华中科技大学matlabsimulink实验.docx
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华中科技大学matlabsimulink实验.docx
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华中科技大学matlabsimulink实验
实验报告
实验项目名称Simulink熟悉及其应用
所属课程名称系统仿真与matlab
实验日期
班级自动化1203
学号U201214514
姓名董鸣远
成绩
实验概述:
【实验目的及要求】
本部分的目的在于学习matlab中有关simulink的正确使用及其应用,包括:
simulink的基本使用、模型的建立、模型的复制剪切粘贴、命名等、线的基本使用、子系统的建立、属性的设置、参数的设置与应用、simulink仿真运行参数的设置等。
通过该实验,要求能够做到不查参考书,能熟练编写基本的simulink应用。
【实验环境】(使用的软件)
微机
WindowsXP
Matlab7.0
实验内容:
[1]建立如图1所示系统结构的Simulink模型,并用示波器(Scope)观测其单位阶跃和斜坡响应曲线。
图1
解:
模型为:
输入为单位阶跃:
单位阶跃响应曲线为:
输入为斜坡模型:
斜坡响应曲线:
[2]建立如图2所示PID控制系统的Simulink模型,对系统进行单位阶跃响应仿真,用plot函数绘制出响应曲线。
其中
=10,
=3,
=2。
要求PID部分用subsystem实现,参数
、
、
通过subsystem参数输入来实现。
图2
解:
Simulink模型为:
PID控制器子系统内部模型:
参数选择:
响应曲线:
FixedStep=0.01Solver:
ode5
使用plot函数绘制单位阶跃响应曲线:
[3]建立如图3所示控制系统的Simulink模型,并用示波器(Scope)观测其单位阶跃响应曲线。
图3
解:
Simulink模型为:
单位阶跃响应为:
VariableStep,Solver:
ode45
[4]建立如图4所示非线性控制系统的Simulink模型并仿真,用示波器观测c(t)值,并画出其响应曲线。
图4
解:
Simulink模型为:
C(t)响应曲线:
[5] 图5所示为简化的飞行控制系统、试建立此动态系统的simulink模型并进行简单的仿真分析。
其中,
,系统输入input为单位阶跃曲线,
。
图5
具体要求如下:
(1)采用自顶向下的设计思路。
(2)对虚线框中的控制器采用子系统技术。
(3)用同一示波器显示输入信号input与输出信号output。
(4)输出数据output到MATLAB工作空间,并绘制图形。
解:
Simulink模型为:
子系统为:
示波器观察input信号(黄色)和output信号(紫色):
在命令窗口输入指令plot(tout,simout),得到以下波形:
[6]图6所示为弹簧—质量—阻尼器机械位移系统。
请建立此动态系统的Simulink仿真模型,然后分析系统在外力F(t)作用下的系统响应(即质量块的位移y(t))。
其中质量块质量m=5kg,阻尼器的阻尼系数f=0.5,弹簧的弹性系数K=5;并且质量块的初始位移与初始速度均为0。
说明:
外力F(t)由用户自己定义,目的是使用户对系统在不同作用下的性能有更多的了解。
图6 弹簧-质量-阻尼器机械位移系统示意图
提示:
(1)首先根据牛顿运动定律建立系统的动态方程,如下式所示:
(2)由于质量块的位移
未知,故在建立系统模型时.使用积分模块Integrator对位移的微分进行积分以获得位移
,且积分器初估值均为0。
为建立系统模型.将系统动态方程转化为如下的形式:
然后以此式为核心建立系统模型。
解:
将已知数据代入微分方程得:
Simulink模型为:
四种作用下的输出分别为
【小结】
由于实验前对simulink的应用较少,我在刚上机时对matlab的这项功能还比较生疏。
由于界面是全英文的关系,在寻找控件时也要花一定的功夫。
simulink工具箱实际上是非常简单易用的,在完成了前两个试验后我便逐步掌握了simulink工具箱的使用方法。
需要注意的是,在实验三的仿真中,若选择不同的步长以及求解方法对仿真结果影响很大。
本人在实验三中选择了固定步长下的ode5求解法,产生的响应曲线如图所示。
然而,利用变步长法求得的响应曲线并不相同,而固定步长的部分求解法甚至在仿真时会因溢出而出错。
我对此并不能做出很好的解释,让我感到十分困惑。
Simulink的仿真功能可以很好地和自控原理中的知识联系起来,我们可以利用这项工具更好地学习其他课程,掌握simulink这一个工具是有着极大现实意义的。
希望在以后的学习中我能更好地了解matlab的各种特性让其为我所用。
。
指导教师评语及成绩:
评语:
成绩:
指导教师签名:
批阅日期:
说明:
1、将每一道题的程序、建立的模型放置在该题目下方;
2、小结部分为对本次实验的心得体会、思考和建议。
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- 关 键 词:
- 华中科技大学 matlabsimulink 实验