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1、计算机仿真上机实训指导书计算机仿真上机实训指导书实训1：矩阵的建立和运算1.1实训目的1.1.1通过上机启动MATLAB软件，熟悉软件的界面和菜单；1.1.2掌握变量名的命名规则；1.1.3熟练矩阵的建立；1.1.4掌握矩阵的关系运算和掌握常用的矩阵运算指令；1.1.5熟悉文件的操作。1.2实训示例【例1-1】矩阵输入Time = 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X_Data = 2.32 3.43；4.37 5.98【例1-2】矩阵运算 g = 1 2 3 4；h = 4 3 2 1； s1 = g + h，s2 = g.*h，s3 = g.h，s4 = g.2，s5

2、= 2.h【例1-3】矩阵运算 A=2 0 1;1 3 2; B=1 7 1;4 2 3;2 0 1; M = A*B % 矩阵A与B按矩阵运算相乘X = A/B % A/B = A*B-1，即XB=A，求XY = BA % BA = B-1*A，即BY=A，求Y1.3实训练习1.3.1 练习数据和符号的输入方式，将前面的命令在命令窗口中执行通过。 1.3.2 输入A=7 1 5；2 5 6；3 1 5，B=1 1 1; 2 2 2; 3 3 3，在命令窗口中执行下列表达式，掌握其含义： A(2, 3) A(:,2) A(3,:) A(:,1:2:3) A(:,3).*B(:,2) A(:,3

3、)*B(2,:) A*B A.*B A2 A.2 B/A B./A。1.3.3 查找已创建变量的信息，删除无用的变量。 1.3.4 利用函数产生34阶单位矩阵和全部元素都是4.5的44阶常数矩阵。1.3.5 利用画图软件画一副画，存盘后，读入MATLAB工具空间，将它改名字改格式另存。实训2：数据和函数的可视化2.1实训目的2.1.1掌握二维平面图形绘制函数的应用；2.1.2掌握图形修饰及控制函数，能够使用这些函数对实验数据进行图表化处理，能够利用不同颜色、线条和模块绘制图形；2.1.3熟悉三维图形绘制函数的应用，了解三维曲面绘制函数。2.2实训示例例2-1程序运行结果【例2-1】把当前窗口分

4、成四个区域，用不同颜色的线和线条绘制sin(x), cos(x)，ex，log(x)的函数图形，并加入文字标示和网格。参考程序：x=0:0.01:pi;y1=x;y2=x.*x;y3=x.*sin(x);y4=exp(x);subplot(221);plot(x,y1,b-);title(x);grid onsubplot(222);plot(x,y2,m-.);title(x2);grid onsubplot(223);plot(x,y3,k:);title(xsin(x);grid onsubplot(224);plot(x,y4,r-);title(ex);grid on【例2-2】绘制

5、三维曲线，当x=sin(t)，y=cos(t)时，空间高度的函数为z=sin(t)cos(t)t，请表示该图形，并绘制网格线，对各轴加说明。例2-2 程序运行结果参考程序：t=0:pi/100:2*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=sin(t).*cos(t).*t;plot3(x,y,z);grid on;xlabel(x轴);ylabel(y轴);zlabel(z轴);2.3实训练习2.3.1 把当前窗口分成四个区域，用不同颜色的线和线条绘制，,的函数图形，并加入文字标示和网格。2.3.2 在极坐标中绘制函数，区间的曲线图。2.3.3 绘制该分段函数的图形 2.3.4 使用 M

6、ATLAB 画一个圆心在原点、半径等于10 的圆，并在圆周上依顺时钟方向取任意四点 A、B、C、D。2.3.5 请用 surf 指令画出下列函数的曲面图： 其中 x 在间共等切分为 21 点，y 在间共等切分为 21 点，所以，此曲面共有 2121=441 个点。 2.3.6一个空间中的椭球可以表示成下列方程式： 请使用任何你可以想到的方法，画出三维空间中的一个平滑的椭球，其中a = 3，b = 4，c = 8。2.3.7 画直径为30的球面，在同一个窗口，分别使用两种不同的光源和平滑处理，表示出光源点。2.3.8 某班计算机考试成绩，90分以上的同学有8人，80分至90分的同学有25人，70

7、分至80分的同学有15人，60分至70分的同学有12人，60分以下的同学有9人，请用图形表示，并让不及格的人数突出显示。实训3：编程操作3.1实训目的3.1.1掌握M文件的建立，熟悉M文件的调试3.1.2掌握if，switch，while，for几种程序流程语句4.1实训目的4.1.1掌握动态系统仿真的MATLAB建模及相关的模型运算指令；4.1.2掌握MATLAB在机电系统建模中的应用。4.2实训示例例：对下图4-1所示的质量-弹簧-阻尼机械系统，m=5kg，k=2N/m，c=0.1N/m.s-1，建立MATLAB状态空间模型。 图4-1参考程序：%对机械系统建立MATLAB状态空间模型m=

8、5;k=2;c=0.1;A=0,1;-k/m,-c/m;B=0,k/m; C=1,0;D=0;sys=ss(A,B,C,D)4.3实训练习4.3.1试用MATLAB语言表示图4-2所示系统。当分别以y=x2和f为系统输出、输入时的传递函数模型和状态空间模型。图中，。4.3.2试用MATLAB语言分别表示图4-3所示系统质量m1、m2的位移x1、x2对输入f的传递函数X2(s)/F(s)和X1(s)/F(s)，其中m1=12kg，m2=38kg，k=1000N/m，c=0.1N/m.s-1。图4-2 图4-3 实训5：系统时间响应及其仿真5.1实训目的5.1.1掌握数字仿真的基本方法5.1.2掌

9、握Matlab的用于仿真的主要函数及其应用5.1.3掌握采样控制系统仿真方法5.2实训示例例：系统阶跃响应编写一个简单的M文件，计算二阶动态系统的阶跃响应，值从0.1到1，且绘制出一簇阶跃响应曲线。二阶动态系统的数学模型如下： 分别设固有频率为1、2。参考程序：%progsy21.mw=1;y=zeros(200,1);i=1;num=w*w;for zeta=0.1:0.1:1 den=1,2*zeta*w,w*w; t=0:0.1:19.9; y(:,i)=step(num,den,t); i=i+1;endmesh(fliplr(y),120 30)zlabel(Y)ylabel(t)x

10、label(zeta)grid5.3实训练习5.3.1系统建模、模型转换及仿真用MATLAB语言表示图5-1所示系统的模型，并给出三种模型的具体表达；进行单位阶跃响应和周期为30s的方波响应。 图5-1实训6：系统频率响应及其仿真练习6.1实训目的掌握频域仿真的方法和主要的仿真指令。6.2实训示例例：系统频率特性分析已知单位负反馈系统的开环传递函数为 绘制当=5、30时系统的开环Bode图，计算幅值裕度、相位裕度，并分析对应闭环系统的稳定性；利用图形属性功能，在开环Bode图上，显示幅值裕度、相位裕度；绘制对应闭环系统的阶跃响应曲线，显示动态性能参数。参考程序： 教材中，例73、4、5的程序。

11、6.3实训练习系统分析图形用户界面使用练习已知单位负反馈系统的开环传递函数为 利用系统分析图形用户界面LTI View，分析系统的脉冲响应、阶跃响应和频率特性。实训7：控制系统的综合与校正7.1实训目的掌握控制系统的综合与校正的方法。7.2实训示例设液压速度控制系统如图7-1所示，其特征参数为rad/s，。所需的穿越频率为rad/s，试确定RC无源网络的时间常数T或转折频率，并求该速度控制系统的开环频率特性及阶跃响应曲线。 图7-1阀控液压马达速度控制系统方框图解：根据所需的穿越频率rad/s及速度开环增益，由式 可得 则图7-1所示的速度控制系统通过RC无源网络校正后的开环传递函数为该速度控

12、制系统的SIMULINK仿真模型如图7-2所示，取程序名：lt600.mdl图7-2 速度控制系统的SIMULINK仿真模型%开环伯德图程序num=20;den=conv(1,1,1/2002,0.2/200,1);sys=tf(num,den);bode(sys)图7-3 速度控制系统的仿真结果其开环频率特性及阶跃响应曲线如图7-3所示。由图7-3可知，校正后的速度控制系统的幅值裕度dB，相位裕度，穿越频率rad/s，系统稳定，但存在一定的稳态误差。7.3实训练习7.3.1试判断如下图7-4所示速度控制系统的稳定性，并选定适当的校正方法使本系统正常工作。要求采用MATIAB语言编程绘制校正前

13、后的系统Bode图，并进行动态响应的时域仿真。（图7-5为该系统方块图）图7-4系统原理图图7-5系统方块图实训8：SIMULINK动态仿真8.1实训目的8.1.1熟悉主要模块库中的模块；8.1.2熟悉Simulink仿真框图的绘制方法，初步掌握常用模块的参数设置方法。8.2实训示例例：有初始状态为0的二阶微分方程, 其中u(t)是单位阶跃函数，试建立系统模型并仿真。参考建模：用积分器直接构造求解微分方程的模型。8.3实训练习8.3.1系统的频率响应演示按图8-1所示框图，构造Simulink仿真框图，改变输入正弦信号的频率进行频率响应演示。改变系统的前向通道中的传递函数进行频率响应分析。图8

14、-1 绘出自己绘制的仿真框图，并附上仿真的结果； 分析频率响应的特点。8.3.2曲柄滑块机构的运动学仿真（参考教材第199页）图8-2所示为一标有连接件编号和位置角度的曲柄滑块机构示意图。连杆的长度r2、r3已知，曲柄输入角速度或角加速度已知。图8-2曲柄滑块机构简图 实训要求: (1)构造Simulink仿真框图，并附上编写的程序和仿真的结果；(2)如果将simulink模型中的示波器改为TO workspace 模块，其他参数不变，分别绘制滑块位移曲线、滑块速度运动曲线。8.3.3直流电动机闭环调速系统框图仿真已知晶闸管直流电动机单闭环调速系统的动态结构图，如下图8-3所示。其中，电枢电阻Ra0.5，系统主电路总电阻R1，额定磁通下的电机电动势转速比Ce0.1925V.min/r，电枢回路的电磁时间常数Ta0.017s，系统运动部分飞轮矩相应的机电时间常数Tm0.075s，系统测速反馈系数Kt0.01178V.s /min，整流触发装置的放大系数Ks44，三相桥平均失控时间Ts0.00167s，比例放大器的放大系数Kp10。图8-3直流电动机单闭环调速系统的仿真框图试绘制出该系统的单位阶跃响应曲线；将比例放大器改为比例积分调节器，它的两个系数T10.