计算机仿真技术实验指导书.doc

计算机仿真技术实验指导书实验一 状态空间模型的仿真一、实验目的通过实验，学习4阶龙格-库塔法的基本思路和计算公式，加深理解4阶龙格-库塔法的原理和稳定域。加深理解仿真的稳定性，仿真步长对仿真精度的影响。二、实验内容1、线性定常系统；2、非线性系统其中：r=0.001, a=210-6, s=0.01, b=110-6, x(0)=12000, y(0)=600。三、实验原理运用SIMULINK仿真工具进行实验。四、实验设备和仪器微型计算机、MATLAB软件。 五、实验方法运行MATLAB，在MATLAB窗口中按SimuLink按钮，启动SimuLink库浏览器，在浏览器窗口上选create a new modem命令，得到一个空模型，从Library: SimuLink窗口中找到需要的模块，将这些模块拖到空模型窗口中。将空模型窗口中的排好，并按要求连接。在保存好的模型窗口中，选SimulationParamters命令设置各模块的参数和仿真参数。给模型取一个名字，保存起来。选SimulationStart命令，进行仿真。六、实验报告1、所采用方法的基本思路和计算公式。2、仿真步骤及说明。3、仿真过程及仿真结果分析要点：（1）学习4阶龙格-库塔法的基本思路和计算公式；（2）为了保证仿真的稳定,分析线性定常系统,其最大仿真步长为多少?4、实验的心得体会。实验二 小功率随动系统的仿真一、实验目的掌握时域离散相似法仿真模型在SIMULINK中的实现方法，学习含有非线性环节的控制系统的仿真方法，加深理解离散相似法的原理及特点。计算线性系统开环切割频率及过度过程时间的估计值（5%），并按离散相似法选择仿真步长的原则预先选择仿真步长。考虑回环特性时，计算系统的自激振荡频率和振荡的幅值。二、实验内容-Y R +G1(s)G2(s)G3(s)G4(s)1、线性系统已知一个小功率随动系统，其结构如下图其中，仿真R(t)=101(t)作用下，输出Y(t)的跟踪过程。2、非线性系统 考虑在上述线性系统中第4个环节后有一个回环非线性环节，仿真R(t)=101(t)作用下，输出Y(t)的跟踪过程。 回环特性又称为环（间隙）特性。该特性如图1（a）所示。其数学表达式为（1）式中，为间隙宽度，K为输出特性的斜率，b为常数。当输入e(t)增大并超过之后，输出x(t)与输入e(t)成比例，随着输入量的增大输出量沿特性上升。当输入增大到某值后开始减小时，输出量则保持不变，直至输入量减小了2之后，输出量方沿特性下降。机械传动中的齿轮间隙是典型的回环特性。图1（b）表示具有这种特性的传动装置。回环特性的存在，会使系统稳态误差增大，相位滞后增大，系统暂态特性变坏，甚至使系统不稳定或产生自振荡，因此应消除或减弱它的影响。x (t)图1 回环特性三、实验原理运用SIMULINK仿真工具进行实验。四、实验设备和仪器微型计算机、MATLAB软件。 五、实验方法运行MATLAB，在MATLAB窗口中按SimuLink按钮，启动SimuLink库浏览器，在浏览器窗口上选create a new modem命令，得到一个空模型，从Library: SimuLink窗口中找到需要的模块，将这些模块拖到空模型窗口中。将空模型窗口中的排好，并按要求连接。在保存好的模型窗口中，选SimulationParamters命令设置各模块的参数和仿真参数。给模型取一个名字，保存起来。选SimulationStart命令，进行仿真。六、实验报告1、所采用方法的基本思路和计算公式。2、仿真步骤及说明。3、仿真过程及仿真结果分析要点：（1）计算线性系统开环切割频率及过度过程时间的估计值（5%）；（2）并按离散相似法选择仿真步长的原则预先选择仿真步长；（3）考虑回环特性时，计算系统的自激振荡频率和振荡的幅值。4、实验的心得体会。实验三 PID 控制器的设计与仿真一、实验目的掌握控制系统PID校正的一般方法，进一步体会各种校正对系统性能的影响，加深对PID控制器中各参数对系统性能影响的理解。二、实验内容一个角度跟踪系统如图所示R(s)C(s)其中可调放大系数K1=1，K2=800，滤波器时间常数TL=0.2224秒，伺服电机电机拖动系统时间常数TM=0.2秒。对该系统的校正前，后的动态特性进行仿真。基本要求设计一个PID调节器进行串联校正。要求校正后的系统满足指标：（1）幅值稳定裕度 G18dB（2）相角稳定裕度 g50（3）系统的跟踪误差Es0.002。三、实验原理运用SIMULINK仿真工具进行实验。四、实验设备和仪器微型计算机、MATLAB软件。 五、实验方法运行MATLAB，在MATLAB窗口中按SimuLink按钮，启动SimuLink库浏览器，在浏览器窗口上选create a new modem命令，得到一个空模型，从Library: SimuLink窗口中找到需要的模块，将这些模块拖到空模型窗口中。将空模型窗口中的排好，并按要求连接。在保存好的模型窗口中，选SimulationParamters命令设置各模块的参数和仿真参数。给模型取一个名字，保存起来。选SimulationStart命令，进行仿真。六、实验报告1、所采用方法的基本思路和计算公式。2、仿真步骤及说明。3、仿真过程及仿真结果分析要点：（1）学习PID控制器的理论方法；（2）画出校正前、后系统的Bode图，校正前、后系统的相角裕度，分析系统的稳定性。4、实验的心得体会。实验四 最小拍控制器的仿真一、实验目的掌握零阶保持器的原理，进一步体会采样周期与仿真步长之间的关系，加深对系统的连续部分和离散部分在仿真中处理方法的理解。二、实验内容已知一个系统如下图所示-Y R +D (z)Gh(s)G(s)其中 为离散控制器，Gh(s)是零阶保持器，G(s)=10/s，试分别作出这个系统在输入为r(t)=1(t)、2t下的响应曲线，取采样周期T=0.5。三、实验原理运用SIMULINK仿真工具进行实验。四、 实验设备和仪器微型计算机、MATLAB软件。 五、实验方法运行MATLAB，在MATLAB窗口中按SimuLink按钮，启动SimuLink库浏览器，在浏览器窗口上选create a new modem命令，得到一个空模型，从Library: SimuLink窗口中找到需要的模块，将这些模块拖到空模型窗口中。将空模型窗口中的排好，并按要求连接。在保存好的模型窗口中，选SimulationParamters命令设置各模块的参数和仿真参数。给模型取一个名字，保存起来。选SimulationStart命令，进行仿真。六、实验报告