《計(jì)算機(jī)仿真報(bào)告》word版.doc

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中南大學(xué) 計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)一 MATLAB語(yǔ)言編程 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、熟悉Matlab語(yǔ)言及其環(huán)境，掌握編程方法。 2、要求認(rèn)真聽(tīng)取實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師講解與演示。 二、具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟、要求 1、運(yùn)行交互式學(xué)習(xí)軟件，學(xué)習(xí)MATLAB語(yǔ)言； 2、在MATLAB的命令窗口下鍵入如下命令： INTRO（注意：intro 為一個(gè)用MATLAB語(yǔ)言編寫的幻燈片程序，主要演示常用的MATLAB語(yǔ)句運(yùn)行結(jié)果。） 然后，根據(jù)現(xiàn)實(shí)出來(lái)的幻燈片右面按鈕進(jìn)行操作，可按START——NEXT——NEXT按鈕一步步運(yùn)行，觀察。 3、 自編程序并完成上機(jī)編輯，調(diào)試，運(yùn)行，存盤： （1）用MATLAB命令完成矩陣的各種運(yùn)算，例如： 求出下列運(yùn)算結(jié)果，并上機(jī)驗(yàn)證。 解：實(shí)驗(yàn)程序如下： function chengxu1 A=[11 12 13 14;21 22 23 24;31 32 33 34;41 42 43 44]; a1=A(:,1) a2=A(2,:) a3=A(1:2,2:3) a4=A(2:3,2:3) a5=A(:,1:2) a6=A(2:3) a7=A(:) a8=A(:,:) a9=ones(2,2) a10=eye(2) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下： (1) A(:,1)= (2) A(2,:)= (3) A(1:2,2:3)= (4) A(2:3,2:3)= (5) A(:,1:2)= (6) A(2:3)= (7) A(:)= (8) A(:,:)= (9) ones(2,2)= (10) eye(2)= (2)、繪制數(shù)學(xué)函數(shù)的圖形，例如： y(t)=1-2e-tsin(t) (0<=t<=8) 理解數(shù)組運(yùn)算與矩陣運(yùn)算功能。 解：根據(jù)題意編寫MATLAB程序如下： %繪圖程序如下： t=0:0.01:8; y=1-2*exp(1)-t.*sin(t) plot(t,y) 繪制函數(shù)圖形如下圖所示： 實(shí)驗(yàn)二 數(shù)值積分算法練習(xí)與函數(shù)調(diào)用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、理解數(shù)值積分法，熟練掌握MATLAB的函數(shù)調(diào)用。 二、實(shí)驗(yàn)題目 1、用Eular法求解初值問(wèn)題的數(shù)值解： 設(shè)方程如下： 取步長(zhǎng)，上機(jī)編寫程序求出數(shù)值解。 解：用MATLAB編程求解如下： %用Euler法求初值問(wèn)題的數(shù)值解 function FZSYZ1 t0=0; tf=1; x0=1; h1=0.1; t=[t0:h1:tf]; n=length(t); u=x0; uu(1)=u; for i=2:n du=u-2*t(i-1)/u; u=du*h1+u; uu(i)=u; end uu plot(t,uu) 得到的結(jié)果如下圖所示： 2、編寫MATLAB程序求解下列方程的數(shù)值解： 解：用MATLAB編程求解如下： %用ode23法求初值問(wèn)題的數(shù)值解 function xdot=fun21(t,x) xdot=x-t^2; function fzsy22 t0=0;tf=3;tol=1e-6; x0=1;trace=1; [t,x]=ode23(fun21,t0,tf,x0,tol,trace); plot(t,x) 得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示 3、試將（2-2）方程改為用Eular編程求解試比較用ode23求解結(jié)果 解：用MATLAB編程求解如下： %改用Euler法求初值問(wèn)題的數(shù)值解 function FZSYZ1 t0=0; tf=3; x0=1; h1=0.1; t=[t0:h1:tf]; n=length(t); u=x0; uu(1)=u; for i=2:n du=u-(t(i-1))^2; u=du*h1+u; uu(i)=u; end uu plot(t,uu) 得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示 4、 試將（2-1）方程改為用ode23算法調(diào)用函數(shù)求解，并試比較結(jié)果。 解：用MATLAB編程求解如下： function xdot=fun21(t,x) xdot=x-2*t./x; function fzsy22 t0=0;tf=1;tol=1e-6; x0=1;trace=1; [t,x]=ode23(fun21,t0,tf,x0,tol,trace); plot(t,x) 得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示： 5、利用ode23或ode45求解線性時(shí)不變系統(tǒng)微分方程，并繪制出曲線，式中 解：用MATLAB編程求解如下： function xdot=fun21(t,x) A=[-0.5 1;-1 -0.5]; xdot=A*x; function fzsy22 t0=0;tf=4;tol=1e-6; x0=[0;1];trace=1; [t,x]=ode23(fun21,t0,tf,x0,tol,trace); plot(t,x) 得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示： 6、求出與的單位階躍響應(yīng)，并分別求出狀態(tài)空間模型。 解：（1）的狀態(tài)空間模型求解如下： function shiyan2 b1=[2]; a1=[1 2 1]; sys=tf(b1,a1); step(sys); [A1,B1,C1,D1] = tf2ss(b1,a1) 求解可得： 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果如下圖所示： （2） 的狀態(tài)空間模型求解如下： function shiyan2 b1=[1]; a1=[2 3 3 1]; sys=tf(b1,a1); step(sys); [A1,B1,C1,D1] = tf2ss(b1,a1) 求解可得： 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果如下圖所示： 7、選做題一：已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為，求對(duì)應(yīng)的零極點(diǎn)模型，繪制系統(tǒng)階躍響應(yīng)。 解：由MATLAB編程求解如下： function shiyan2 b1=[200 400]; a1=[1 11 52 42]; step(b1,a1); [z,p,k] = tf2zp(b1,a1) 有上述程序求解可得： 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果如下圖所示： 實(shí)驗(yàn)三 控制工具箱與SIMULINK軟件應(yīng)用 1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、熟悉工具箱及其使用，進(jìn)行系統(tǒng)仿真分析，通過(guò)仿真對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正校驗(yàn)。 2、 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求 2、必須先復(fù)習(xí)教材及上課介紹的有關(guān)控制工具箱命令與SIMULINK仿真工具的使用，并對(duì)實(shí)驗(yàn)題目作好準(zhǔn)備。 3、 學(xué)會(huì)調(diào)出、運(yùn)行已由SIMULINK建立的仿真模型 1、仿真模型如下： 仿真圖形如下： 2、仿真模型如下： 仿真圖形如下： 實(shí)驗(yàn)四 數(shù)字控制系統(tǒng)仿真與綜合應(yīng)用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、 掌握用于離散系統(tǒng)的Matlab命令及數(shù)字控制系統(tǒng)仿真系統(tǒng)方法。應(yīng)用仿真對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析比較。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、實(shí)驗(yàn)題目與要求 若，若使用零階保持器將G(s)轉(zhuǎn)換成G(z)。采用周期T=0.1s，用仿真方法得出G(s)與G(z)的階躍響應(yīng)圖并進(jìn)行比較。 解：將連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)用下面的零階保持器法轉(zhuǎn)換成離散系統(tǒng)傳遞函數(shù)程序清單如下： function shiyan41 num=10;den=[1,7,10];ts=0.1; i=[0:35];time=i*ts; [n_zoh,d_zoh]=c2dm(nc,dc,ts); yc=step(nc,dc,time); y_zoh=dstep(n_zoh,d_zoh,36); [xx,yy]=stairs(time,y_zoh); plot(time,yc) hold on; plot(xx,yy) 程序結(jié)果如下： 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果如下圖所示： 2、 仿真研究與系統(tǒng)分析： ，采樣周期T=0.2s 1、采用零階保持器，將W1(s)轉(zhuǎn)換為W1(z)，串接一個(gè)計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)模型D(z)組成一個(gè)典型的數(shù)字反饋系統(tǒng)，當(dāng)采用最少拍設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)出來(lái)的。 分別用仿真算法得到系統(tǒng)在單位階躍輸入作用下的響應(yīng)，系統(tǒng)在單位速度輸入是的輸出響應(yīng)。 解：（1）首先將W1(s)轉(zhuǎn)換為W1(z)，采樣周期T=0.2s，程序清單如下： function shiyan42 num=[10];den=[0.005 0.15 1 0]; ts=0.2;[nc,dc]=c2dm(num,den,ts) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下： （2）運(yùn)行如下仿真程序可得結(jié)果如下： 3、 思考題 解：(1)將被控對(duì)象的傳遞函數(shù)G(s)離散化的程序如下： %將G(s)離散化的程序如下： function shiyan43 num=[10];den=[1 1 0]; ts=1;[nc,dc]=c2dm(num,den,ts) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下： 則離散化后的傳遞函數(shù) （2）運(yùn)行如下仿真程序可得結(jié)果如下：