matlab控制系统计算机仿真实验-完整版.doc

MALTAB仿真实验指导书实验一实验题目： 欧拉法&梯形法的MATLAB实现实验目的： 1.熟练掌握MATLAB的使用方法 2.牢记欧拉法、梯形法的计算过程 3.熟悉欧拉法、梯形法以及实现二阶动态响应的程序编写实验内容：已知被控对象的系数矩阵分别为A=-5 -2 -1 -0.5；4 0 0 0；0 2 0 0；0 0 1 0 B=1;0;0;0；C=0 0 0.25 0.5；D=0； 根据欧拉法、梯形法的递推公式，应用MATLAB语言编写相应的仿真程实验要求： 1.取计算步长，初值均为零，输入为阶跃信号，取，研究系统25秒的动态过程。 2.取计算步长，初值均为零，输入为阶跃信号，取，研究系统25秒的动态过程。实验算法：欧拉法递推公式： 梯形法的递推公式： 实验方法： 利用所学过数值积分方法（欧拉法、梯形法），通过MATLAB语言对给定的系统进行仿真实验步骤：1.了解并掌握基本数值积分的方法，即欧拉法、梯形法，并做比较，了解它们之间的联系与区别和优缺点，其中重点掌握梯形法。2.通过给定的系统，利用欧拉法、梯形法编写相应MATLAB语言，实现仿真，得出相应的仿真曲线。3.比较仿真实验结果，并得出结论。4.撰写实验报告。实验程序： 1.欧拉法 A=-5 -2 -1 -0.5;4 0 0 0;0 2 0 0;0 0 1 0;B=1;0;0;0;C=0 0 0.25 0.5;D=0;x0=0;0;0;0;% x0为状态变量的初值，此处以列向量表示；u=25;% u为输入向量；t0=0;% t0为仿真时间的起始时刻；tf=15;% tf为仿真时间的结束时刻；h=0.65;% h=0.01 h为仿真时所取的仿真步长；m=(tf-t0)/h;r,c=size(A);for i=1:m for j=1:r x(j)=x0(j)+h*(A(j,:)*x0+B(j,:)*u); end y(i)=C*x; x0=x; t(i)=i*h;endplot(t,y)grid ontitle(useEuler)2.梯形法A=-5 -2 -1 -0.5;4 0 0 0;0 2 0 0;0 0 1 0;B=1;0;0;0;C=0 0 0.25 0.5;D=0;x0=0;0;0;0;% x0为状态变量的初值，此处以列向量表示；u=25;% u为输入向量;t0=0;% t0为仿真时间的起始时刻；tf=15;% tf为仿真时间的结束时刻；h=0.65;% h=0.01 h为仿真时所取的仿真步长；m=(tf-t0)/h;r,c=size(A);for i=1:m for j=1:r x(j)=x0(j)+h*(A(j,:)*x0+B(j,:)*u); end x1=x; for k=1:r xx(k)=x0(k)+0.5*h*(A(k,:)*x0+B(k,:)*u)+(A(k,:)*x1+B(k,:)*u); end y(i)=C*xx; x0=xx; t(i)=i*h;endplot(t,y)grid ontitle(useLadder)实验报告要求： 1.书写实验报告，其中包括实验题目，实验目的，实验内容，实验要求，实验思路，实验方法，实验步骤，实验程序等。 2.将实验得出的仿真图画出，并进行比较。3.通过比较得出两种数值积分方法的不同以及优缺点。 实验二实验题目： 四阶龙格-库塔法的MATLAB实现实验目的： 1.熟练掌握MATLAB的使用方法 2.牢记四阶龙格-库塔法的计算过程 3.熟悉四阶龙格-库塔法以及实现二阶动态响应的程序编写实验内容：已知被控对象的系数矩阵分别为A=-5 -2 -1 -0.5；4 0 0 0；0 2 0 0；0 0 1 0 B=1;0;0;0；C=0 0 0.25 0.5；D=0； 根据四阶龙格-库塔法的递推公式，应用MATLAB语言编写相应的仿真程实验要求： 1.取计算步长，初值均为零，输入为阶跃信号，取，研究系统25秒的动态过程。 2.取计算步长，初值均为零，输入为阶跃信号，取，研究系统25秒的动态过程。实验算法： 四阶龙格-库塔法的递推公式： 实验方法： 利用所学过数值积分方法（四阶龙格-库塔法），通过MATLAB语言对给定的系统进行仿真实验步骤：1.了解并掌握基本数值积分的方法，即四阶龙格-库塔法，并与欧拉法、梯形法做比较，了解它们之间的联系与区别和优缺点，其中重点掌握梯形法和四阶龙格-库塔。2.通过给定的系统，利用四阶龙格-库塔法编写相应MATLAB语言，实现仿真，得出相应的仿真曲线。3.比较仿真实验结果，并得出结论。4.撰写实验报告。实验程序：龙格-库塔法A=-5 -2 -1 -0.5;4 0 0 0;0 2 0 0;0 0 1 0;B=1;0;0;0;C=0 0 0.25 0.5;D=0;x0=0;0;0;0;% x0为状态变量的初值，此处以列向量表示；u=25;% u为输入向量;t0=0;% t0为仿真时间的起始时刻；tf=15;% tf为仿真时间的结束时刻；h=0.65;% h=0.01 h为仿真时所取的仿真步长；m=(tf-t0)/h;for i=1:m K1=A*x0+B*u; K2=A*(x0+0.5*h*K1)+B*u; K3=A*(x0+0.5*h*K2)+B*u; K4=A*(x0+h*K3)+B*u; x=x0+(h/6)*(K1+2*K2+2*K3+K4); y(i)=C*x; x0=x; t(i)=i*h;endplot(t,y)grid ontitle(useRK)实验报告要求： 1.书写实验报告，其中包括实验题目，实验目的，实验内容，实验要求，实验思路，实验方法，实验步骤，实验程序等。 2.将实验得出的仿真图画出，并进行比较。3.通过比较得出三种数值积分方法的不同以及优缺点。实验三实验题目： 面向结构图的系统仿真实验目的：1. 进一步熟悉MATLAB语言的使用方法2. 熟悉连续系统结构图法的计算方法及步骤3. 掌握基于connect连接函数的系统仿真实验内容： 1. 在下图中，若各环节传递函数已知为G10(s)=0.212;列写联接矩阵W,W0和非零元素阵Wij，编写程序，求出y7响应曲线。2.运用connect连接函数对上面的结构图进行系统仿真，建立系统中间状态模型、连接矩阵Q,编写程序，并求出y7响应曲线。实验算法：四阶龙格-库塔法实验方法： 利用关联矩阵以及connect函数结合所学过的数值积分方法（四阶龙格-库塔法），通过MATLAB语言对给定的系统进行仿真。实验步骤： 1.了解并掌握利用关联矩阵以及connect函数建立面向结构图的系统仿真，了解这两种方法的优缺点。2.通过给定的系统，利用关联矩阵以及connect函数编写相应MATLAB语言，实现仿真，得出相应的仿真曲线。3.比较仿真实验结果，并得出结论。4.撰写实验报告。实验程序：p=1 0.01 1 0; 0 0.085 1 0.17; 1 0.01 1 0; 0 0.051 1 0.15; 1 0.0067 70 0; 1 0.15 0.21 0; 0 1 130 0; 1 0.01 0.1 0; 1 0.01 0.0044 0;WIJ=1 0 1; 2 1 1; 2 9 -1; 3 2 1; 4 3 1; 4 8 -1; 5 4 1; 6 5 1; 6 7 -0.212; 7 6 1; 8 6 1; 9 7 1;n=9;y0=1;yt0=0 0 0 0 0 0 0 0 0;h=0.01;T=0;T0=0;Tf=10;nout=7;A=diag(p(:,1);B=diag(p(:,2);C=diag(p(:,3);D=diag(p(:,4);m=length(WIJ(:,1);w0=zeros(n,1);w=zeros(n,n);for k=1:m if (WIJ(k,2)=0; w0(WIJ(k,1)=WIJ(k,3); else w(WIJ(k,1),WIJ(k,2)=WIJ(k,3); end;end;Q=B-D*w;Qn=inv(Q);R=C*w-A;V1=C*w0;Ab=Qn*R;b1=Qn*V1;Y=yt0;y=Y(nout);t=T0;N=round(Tf-T0)/h);for i=1:N k1=Ab*Y+b1*y0; k2=Ab*(Y+h*k1/2)+b1*y0; k3=Ab*(Y+h*k2/2)+b1*y0; k4=Ab*(Y+h*k3)+b1*y0; Y=Y+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6; y=y,Y(nout); T=T,t+h; t=t+h;end;T,y;plot(T,y)基于connect函数的仿真程序：nblocks=10;n1=1;d1=0.01 1;n2=0.17 1;d2=0.085 0;n3=1;d3=0.01 1;n4=0.15 1;d4=0.051 0;n5=70;d5=0.0067 1;n6=0.21;d6=0.15 1;n7=130;d7=1 0;n8=-0.1;d8=0.01 1;n9=-0.0044;d9=0.01 1;n10=-0.212;d10=1;blkbuild;Q=1 0 0; 2 1 9; 3 2 0; 4 3 8; 5