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。