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基于matlab的系统仿真Simulink熟悉及其应用 上机实验报告

文章来源:www.biyezuopin.vip   发布者:毕业作品网站  

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

Windows XP

Matlab 7.0

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

a. 输入为阶跃信号时:

模型为

响应曲线:

b. 输入为斜坡信号时:

模型为

响应曲线为:

[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

模型为:

Subsystem:

输出曲线:

用plot 画图:

[3] 建求解非线性微分方程              的数值解并绘制函数的波形(x与x'的波形),其初始值为:

模型为

输出响应曲线:

[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

模型为:

输出响应曲线为:

[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。

模型为:

Subsystem:

输出响应为:

用plot画图:

[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。

四种输入:

输出响应曲线:

【小结】

在此次实验之前没有使用过simulink仿真,对于simulink的仿真也比较陌生。在实验过程中通过学习,逐渐掌握了这个功能强大的软件。能够熟练地使用simulink进行仿真在我们控制系统的分析上很有帮助,然后对于以后系统的建立和分析也很有帮助。即可以先用仿真软件帮助我们进行前期的分析。通过simulink获得的图形也很直观,相比于用代码进行模型的构建更为方便,效率也更高。

Simulink使用的都是离散的点,使用龙格库塔积分得到所有的点,虽然不是完全连续的点,但是精度已经足够。有些波形会出现锯齿的形状就可能是因为采样的间距不够小。还有simulink很多时候并不能完全分析复杂的系统,如果对一个整个的复杂系统进行分析工作量会很大。有时并不能完全用simulink仿真的结果进行分析。

在进行了这次实验之后,我也开始对自控原理课上的习题尝试过仿真,自己对相关的知识也有了更加深刻的理解。

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