(2)在simulink窗口，新建一个模型窗口。
(3)在模块库浏览器窗口中双击“Control System Toolbox”图标，即打开控制系统工具箱，并将其中的LTI模型拖动到新建的模型窗口中，共需要3个(可再拖动两次，也可以复制两个)，重新命名后分别作为Gc(s)、G(s)和H(s)的函数模块。由于H(s)是反向模块(即表示负反馈)，所以需选中该模块后，按快捷键（
(4)双击其中的Gc(s)模块，将出现设置模块参数对话框，将“LTI system variable”一栏中原来系统默认的传递函数修改为tf(4,[1,2,3,4])，同样把G(s)的传递函数修改为tf([1,-3]，[1，3])，H(s)的传递函数修改为tf(1，[0.01，1])。
(5)在模块库浏览器窗口中，双击Sources模块(信号源)，将其中的Step模块(阶跃信号)拖动到模型窗口；双击Math模块(数学运算)，将其中的Sum 模块(求和运算)拖动到模型窗口；双击Sinks模块(输出)，将其中的Scope模块(示波器)拖动到模型窗口。 并按图2—3连接好系统。
(6)选择模型窗口“Simulation”菜单中的“Star”命令，即可得到与图2-4完全一致的闭环系统阶跃响应曲线。 断开图2-3中H（s）模块左侧或右侧的连线，使其成为开环系统（如图2-5所示）。 （7）再进行仿真，即可得到如图2-6的开环系统阶跃响应曲线。 图2-3线形反馈控制系统仿真模型 图2-4 开环系统的阶跃响应曲线 2-5 线性反馈控制系统仿真模型 图2-6 开环系统的阶跃响应曲线
3
从这个例子可以看出，开环系统是稳定的，而闭环系统是不稳定的。因此，并不是所有的控制器和闭环结构都能够改善原系统的性能，事实上，如果控制器设计不当，则将使闭环系统的特性恶化。
2、完成下面直流伺服电机电枢控制系统仿真实验. （1）建立数学模型
直流伺服电机一般包括3个组成部分： · 磁极
电机的定子部分，有磁铁N-S极组成，可以是永久的磁铁(此类称为永磁式直流伺服电机)，也可以是由绕在磁极上的激磁线圈构成。 · 电枢
电机的转子部分，为表面上绕有线圈的圆柱形铁芯，线圈与换向片焊接在一起。 · 电刷
电机定子的一部分，当电枢转动时，电刷交替地与换向片接触在一起。
本节所介绍的直流伺服电机，其中激磁电流保持常数，而由电枢电流进行控制。这种利用 电枢电流对直流伺服电机的输出速度的控制称为直流伺服电机的电枢控制。如图2-7所示。 图2-7 电路原理图 其中，
· E定义为电枢电压(伏特)
a
· I定义为电枢电流(安培)
a
· R定义为电枢电阻(欧姆)
a
· L定义为电枢电感(亨利)
a
· E定义为反电动势(伏特)
b
· I定义为激磁电流(安培)
f
· θ定义为转轴角位移(弧度)
m
· T定义为电机产生的转矩(牛顿．米)
4
m
· Bm
定义为电机和反射到电机轴上的负载的等效粘滞系数(牛顿．米／弧度．秒)
-1
2
· J定义为电机和反射到电机轴上的负载的等效转动惯量(千克．米)
m
电机所产生的转矩T，正比于电枢电流I与气隙磁通Φ的乘积，即：
m
a
T＝KIn1aΦ (2-1)
m
而气隙磁通Φ又正比于激磁电流If，故式(11．4)改写为：
T＝KIn1aΦ＝KI(2-2)
m
a
电流I为常数，KIn1aΦ合并为一个常数K，称为电机力矩常数。电枢电流I的正负值即代表电机的正反转。
f
a
感应出与电机转轴角速度成正比的电压，称为反电动势，即：
E＝Kbω ＝Kbtmddθ (2-3)
b
m
其中，Kb称为反电动势常数。
电机的速度是由电枢电压E控制，应用基尔霍夫电压定律导出电枢电流的微分方程式为： L
a ta
ddI+RaIa+ Eb＝Ea (2-4)
电枢电流I产生的力矩，用来克服系统所含负载的惯性和摩擦，可得
a
a
J
m
22tm
ddθ+ Bm tmddθ＝T=KIa (2-5) （2）根据式(2-3)、式(2-4)、式(2-5)，在
图2-8 模型图
Smulink建立模型图（见图2-8）。
5
令R＝1、L＝0.2、K＝1、B＝0.1、J＝5、K=0.5，在时间1秒加入2伏特驱动电压由Scope模块输
a
a
b
m
m
出电枢电流波形和电机转速波形。
（3）假设所有变量的初始值都为零，对式(2-3)、式(2-4)、式(2-5)分别取拉普拉斯变换，可得下列方程式：
)()(ssKsEbbθ=
)()()()(sEsEsIRsLabaaa=++ (2-6)
)()()()(2sKIsTsBsJas==+θ
设电枢电压E（s）为输入变量，电机转轴角位置θ(s)为输出变量。重组式(2-6)可得电机系统的框图，反
a
电动势可以看作是一个与电机速度成比例的反馈信号，它增加了系统的有效阻尼(Damping)。上述直流伺服电机的传递函数为：
])([)()(2baaaaaKKBRsJRBLsJLsKsEs++++=θ (2-7)
依上述表示电机在Simulink中应用Transfer Fcn模块所建构的模型图如2-9所示。 图2-9 模型图
4、打印仿真结果曲线；
五、分析整理实验数据，写出实验报告。
6
实验三运动控制器的参数设定与GT-400运动控制卡的编程 一、 实验目的
1、认识X-Y运动控制平台的典型硬件结构，伺服（步进）电机的工作原理，掌握运动控制平台的工
作原理及GT-400型运动控制卡的运动程序设计。在Windows环境下编程使用动态连接库已与本台计算机桌面上的文件
2、 利用面向控制轴的控制命令、运动参数控制命令，其中包括通过P、I、D参数设定，速度、加
速度及位置参数设定，来实现GT-400 型运动控制卡两轴单动程序设计。
3、了解 Visual Basic 6.0编程语言程序设计环境，初步掌握Visual Basic 6.0编程语言面向对象的程序
