泄洪。

在大壩下游346m建設有一座二道壩，用于抬高下游水位，形成水墊，達到消能的目的，減輕下泄水流對下游河道的沖刷，以保護大壩的安全。為了使學生更全面地了解，大壩建筑物和消能防沖的種類，模型在原型的基礎上，將表孔、中孔各減至2個，另增設滑雪道以模擬空中對沖消能，滑雪道下泄的兩股水充在空中對撞消除部分能量。3．放空底孔

放空底孔的主要作用是放空水庫，便于檢修，亦作為排沙孔，其進口布置檢修閘門，出口布置工作閘門?？卓诔叽鐬?m×5.5m，采用挑流消能。4．地下水電站廠房

由于受地形條件的限制，河道狹窄，在壩后布置電站較為困難，因此選擇地下廠房隧洞引水發(fā)電。共安裝6臺機組，裝機容量為3300MW，年發(fā)電量170.4億度，是我國西電東送的骨干電站之一，該水電站建筑物主要包括進水塔、紗水隧洞、地下廠房、調壓室及高壓開關站等。隧洞進口形式為洞式，孔口尺寸為11.5m×10m，地下廠房192m，寬26m。

二灘工程于1991年9月14日正式開工，1993年11月26日截流，1997年11月試運行，1998年10月第一臺機組發(fā)電，2000年竣工。(二)第二級蓄水樞紐

第二級水利樞紐以丹江口水利樞紐為原型按1:160比例制作，丹江口水利樞紐位于長江最大支流漢江的中游丹江口市境內，是漢江上最大的水利工程，也是20世紀60年代我國最壯觀的水利工程，同時又是南水北調中線水源工程。樞紐的主要任務是防洪、灌溉、發(fā)電、航運和養(yǎng)殖。主要水工建筑物包括：擋水建筑物、泄水建筑物、水電站建筑物、通航建筑物等。1．擋水建筑物

擋水建筑物由三種壩型組成：河床段為寬縫重力壩，岸壩段為實體重力壩和土石壩。原型壩總長2494米，其中混凝土壩長1141米，最大壩高97米，壩頂高程162米，最終大壩壩頂高程將達到175m?？値烊?09億立方米。左岸土石壩全長1223米，最大壩高56米，右岸土石壩長130米，最大壩高32米。因受模型的限制，為達到良好的演示效果，模型將表孔和深孔壩段各縮短了一定長度，表孔與深孔在數(shù)量上也作了相應的減少。2．泄水建筑物

泄水建筑物包括泄洪深孔和溢流壩兩部分。泄洪深孔設在8至13壩段，原型長度144米，孔口尺寸寬5米，高6米，共12孔。溢流壩段布置在河床中部14至24壩段，共長264米，每壩段設兩個開放式溢流孔，共20孔，孔寬8.5米，單孔最大泄流量為每秒2000立方米。溢流壩堰面曲線為WES曲線，閘門為平面閘門，采用挑流消能，挑流鼻坎的半徑為26.789m。3．通航建筑物由上游導航建筑物、垂直升船機、中間渠道、斜面升船機和下游引航道五部分組成。提升機起重能力為450t，最大提升高度45米，垂直升船機是一種使船只快速過壩的通航建筑物，與船閘相比它提升高度大、過壩時間短，適用于上下游水位差大，噸位小的船只。以由下至上通航為例，先將船只經下游引航道，航行至承船箱內通過提升機提升承船箱，至預定高度，經運行軌道水平過壩至上游水庫，再由提升機起吊下降至上游水面，船只駛出承船箱。

4．水電站建筑物：

水電站建筑物布置于25～32壩段，為壩后封閉式廠房，原型廠房全長174米，裝有6臺15萬千瓦，總裝機容量900MW，年均發(fā)電量約38億KW.h。主要建筑物包括：進口攔污棚、通氣孔、閘門、管道、廠房、開關站等。

丹江口水利樞紐于1958年9月開工興建，1967年11月下閘蓄水，1968年10月第一臺機組發(fā)電，1973年底完成現(xiàn)在的規(guī)模。目前正在進行加高處理。(三)第三級有壩引水樞紐

第三級有壩引水樞紐以韶山灌區(qū)為原型，按（1：120）比例制作。韶山灌區(qū)總灌溉面積為100萬畝，是我國唯一的，實際灌溉面積超過設計面積的灌區(qū)水利工程。主要作用是：抬高水位、引水灌溉、沖沙放水等，主要水工建筑物包括：攔河滾水壩、泄水沖沙閘、取水閘、船閘等。

1．攔河滾水壩

攔河滾水壩的作用是既擋水又泄水，抬高河道水位，保證足夠的取用量，保障供水，滾水壩面采取WES曲線，采用挑流消能。2．取水閘

取水閘的主要作用是取水灌溉、供水等。取水閘布置在河道的凹岸，其主要由進水渠、閘室控制段、消能防沖段、兩岸連接建筑物等組成。進水渠前布置有攔沙坎，主要作用為攔沙、防止泥沙進入水閘、減少水閘及渠道的淤積。引水渠的作用是保證水流能平順地進入閘室；閘室的作用是控制水位和流量；防沖消能段主要作用是減少過閘水流對下游河床的沖刷。3．船閘

船閘的主要作用是滿足通航要求。由上游引道、上閘首、閘室段輸水廊道、下閘首和下游引航道等組成。上下游引航道的主要作用是?？看唬惠斔鹊赖闹饕饔檬墙o閘室充水、放水。當船由下而上時，船進入閘室，關閉下游閘門，由輸水廊道開始給閘室充水；當閘室內水位與上游水位齊平時，停止閘室供水，打開上游閘，船出閘。4．泄水沖沙閘

本級水利樞紐中的泄水閘布置成深孔，兼有沖沙作用。由于河道右岸泥沙淤積較為嚴重，因此，交泄水沖沙閘布置在河道右岸，便于沖沙。水閘主要結構包括：防滲鋪蓋、閘室、消能防沖段、上部工作橋、交通橋、閘門啟閉機等，泄水沖沙閘在洪水期啟用。

第二篇：實驗一 陳列柜演示實驗

《 機械創(chuàng)新設計》陳列柜演示實驗

一、實驗目的：

1、通過機械創(chuàng)新設計陳列柜的演示，了解機械創(chuàng)新設計的基本原理與基本方法，啟迪創(chuàng)新思維，提高機械創(chuàng)新意識與創(chuàng)新設計能力。

2、了解機構創(chuàng)新設計的基本途徑與方法。

二、實驗設備

CQXG-10B多功能語音控制陳列柜

三、實驗原理

機械創(chuàng)新設計陳列柜是《機械創(chuàng)新設計》課程的“實物教材”，其內容以近3年出版的機械原理、機械設計、機械創(chuàng)新設計等方面的國家級優(yōu)秀教材和國外高校優(yōu)秀教材為基本依據，突出產品創(chuàng)造技法、原理方案創(chuàng)新、機構創(chuàng)新、結構方案創(chuàng)新和外觀設計創(chuàng)新。它由十個陳列柜組成，分別是：創(chuàng)新設計概述、創(chuàng)新思維方式、產品創(chuàng)造技法（1）、產品創(chuàng)造技法（2）、原理方案創(chuàng)新（1）、原理方案創(chuàng)新（2）、機構創(chuàng)新設計（1）、機構創(chuàng)新設計（2）、結構方案創(chuàng)新、外觀創(chuàng)新設計。機械創(chuàng)新設計語音控制柜，由微處理器控制的新型大容量語音芯片組成，設有遙控和手控兩種獨立操作，可實現(xiàn)遙控、手控該柜全部模型電機同時轉動。

四、簡述自己的體會

第三篇：用實物和模型演示概念抽象的實驗

用實物和模型演示概念抽象的實驗

由于中初學生尚處于身體生長發(fā)育階段，對客觀的實物概念從形態(tài)上理解比較清楚，而對看不見摸不著的微觀粒子概念理解卻是非常模糊，針對中學生的這一特點，我在實際教學中采用實物或模型進行演示。（1）例如：講分子之間有間隔時，取一支無橡膠帽的膠頭滴管，用蠟燭油將尖嘴堵塞，然后盛半滴的水并用紅墨水染成紅色，再往滴管中滴加酒精直至滴滿，會看到無色透明的酒精浮在紅墨水上方，然后用大拇指堵住滴管口，進行震蕩，將尖嘴處朝上靜置后會發(fā)現(xiàn)，尖嘴處有一段是空的，通過這個現(xiàn)象說明混合后的液體體積，比混合前的水和酒精體積之和要小，證明了分子之間有間隔。同時要驗證氣體、液體、固體分子之間的間隔大小，只靠教師講解，學生理解起來還是比較難的。例如：拿一支5ML的注射器，將活塞拉到5ML處，用大拇指堵住注射口，將活塞用力往里推，推至2ML左右處，結果發(fā)現(xiàn)活塞又彈回5ML處；而將注射器吸入5ML水，用大拇指堵住注射器口，將活塞用力往里推，結果發(fā)現(xiàn)活塞很難推動，由這兩個實驗現(xiàn)象對比，說明氣體分子間間隔大于液體分子間間隔，所以氣體易壓縮，液體不易壓縮，由此可知固體分子間間隔更小，更不易壓縮。（2）例如講水通電生成氫氣和氧氣，通過實踐，演示實驗，學生在客觀上很容易理解。水通電后，生成氫氣和氧氣體積比是2:1。任何客觀的物質都是由微觀粒子構成的，從微觀粒子分析，為什么生成的氫氣和氧氣體積之比是2:1？在教學過程中，我用分子實物模型進行試驗：拿兩個黑球和一個白球用短鐵棒連接，構成一個水分子模型，其中黑球表示氫原子，白球表示氧原子，發(fā)生化學變化時，1個水分子要破裂成2個氫原子和1個氧原子，2個氫原子可以構成1個氫分子，而1個氧分子由2個氧原子構成，還缺少1個氧原子；還需要做一個水分子模型，這樣，兩個水分子破裂，能提供2個氧原子，剛好構成1個氧分子，2個氫分子，也就是說水分子通電生成氫分子和氧分子的個數(shù)是2:1，而生成的氫氣是由許多氫分子構成的，氧氣是有許多氧分子構成的，因此從微觀上理解了客觀上的氫氣與氧氣體積之比是2:1.實驗在現(xiàn)實生活中有著非常重要性。例如：學生在做練習題時會遇到，硫酸鋇可做“鋇餐”進行檢查人體消化道是否有病變。硫酸鋇是白色固體，難溶性鹽，能做鋇餐,那么氯化銀、碳酸鋇也是白色固體，難溶性鹽能否做鋇餐？對于這樣的問題，可以采取先實驗檢驗，后進行理論分析的方法。取三支試管，編號分別為：1號，2號，3號試管，往三支試管中加入相同體積的硫酸鈉、氯化鈉、碳酸鈉，再分別滴加適量的氯化鋇、硝酸銀、氯化鋇，試管中出現(xiàn)三種白色固體，分別是硫酸鋇、氯化銀、碳酸鋇，將三種白色固體過濾、洗滌后，放在玻璃器皿上，放在陽光下暴曬一段時間，結果是硫酸鋇、碳酸鋇顏色無變化，而白色的氯化銀見光后，變成紫色并逐漸變成黑色，由于人體胃酸主要是鹽酸，為了證明三種白色固體是否與鹽酸反應，再分別往玻璃上滴加適宜的鹽酸，觀察到的現(xiàn)象是：硫酸鋇無變化，而碳酸鋇被溶解，并有氣泡產生，同時產生的氯化鋇可溶解出鋇離子，鋇離子有毒性，而氯化銀見光分解，顏色由紫變黑，這樣不便于吸收X光線，而硫酸鋇能吸收X光線，由于消化道管壁厚薄不同，硫酸鋇進入消化道會附著在消化道壁上，顯示出消化道輪廓，檢查消化道壁有無缺損、潰瘍，消化道器官有無腫瘤等病變，所以進行胃鏡檢查，通常選擇硫酸鋇作“鋇餐”主要原理在此。

第四篇：實驗一 典型環(huán)節(jié)的MATLAB仿真

實驗一

典型環(huán)節(jié)的MATLAB仿真

一、實驗目的

1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模塊的使用方法。2．通過觀察典型環(huán)節(jié)在單位階躍信號作用下的動態(tài)特性，加深對各典型環(huán)節(jié)響應曲線的理解。

3．定性了解各參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。

二、SIMULINK的使用

MATLAB中SIMULINK是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包。利用SIMULINK功能模塊可以快速的建立控制系統(tǒng)的模型，進行仿真和調試。

1．運行MATLAB軟件，在命令窗口欄“>>”提示符下鍵入simulink命令，按Enter鍵或在工具欄單擊按鈕，即可進入如圖1-1所示的SIMULINK仿真環(huán)境下。

2．選擇File菜單下New下的Model命令，新建一個simulink仿真環(huán)境常規(guī)模板。3．在simulink仿真環(huán)境下，創(chuàng)建所需要的系統(tǒng)。

圖1-1

SIMULINK仿真界面 圖1-2

系統(tǒng)方框圖

以圖1-2所示的系統(tǒng)為例，說明基本設計步驟如下：

1）進入線性系統(tǒng)模塊庫，構建傳遞函數(shù)。點擊simulink下的“Continuous”，再將右邊窗口中“Transfer Fen”的圖標用左鍵拖至新建的“untitled”窗口。

2）改變模塊參數(shù)。在simulink仿真環(huán)境“untitled”窗口中雙擊該圖標，即可改變傳遞函數(shù)。其中方括號內的數(shù)字分別為傳遞函數(shù)的分子、分母各次冪由高到低的系數(shù)，數(shù)字之間用空格隔開；設置完成后，選擇OK，即完成該模塊的設置。3）建立其它傳遞函數(shù)模塊。按照上述方法，在不同的simulink的模塊庫中，建立系統(tǒng)所需的傳遞函數(shù)模塊。例：比例環(huán)節(jié)用“Math”右邊窗口“Gain”的圖標。

4）選取階躍信號輸入函數(shù)。用鼠標點擊simulink下的“Source”，將右邊窗口中“Step”圖標用左鍵拖至新建的“untitled”窗口，形成一個階躍函數(shù)輸入模塊。

5）選擇輸出方式。用鼠標點擊simulink下的“Sinks”，就進入輸出方式模塊庫，通常選用“Scope”的示波器圖標，將其用左鍵拖至新建的“untitled”窗口。

6）選擇反饋形式。為了形成閉環(huán)反饋系統(tǒng)，需選擇“Math” 模塊庫右邊窗口“Sum”圖標，并用鼠標雙擊，將其設置為需要的反饋形式（改變正負號）。

7）連接各元件，用鼠標劃線，構成閉環(huán)傳遞函數(shù)。

8）運行并觀察響應曲線。用鼠標單擊工具欄中的“”按鈕，便能自動運行仿真環(huán)境下的系統(tǒng)框圖模型。運行完之后用鼠標雙擊“Scope”元件，即可看到響應曲線。

三、實驗原理

1．比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為

G(s)??Z2R??2??2Z1R1R1?100K,R2?200K

其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-3所示。

圖1-3 比例環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形

2．慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為

Z2R12????Z1R2C1?10.2s?1R2G(s)??R1?100K,R2?200K,C1?1uf

其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-4所示。3．積分環(huán)節(jié)(I)的傳遞函數(shù)為

G(s)??Z211????Z1R1C1s0.1sR1?100K,C1?1uf

其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-5所示。

圖1-5 積分環(huán)節(jié)的模擬電路及及SIMULINK圖形 圖1-4 慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形

4．微分環(huán)節(jié)(D)的傳遞函數(shù)為

G(s)??Z2??R1C1s??sZ1R1?100K,C1?10uf C2??C1?0.01uf

其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-6所示。

圖1-6 微分環(huán)節(jié)的模擬電路及及SIMULINK圖形

5．比例+微分環(huán)節(jié)（PD）的傳遞函數(shù)為

G(s)??Z2R??2(R1C1s?1)??(0.1s?1)Z1R1C2??C1?0.01uf R1?R2?100K,C1?10uf其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-7所示。

6．比例+積分環(huán)節(jié)（PI）的傳遞函數(shù)為 R2?1Z2C1s1G(s)??????(1?)R1?R2?100K,C1?10uf

Z1R1s

圖1-7 比例+微分環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-8所示。

圖1-8 比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形

四、實驗內容

按下列各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，建立相應的SIMULINK仿真模型，觀察并記錄其單位階躍響應波形。

① 比例環(huán)節(jié)G1(s)?1和G1(s)?2；

圖1-1 比例環(huán)節(jié)的模擬電路

② 慣性環(huán)節(jié)G1(s)?11和G2(s)? s?10.5s?1

③ 積分環(huán)節(jié)G1(s)?1s

圖3-1積分環(huán)節(jié)的模擬電路

④ 微分環(huán)節(jié)G1(s)?s

圖4-1微分環(huán)節(jié)的模擬電路

⑤ 比例+微分環(huán)節(jié)（PD）G1(s)?s?2和G2(s)?s?1

圖5-1比例+微分環(huán)節(jié)的模擬電路

⑥ 比例+積分環(huán)節(jié)（PI）G1(s)?1?1和G2(s)?1?1

s2s

圖6-1比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路

五、心得體會

⑥ 比例環(huán)節(jié)G1(s)?1和G1(s)?2；

圖1-1 比例環(huán)節(jié)的模擬電路

圖1-2 比例環(huán)節(jié)的仿真圖 11⑦ 慣性環(huán)節(jié)G1(s)?和G2(s)?

s?10.5s?1

圖2-1 慣性環(huán)節(jié)的模擬電路

圖2-2 慣性環(huán)節(jié)的仿真圖

⑧ 積分環(huán)節(jié)G1(s)?1s

圖3-1積分環(huán)節(jié)的模擬電路

圖3-2積分環(huán)節(jié)的仿真圖

4微分環(huán)節(jié)G(s)?s ○1

圖4-1微分環(huán)節(jié)的模擬電路

圖4-1微分環(huán)節(jié)的仿真圖

5比例+微分環(huán)節(jié)（PD）G(s)?s?2和G(s)?s?1 ○

圖5-1比例+微分環(huán)節(jié)的模擬電路

圖5-2比例+微分環(huán)節(jié)的仿真圖

⑥ 比例+積分環(huán)節(jié)（PI）G1(s)?1?1s和G2(s)?1?12s

圖6-1比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路

圖6-2比例+積分環(huán)節(jié)的仿真圖

心得體會：

通過對一些電路圖的仿真，初步了解了SIMULINK功能模塊的使用方法，熟悉MATLAB桌面和命令窗口，同時對各種典型環(huán)節(jié)響應曲線有了更深刻的理解，初步知道了各參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。

第五篇：實驗一 典型環(huán)節(jié)的MATLAB仿真

實驗一

典型環(huán)節(jié)的MATLAB仿真

一、實驗目的

1．熟悉MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模塊的使用方法。2．通過觀察典型環(huán)節(jié)在單位階躍信號作用下的動態(tài)特性，加深對各典型環(huán)節(jié)響應曲線的理解。

3．定性了解各參數(shù)變化對典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性的影響。

二、SIMULINK的使用

MATLAB中SIMULINK是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包。利用SIMULINK功能模塊可以快速的建立控制系統(tǒng)的模型，進行仿真和調試。

1．運行MATLAB軟件，在命令窗口欄“>>”提示符下鍵入simulink命令，按Enter鍵或在工具欄單擊按鈕，即可進入如圖1-1所示的SIMULINK仿真環(huán)境下。

2．選擇File菜單下New下的Model命令，新建一個simulink仿真環(huán)境常規(guī)模板。3．在simulink仿真環(huán)境下，創(chuàng)建所需要的系統(tǒng)。

圖1-1

SIMULINK仿真界面 圖1-2

系統(tǒng)方框圖

以圖1-2所示的系統(tǒng)為例，說明基本設計步驟如下：

1）進入線性系統(tǒng)模塊庫，構建傳遞函數(shù)。點擊simulink下的“Continuous”，再將右邊窗口中“Transfer Fen”的圖標用左鍵拖至新建的“untitled”窗口。

2）改變模塊參數(shù)。在simulink仿真環(huán)境“untitled”窗口中雙擊該圖標，即可改變傳遞函數(shù)。其中方括號內的數(shù)字分別為傳遞函數(shù)的分子、分母各次冪由高到低的系數(shù)，數(shù)字之間用空格隔開；設置完成后，選擇OK，即完成該模塊的設置。

3）建立其它傳遞函數(shù)模塊。按照上述方法，在不同的simulink的模塊庫中，建立系統(tǒng)所需的傳遞函數(shù)模塊。例：比例環(huán)節(jié)用“Math”右邊窗口“Gain”的圖標。

4）選取階躍信號輸入函數(shù)。用鼠標點擊simulink下的“Source”，將右邊窗口中“Step”圖標用左鍵拖至新建的“untitled”窗口，形成一個階躍函數(shù)輸入模塊。

5）選擇輸出方式。用鼠標點擊simulink下的“Sinks”，就進入輸出方式模塊庫，通常選用“Scope”的示波器圖標，將其用左鍵拖至新建的“untitled”窗口。

6）選擇反饋形式。為了形成閉環(huán)反饋系統(tǒng)，需選擇“Math” 模塊庫右邊窗口“Sum”圖標，并用鼠標雙擊，將其設置為需要的反饋形式（改變正負號）。

7）連接各元件，用鼠標劃線，構成閉環(huán)傳遞函數(shù)。

8）運行并觀察響應曲線。用鼠標單擊工具欄中的“”按鈕，便能自動運行仿真環(huán)境下的系統(tǒng)框圖模型。運行完之后用鼠標雙擊“Scope”元件，即可看到響應曲線。

三、實驗原理

1．比例環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為

G(s)??Z2R??2??2Z1R1R1?100K,R2?200K

其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-3所示。

圖1-3 比例環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形

2．慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為

Z2R12????Z1R2C1?10.2s?1R2G(s)??R1?100K,R2?200K,C1?1uf

其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-4所示。3．積分環(huán)節(jié)(I)的傳遞函數(shù)為

G(s)??Z211????Z1R1C1s0.1sR1?100K,C1?1uf

其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-5所示。

圖1-5 積分環(huán)節(jié)的模擬電路及及SIMULINK圖形 圖1-4 慣性環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形

4．微分環(huán)節(jié)(D)的傳遞函數(shù)為

G(s)??Z2??R1C1s??sZ1R1?100K,C1?10uf C2??C1?0.01uf

其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-6所示。

圖1-6 微分環(huán)節(jié)的模擬電路及及SIMULINK圖形

5．比例+微分環(huán)節(jié)（PD）的傳遞函數(shù)為

G(s)??Z2R??2(R1C1s?1)??(0.1s?1)Z1R1C2??C1?0.01uf R1?R2?100K,C1?10uf其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-7所示。6．比例+積分環(huán)節(jié)（PI）的傳遞函數(shù)為

ZG(s)??2??Z

1R2?1C1s1??(1?)R1?R2?100K,C1?10uf

R1s圖1-7 比例+微分環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形其對應的模擬電路及SIMULINK圖形如圖1-8所示。

圖1-8 比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路及SIMULINK圖形

四、實驗內容

按下列各典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，建立相應的SIMULINK仿真模型，觀察并記錄其單位階躍響應波形。

① 比例環(huán)節(jié)G1(s)?1和G1(s)?2；

圖2-1 比例環(huán)節(jié)的模擬電路

圖2-2比例環(huán)節(jié)SIMULINK仿真模型

② 慣性環(huán)節(jié)G1(s)?11和G2(s)? s?10.5s?1

圖3-1慣性環(huán)節(jié)模擬電路

圖3-2慣性環(huán)節(jié)SIMULINK仿真模型

③ 積分環(huán)節(jié)G1(s)?1s

圖4-1積分環(huán)節(jié)的模擬電路

圖4-2積分環(huán)節(jié)SIMULINK仿真模型

④ 微分環(huán)節(jié)G1(s)?s

圖5-1微分環(huán)節(jié)的模擬電路

圖5-2微分環(huán)節(jié)SIMULINK仿真模型

⑤ 比例+微分環(huán)節(jié)（PD）G1(s)?s?2和G2(s)?s?1

圖6-1比例+微分環(huán)節(jié)的模擬電路

圖6-2比例+微分SIMULINK仿真模型

⑥ 比例+積分環(huán)節(jié)（PI）G1(s)?1?1和G2(s)?1?1

s2s

圖7-1比例+積分環(huán)節(jié)的模擬電路

圖7-2比例+積分SIMULINK仿真模型

五、心得體會

通過這次接觸MATLAB,真正的體會到了它強大的數(shù)值計算和符號計算功能，以及強大的數(shù)據可視化、人際智能交互能力。該工具主要處理以傳遞函數(shù)為主要特征的經典控制和以狀態(tài)空間為主要特征的現(xiàn)代控制中的主要問題，它能夠使圖形生動形象的展現(xiàn)給我們，使理解更深刻。