计算机仿真实验报告

PAGEPAGE9目录实验一Matlab语言编程 1一. 实验目的 1二. 具体实验内容、步骤、要求： 1实验二数值积分算法及函数调用练习 3一． 实验目的 3二． 实验实例介绍： 3实验三控制工具箱与SIMULINK软件应用 9一． 实验目的 9二． 实验预习要求： 9三． 学会调出、运行已由SIMULINK建立的仿真模型。 9四． 实验设计题目与要求： 10

实验一Matlab语言编程实验目的熟悉Matlab语言及其编程环境，掌握编程方法要求认真听取实验指导老师讲解与演示具体实验内容、步骤、要求：运行交互式学习软件，学习Matlab语言在Matlab的命令窗口下输入如下命令：INTRO,然后根据显示出来的幻灯片右面按钮进行操作，可按START—>NEXT—>NEXT按钮，一步步运行，观察。自编程序并完成上机编辑、调试、运行，存盘。(1).用Matlab命令完成矩阵的各种运算，例如：求出下列运算结果，并上机验证。A(:,1)，A(2,:)，A(1:2,2:3)，A(2:3,2:3)，A(:,1:2)，A(2:3),A(:),A(:,:),ones(2,2),eye(2)

(2).绘制数学函数图形t=0:0.1:8;y=1-2*t.*sin(t);plot(t,y)理解命令文件和函数文件的区别，并自编函数文件并调用。学会通过Help,熟悉Matlab中为用户提供的功能各异的命令和函数。

实验二数值积分算法及函数调用练习实验目的理解数值积分算法，熟练掌握Matlab的函数调用。实验实例介绍：1.用Euler法求初值问题的数值解。设方程如下：（2-1式）t=[0,1]取步长h=0.1，名为FZSYZ1.M上机用如下程序名FZSYZ1.M可求出数值解。t0=0;t0=0;tf=1;x0=1;h1=0.1;t=[t0:h1:tf];n=length(t);u=x0;uu(1)=u;fori=2:ndu=u-2*t(i-1)/u;u=du*h1+u;uu(i)=u;endplot(t,uu,'b-')2.在Matlab中提供了现成的数值积分的函数，如ode1,ode23,ode45求解微分方程组，下面介绍ode23它为二阶/三阶的RKF法在MATLAB的ToolBox文件夹的MATLAB/funfun下的M文件，在此介绍其调用方法与应用例子如下：其中，系统函数名为描述系统状态方程的M函数的名称，该函数名在调用时应该用引号括起来（文件名字串）T0,tf为起始和终止时间X0系统初始状态变量的值（列向量）T01:控制解的精度。（缺省值为在ode23中）Trace:输出形式控制变量，非零则程序运行的每步都显示出来。T:输出参数返回积分的时间离散值（列向量）X0:输出参量，返回每个时间点值的解的列向量注意：系统函数的编写格式为固定的。Functionxdot=系统函数名（t,x）例如：若MATLAB求解初值问题的解，其方程如下：（2-2式）；x(0)=1;t=[03]第一步：编写如下程序：functionxdot=fun22(t,x)xdot=x-2*t/x并以fun21.m存盘第二步：编写如下程序并以fzsy22.m存盘t0=0;tf=1;tol=1e-6x0=1;trace=1;[t,x]=ode23('fun22',t0,tf,x0,tol,trace)plot(t,x,'g-.')第三步：在命令窗口中运行fzsy22即可求出x的解，并画出曲线，如下：图2-1Euler方程和ode23算法求解的解曲线3．实验具体内容、步骤、要求：运行交互式软件中函数调用，学习程序；试将（2-2）方程改为用Euler方程求解是比较用ode23求解结果。Euler法程序：t0=0;t0=0;tf=3;x0=1;h1=0.1;t=[t0:h1:tf];n=length(t);u=x0;uu(1)=u;fori=2:ndu=u-t(i-1).^2;u=du*h1+u;uu(i)=u;endplot(t,uu,'b-')图形如2-1所示试将（2-1）方程改为用ode23算法调用函数求解，并试比较结果。FFun22.m文件functionxdot=fun22(t,x)xdot=x-2*t/xFun22_.m文件t0=0;tf=1;tol=1e-6x0=1;trace=1;[t,x]=ode23('fun22',t0,tf,x0,tol,trace)plot(t,x,'g-.')图2-2Euler方程和ode23算法求解的解曲线利用ode23和ode45求解线性时不变系统微分方程并绘出y(t)的曲线。式中程序和解曲线分别如下：FF4.m文件functiondy=fun4(t,y)dy=[-0.5*y(1)+y(2);-y(1)-0.5*y(2)];f4_.m文件[t,y]=ode23('fun4',0,4,[1;1])plot(t,y,'b-')Fu.m文件functiondy=fu(t,y)A=[-0.51;-1-0.5];dy=A*[y(1);y(2)]fu_.m文件[t,y]=ode45(@fu,[04],[0;1]);plot(t,y,'g-.')用Ode23求解用Ode45求解图2-3分别用ode23和ode45求解的曲线5.求出与的单位阶跃响应，并分别求出状态空间模型。程序和图形分别如下：b=[002]b=[002]a=[121]gs=tf(b,a)step(gs)holdon[A,B,C,D]=tf2ss(b,a)b1=[0001]a1=[2331]gs1=tf(b1,a1)step(gs1)[A1,B1,C1,D1]=tf2ss(b1,a1)；;;;;图2-4G1(S)和G2(S)的单位阶跃响应曲线选做题一：已知系统传递函数为求对应的零极点模型，绘制系统阶跃响应。程序如下：a=200*[12]a=200*[12]poly2str(a,'s')b=conv([11],[11042])poly2str(b,'s')[z,p,k]=tf2zp(a,b)gs=zpk(z,p,k)gs1=tf(a,b)step(gs1)z=-2p=-5.0000+4.1231i-5.0000-4.1231i-1.0000k=200图形如2-5所示图2-5G(S)的单位阶跃响应曲线

实验三控制工具箱与SIMULINK软件应用实验目的熟悉工具箱及使用，进行系统仿真分析，通过仿真对系统进行校正校验。实验预习要求：必须先复习教材及上课介绍的有关控制工具箱命令与SIMULINK仿真工具的使用，并对实验题目做好准备。学会调出、运行已由SIMULINK建立的仿真模型。在打开MATLAB的窗口下，（1）输入SIMULINK或双击命令窗口工具栏左起第二个按钮（NEWSIMULINKMODEL）将会打开LibrarySIMULINK然后指向FILE菜单下拉菜单open调出fzsy31.mdl文件，然后再fzsy3.mdl文件的菜单观察并记录有关设置参数，然后指向Start下拉菜单单击一次观察输出图形。该仿真模型如下：图3-1模型一（2）按照下图修改上述仿真模型，观察分析系统输出。图3-2模型二图3-3模型一和二的系统响应曲线实验设计题目与要求：（1）参见题目要求，建立仿真模型，进行仿真试验与分析。然后，回答题目提出的问题。本习题介绍了滞后于超前补偿器在不稳定系统中的补偿作用。以双积分器为例:其补偿器有如下三种：Ⅰ、比例补偿器：Ⅱ、超前补偿器：Ⅲ、滞后补偿器：初步分析：绘制系统根轨迹图，并回答下列问题。①在第Ⅰ种情况下，系统能够稳定吗？增加的作用是什么？答：临界稳定，增加增加系统动态响应性能。②在第Ⅱ种情况下，系统能够稳定吗？增加的作用是什么？答：能稳定，增加减小系统超调，减小调节时间，增加系统快速性。③在第Ⅲ种情况下，系统能够稳定吗？增加的作用是什么？答：不能稳定，增加，系统发散，震荡频率和赋值增大。根轨迹图分别如下：图3-4第Ⅰ种情况下的系统根轨迹图图3-5第Ⅱ种情况下的系统根轨迹图图3-6第Ⅲ种情况下的系统根轨迹图上机实验：④设={0.1,0.5,1}，对上述每一种情况进行仿真，求得其阶跃响应。要求将这三种情况的闭环阶跃响应绘制在一张图中。分析该图，证明在初步分析过程中所得到的结论。每种情况中，仿真时间可为{10,50,5}。图3-4采用比例补偿器的系统阶跃响应图3-5采用超前补偿器的系统阶跃响应图3-6采用滞后补偿器的系统阶跃