计算机仿真实验讲义

1、“控制工程基础”计算机仿真实验讲义实验目的熟悉典型系统的时域、频域特性；了解应用计算机工具分析线性系统的基本方法。Matlab基本特点Matlab（Matrix Laboratory）1980年前后，美国Moler博士后成立Mathworks软件开发公司，专门扩展改进Matalb最初用FORTRAN编写，现在的版本用C语言改写4.0版；windows平台下，现在比较新的版本是5.2版Matlab语言特点一切都是矩阵：数据的存储/输入/输出都是以矩阵为基础的，矩阵和其它变量不需要预先定义，如输入 A=1,0,1;1,0,0;2,1,0; B=1,0,2;2,1,1;1,0,1; C=A*BC =

2、 2 0 3 1 0 2 4 1 5inv(C)ans = 2 -3 0 -3 2 1 -1 2 0用户使用方便：交互方式，修改调试方便；称为演算纸型语言工具。M文件：Matlab可执行文件，采用文本方式，编程效率高，可读性极强；function plot_sin(xmin,xmax)x=xmin:min(0.01,(xmax-xmin)/100):xmax;plot(x,sin(x);% This is a demo 命令简单，丰富，易于扩展函数名定义几乎与数学描述一样，接近书写计算公式的思维方式，min(),max(),基本命令包括：数学函数，矩阵，数值方法，绘图，字符串，文件I/O等数百

3、条；扩充工具箱：控制系统，信号处理，神经网络，系统辨识，数据统计，高等数学方法，甚至数理逻辑，通讯等等。计算的高效、高可靠性图形、打印、联机帮助等功能齐全Matlab控制系统仿真基础系统仿真基本概念仿真：某些控制系统仿真/设计软件的不足：使用不方便（EISPACK），调用过程烦琐，维数指定困难，开放性差，辅助功能弱，等等。Mathematica（符号）和Matlab（工程应用）比较受欢迎。线性控制系统的传递函数描述 num=12,24,12,20; den=2 4 6 2 2;传递函数复杂时，应用多项式乘法函数conv等实现。控制系统的频域响应Bode图绘制函数：bode(SYS), 如：bo

4、de(num,den)；bode(1,0,1 2 1)；绘制出曲线m,p=bode(SYS, w)，返回数据但不绘制曲线；如m,p=bode(num,den,0:0.01:10)。控制系统的时域响应阶跃响应函数stepstep(SYS)；y,x=step(SYS,t)；y为系统在各个仿真时刻的输出所组成的向量；x为系统为可控标准型时选定的变量的时域响应数据，控制工程基础课程中不予考虑。系统稳定性分析，离散系统分析，等等动态仿真工具Simulink（1）实际工作中控制系统的复杂性，需要一种更简单直接的系统输入方法和分析手段。 图形输入概念：模块、拖放与联结 模块和子模块：定义的一些系统元件，子系

5、统，和输入输出设备；如，噪声输入模块，传递函数系统模块，信号发生器，示波器模块等等。 拖放：将需要的模块拖放到你定义的工作区内。 联结：用鼠标拖动，建立联结。 仿真参数选择 开始时间，结束时间，步长选择（变步长，定步长），算法选择（求解微分方程的一些典型算法，如：龙格库塔法等），精度，等等实验内容一阶惯性环节阶跃响应及频率特性 分别取以下几组参数，求系统阶单位阶跃输入时的响应时间常数、调整时间和系统转角频率。.K=1,T=10; 2).K=1,T=1; 3).K=1,T=0.1二阶系统阶跃响应及频率特性 分别就T=1和T=0.1，分别取0, 0.2, 0.5, 0.7, 1, 10时系统阶跃响

6、应的最大超调量、 峰值时间、调整时间、振荡次数，无阻尼自然频率。自构造高阶系统，分析其时频域特性。了解MATLAB的控制系统图形输入与仿真工具SIMULINK。观察典型系统时域响应。预习要求：熟悉Matlab基本函数命令，控制系统工具箱命令，控制系统基本概念实验报告附录1 Matalb常用控制系统仿真命令编程控制命令 if - Conditionally execute statements. else - IF statement condition. elseif - IF statement condition. end - Terminate scope of FOR, WHILE,

7、SWITCH and IF statements. for - Repeat statements a specific number of times. while - Repeat statements an indefinite number of times. break - Terminate execution of WHILE or FOR loop. switch - Switch among several cases based on expression. case - SWITCH statement case. otherwise - Default SWITCH s

8、tatement case. return - Return to invoking function. 基本绘图函数 plot - Linear plot. loglog - Log-log scale plot. semilogx - Semi-log scale plot. semilogy - Semi-log scale plot. polar - Polar coordinate plot. plotyy - Graphs with y tick labels on the left and right. axis - Control axis scaling and appear

9、ance. zoom - Zoom in and out on a 2-D plot. grid - Grid lines. box - Axis box. hold - Hold current graph. axes - Create axes in arbitrary positions. subplot - Create axes in tiled positions. legend - Graph legend. title - Graph title. xlabel - X-axis label. ylabel - Y-axis label. text - Text annotat

10、ion. gtext - Place text with mouse.时域分析函数 step - Step response. impulse - Impulse response. initial - Response of state-space system with given initial state. lsim - Response to arbitrary inputs. ltiview - Response analysis GUI. gensig - Generate input signal for LSIM. stepfun - Generate unit-step input.频域分析函数 bode - Bode plot of the frequency response. sigma - Singular value frequency plot. nyquist - Nyquist plot. nichols - Nichols chart. ltiview - Response analysis GUI. evalfr - Evaluate frequency response at g