运算机仿真技术上机实验指导书.docx

运算机仿真技术上机实验指导书.docx

《运算机仿真技术上机实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《运算机仿真技术上机实验指导书.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

运算机仿真技术上机实验指导书

运算机仿真技术

张兴华郝飞

南京工业大学

2005年2月5日

实验1．MATLAB应用基础（矩阵运算）与编程（M函数）（4学时）

一．实验目的

1．通过实验熟悉MATLAB软件的组成及工作原理；

2．把握利用MATLAB软件进行矩阵运算的一样语句；

3．了解M函数（M-function）的编写、运行的方式和特点；

二．实验内容

1．在MATLAB提示符下健入demo命令执行MATLAB的演示程序,从中能够了解ABTLAB及其工具箱的工能和特色。

注：

通过观看子目录Matlab\Matrics、\Graphics和\Language下的例子了解Matlab的矩阵运算、画图和Matlab语言的数据结构和程序风格。

2．将下面和两个矩阵都输入到MATLAB工作空间中,并将这两个矩阵的内容都旋转

将得出什么结果,试用笔算的方式查验是不是正确

计算出其中A矩阵的各类范数、秩、迹、行列式、特点值与特点向量、特点多项式、逆矩阵（或伪逆矩阵）、特点多项式、奇异值、条件数等，再看看上面的各类分析哪一种能够应用于B矩阵，哪个不能，试说明缘故

注：

对应的matlab函数的利用，可由help命令来了解其利用方式，如要了解如何求范数用helpnorm等。

3.求解下面的线性代数方程，并将解代回原方程查验结果

求解Lyapunov方程中的X矩阵，并查验结果

其中

更一样的Lyapunov方程的数学表示为

其中A和C与前面的一致，而B矩阵为

试求解此方程，并查验得出的结果是不是正确。

4.在

函数的曲线，试再用其它二维图形绘制语句,如line（）,stairs（）与Stem（）相应的命令绘制出那个二维曲线图，并观看结果,看看你可否改变所绘制曲线的顔色线宽，或从绘制的图形上消去所绘制的曲线。

5.观看函数step（）和impulse（）函数的挪用格式，假设系统的传递函数模型为（假设你以前没有接触过操纵系统理论式传递函数的概念，也不妨一试）

若是你利用step（）函数，你能够用几种方式绘制出系统的阶跃响应曲线?

碰运气。

三．实验报告

1．列出MATLAB支持的要紧数据结构，MATLAB变量的运算和操纵流程语句；

2．将上述5道题目的实验结果整理誊写，并粗略绘制相应的图表曲线；

3．对实验中感爱好的现象进行分析、讨论。

四．注意事项

1．有部份题目利用到了绘制二维图形的命令，需要自行预习这些内容；

2．求解Lyapunov方程时，需要利用专门编写的函数。

实验2．操纵系统模型的成立和分析（4学时）

一．实验目的

1．通过实验，熟悉操纵系统模型的成立进程，把握成立系统模型的大体方式；

2．熟悉并把握操纵系统的时域、频域分析的经常使用方式。

3．了解操纵系统的PID操纵器的大体设计方式。

二．实验内容

1．在MATLAB环境中输入下面的系统模型

假设前面例子中所有的模型均为开环模型，并假设第个模型都有单位负反馈结构，请用MATLAB语言求出系统的闭环模型，并求出开环和闭环系统的零点和极点。

2．假设描述系统的常微分方程为

，请选择一组状态变量，将此方程在MATLAB工作空间中表示出来,若是想取得系统的传递函数和零极点模型，咱们如何求取?

得出的结果又是如何的？

试给出说明。

3．假设系统的对象模型为

那个操纵器与对象模型进行串联连接，假定整个闭环系统是由单位负反馈组成的，请求出闭环系统的传递函数模型，并求出该模型的各类状态方程的标准型实现。

同时写出开环和闭环系统的零极点模型表示。

4．假设系统由两个模块

和

串联连接而成，已知

且

假假想求出总系统的状态方程模型，请在MATLAB下比较下面两种方式将有何不同结果：

（a）将两个传递函数模型进行串联连接，然后求出整个系统的状态方程模型。

（b）求出两个模型的状态方程表示，然后求出整个系统的状态方程模型。

给出状态方程模型，请判定系统的稳固性，并用Lyapunov方程查验所得的结果，写出系统的Routh表和Hurwitz矩阵，用这些结果再判定系统的稳固性

（c）请判定系统的可控性和可观测性，并写出系统的可控和可观阶梯标准型。

5．求出下面自治系统状态方程的解析解

，

6．请绘制下面传递函数模型的单位阶跃响应曲线

7．请绘制出下面系统模型的Nyquist图、Bode图和Nichols图

三．实验报告

1．列出系统的三种典型模型（持续/离散）：

传递函数、零极点增益、状态空间，及其各类模型之间的转换语句；操纵系统模型的稳固性分析、时域分析、频域分析经常使用方式；

2．将上述7道题目的实验结果整理誊写，并粗略绘制相应的图表曲线；

3．对实验中发觉的问题进行分析、讨论。

四．注意事项

1．关于PID操纵器的设计，需要利用到专用的函数命令，需要自行预习这些内容；

2．请翻阅《自动操纵原理》教材，温习相关概念（比如Nyquist图、Bode图和Nichols图的概念）。

实验3操纵系统的设计和时域仿真（4学时）

一．实验目的

1．了解操纵系统的运算机辅助设计的经常使历时域和频域方式；

2．通过认真分析相关Simulink仿真实例，明白得运算机的时域仿真和辅助设计的大体原那么方式；

3．进一步明白得，并熟练把握串联超前滞后补偿器和状态反馈操纵器的设计方式。

二．实验内容

（一）串联超前滞后补偿器的设计

1．假设系统的对象模型为

并已知咱们能够设计一个操纵器为

请观看在该操纵器下系统的动态特性，比较原系统和校正后系统的幅值和相位裕量，并给出进一步改良系统性能的建议。

2．给下面对象的传递函数模型

 （a）           

（1）设计出超前——滞后校正器，使得校正后系统具有所期望的相位裕量和剪切频率，修正期望的指标来改良闭环系统的动态性能，并由闭环系统的阶跃响来验证操纵器。

（2）成立上述两系统的闭环操纵的Simulink仿真模型，观测其单位阶跃响应输出曲线，并保留输出响应数据。

（二）状态反馈操纵器的设计

1．假设系统的状态方程模型为

（1）请求出系统所有的零点和极点；

（2）若是咱们想将其极点配置到

，请按状态的反馈的方式设计出操纵器实现闭环极点的配置；

（3）若是你想再进一步改良闭环系统的动态响应，那么能够修正期望闭环极点的位置，然后进行从头设计。

设计完成后再设计出基于观测器的调剂器和操纵器，并分析新的闭环系统的性能。

三．实验报告

1．列出的大体设计步骤、经常使用辅助分析方式和相关的用户自概念函数；

2．将上述3道题目的实验结果整理誊写，并粗略绘制相应的图表曲线；

3．对实验中发觉的问题进行分析、讨论。

四．注意事项

1．进行本实验时，要认真明白得串联超前滞后补偿器和状态反馈操纵器的设计参数要求；

2．有鉴于本实验涉及的概念很有难度，请翻阅《自动操纵原理》和《现代操纵理论》教材，温习串联超前滞后补偿器和状态反馈操纵器的相关概念。

LTI系统的MATLAB辅助设计与仿真（4学时）

一．实验目的

1．通过认真分析相关实例，认真解决下面的例题，明白得和把握PID操纵器参数的整定方式；

二．实验内容

PID操纵器的设计

1．应用不同的算法给下面各个模型设计PID（式PI）操纵器，并比较各个操纵器下闭系统的性能

2．用各类方式对下面各个对象模型作带有延迟的一阶近似，并应历时域和频域技术比较如此的近似和原模型的接近程度

3．若是对象模型含有纯时刻延迟环节，试成立起对PID操纵策略进行仿真的Simulink模型，并给下面各个对象模型设计PID操纵器，然后用成立的Simulink模型对之进行仿真分析，将结果与由

近似得出的似仿真结果进行比较

三．实验报告

1．列出的的大体步骤、经常使用辅助分析方式和相关的用户自概念函数；

2．将上述3道题目的实验结果整理誊写，并粗略绘制相应的图表曲线；

3．对实验结果中的图表曲线进行深切的分析讨论。

四．注意事项

1．进行本实验时，要认真明白得器参数整定的大体要求和经常使用方式；

2．本实验涉及的PID操纵概念在《进程操纵》课程中也有重点的介绍，请适当翻阅相关教材，在实验前做好预习。