matlab課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)課程名稱：MATLAB語言及系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)題目：MATLAB應(yīng)用及系統(tǒng)仿真 學(xué)院：電氣信息學(xué)院學(xué)系：電氣自動化研究所專業(yè)： 電氣工程及其自動化 年級：學(xué)號：姓名：指導(dǎo)老師：2012年6月30日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一本課程設(shè)計(jì)的目的（1）熟練掌握MATLAB的基本知識和技能，解決簡單系統(tǒng)的仿真問題；（2）掌握基本MATLAB的繪圖與GUI的設(shè)計(jì)方法；（3）掌握線性微分方程的求解方法及控制系統(tǒng)的分析方法；（4）掌握Simulink的模型建立和仿真方法；（5）理解電氣系統(tǒng)仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真和機(jī)構(gòu)系統(tǒng)仿真的應(yīng)用；（6）培養(yǎng)分析、解決問題的能力，提高實(shí)驗(yàn)報(bào)告和科技論文寫作能力。二課程設(shè)計(jì)的時間第

2、14周至16周，在第18周的周末(6月30日)前提交到課程網(wǎng)站上。三課程設(shè)計(jì)的任務(wù)應(yīng)用MATLAB和工具箱完成以下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真。1繪圖與GUI的設(shè)計(jì)；（20分）2利用Simulink建立以下的模型并進(jìn)行仿真分析：（40分）1）線性微分2）時域分析3）頻域分析4）誤差分析3工具箱的應(yīng)用；1）電氣系統(tǒng)仿真分析（8分）2）利用Stateflow實(shí)現(xiàn)簡單的計(jì)數(shù)器（8分）3）利用VR完成飛機(jī)圍繞摩天大樓作環(huán)形飛行；（8分）4）球體的變形仿真；（8分）5）建立平面四連桿連桿仿真模型。（8分）四課程設(shè)計(jì)的要求1. 系統(tǒng)軟件界面設(shè)計(jì)美觀，控件擺放整齊，通過菜單能打開相應(yīng)模型，并能進(jìn)行分析；2. 程序調(diào)試通

3、過后，完成程序文檔的處理，源代碼添加必要的注釋和功能說明；3. 粘貼所建立的模型圖，開始運(yùn)行的視圖和結(jié)束時的視圖(可粘多個用以說明操作過程或參數(shù)設(shè)置，每個圖的下方要有文字說明圖的標(biāo)題)；4. 寫出心得體會；5. 按照課程設(shè)計(jì)模板的規(guī)格書寫本課程設(shè)計(jì)報(bào)告；6. 提交文件格式:(XXXX-為學(xué)號后四位)將課程設(shè)計(jì)報(bào)告的電子文檔單獨(dú)提交，將系統(tǒng)開發(fā)的所有文件放到一個文件夾里打包后上傳到課程網(wǎng)站上； 課程設(shè)計(jì)報(bào)告：M 系統(tǒng)開發(fā)文件打包為MXXXX.rar。五、創(chuàng)新要求 在完成本課題的基礎(chǔ)上，如有能力和時間可以增加一些創(chuàng)新特色，完成更多功能和界面設(shè)計(jì)得更加完美。 評閱人： 成績： 年 月 日課程設(shè)計(jì)報(bào)告

4、MATLAB應(yīng)用及系統(tǒng)仿真一. 繪圖與GUI的設(shè)計(jì)1參照例題，完成如下的GUI界面設(shè)計(jì)2參照下表設(shè)計(jì)系統(tǒng)菜單MenuMenu item備注LableTagLableTag文件File打開Open保存Save打印Print關(guān)閉Close系統(tǒng)仿真Simulat線性微分Diff時域分析Times頻域分析Frequency 例14-10誤差分析err_ansy工具應(yīng)用Tools_APP電氣仿真計(jì)數(shù)器CounterStateflow飛行FlyVR變形TransfVR四連桿Fourbar關(guān)于About退出Exit“關(guān)于”菜單能夠打開一個新的窗口，顯示你的軟件信息，至少包含你的學(xué)號和姓名。“退出”菜單直接退

5、出系統(tǒng)?！瓣P(guān)閉”菜單，應(yīng)能彈出一對話框，確認(rèn)是否退出。二. 利用Simulink建立以下的模型并進(jìn)行仿真分析（一）建立線性微分方程的模型,并繪制仿真結(jié)果曲線.1建立模型：建立Simulink仿真模型：2系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置：在模型的initFcn回調(diào)函數(shù)中加入初始條件:t=1;在模型的StopFcn回調(diào)函數(shù)中加入作圖命令：plot(tout,yout);在系統(tǒng)菜單中添加響應(yīng)函數(shù):if(findobj('userdata',gcb) disp('僅可打開一個模型');else open_system('ex4_2');end3仿真結(jié)果分析:（圖及簡單說

6、明）仿真結(jié)果為：利用ode45() 求解題目中所給的微分方程，仿真時間設(shè)置為10s，仿真結(jié)果說明調(diào)用函數(shù)ode45() 是可行的。（二）時域分析1建立模型:建立起如下圖所示的非線性系統(tǒng)的Simulink框圖，并觀察在單位階躍信號輸入下系統(tǒng)的輸出曲線和誤差曲線。建立Simulink仿真模型：2系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置： 在模型的StopFcn回調(diào)函數(shù)中加入作圖命令：subplot(2,1,1);plot(tout,yout(:,1);title('out1');subplot(2,1,2)plot(tout,yout(:,2);title('out2');在系統(tǒng)菜單中添加

7、響應(yīng)函數(shù)：if(findobj('userdata',gcb)disp('僅可打開一個模型');elseopen_system('shiyufenxi');end3仿真結(jié)果分析:（圖及簡單說明）仿真結(jié)果為：利用ode45()函數(shù)進(jìn)行仿真，仿真時間設(shè)置為10s。圖中out1曲線為輸出曲線，out2曲線為誤差曲線，從誤差曲線可知，2s內(nèi)誤差約為于0，仿真結(jié)果的精度較高；25s的時間內(nèi)，誤差在±50以內(nèi)，仿真結(jié)果的精度較好；510s的時間內(nèi)，誤差曲線先上升再下降，在6s左右時誤差達(dá)到最大。（三）頻域分析1題目:單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,

8、試?yán)L制閉環(huán)系統(tǒng)的Bode圖、Nyquist圖和Nichols圖，并給出閉環(huán)頻率特性性能指標(biāo)諧振峰值、諧振頻率和系統(tǒng)帶寬。建立Simulink仿真模型：2系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置及程序代碼： 在模型的stopFcn回調(diào)函數(shù)中加入作圖命令：s=tf('s');Gk=1/s/(0.5*s+1)/(s+1);G=feedback(Gk,1); %閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)w=logspace(-1,1); %從10-1101共50個頻率值mag,phase,w=bode(G,w); %返回閉環(huán)系統(tǒng)Bode圖參數(shù)Mp,k=max(mag); %諧振峰值resonantPeak=20*log10(Mp)

9、%諧振峰值單位轉(zhuǎn)換resonantFreq=w(k) %諧振頻率n=1;while 20*log10(mag(n)>=-3n=n+1;endsubplot(2,1,1)nyquist(G,w) subplot(2,1,2)nichols(G,w)figure(2);bandwidth=w(n) %系統(tǒng)帶寬bode(G,w),grid; %系統(tǒng)Bode圖在系統(tǒng)菜單中添加響應(yīng)函數(shù)：if(findobj('userdata',gcb)disp('僅可打開一個模型');elseopen_system('pinyufenxi');end3仿真結(jié)果分析

10、:（圖及簡單說明）第1個圖形是系統(tǒng)的Bode圖；第2個圖的上面那塊是系統(tǒng)的Nyquist圖；下面那塊圖形是系統(tǒng)的Nichols圖。閉環(huán)頻率特性性能指標(biāo)諧振峰值、諧振頻率和系統(tǒng)帶寬，分別是：諧振峰值：resonantPeak = 諧振頻率：resonantFreq = 系統(tǒng)帶寬：bandwidth = （四）誤差分析1題目：對如下系統(tǒng)模型，假設(shè)已知誤差信號e(t)，試增加求取ITAE，ISE，ISTE準(zhǔn)則的封裝模塊。要求：誤差信號e(t)為該模塊的輸入信號，雙擊該模塊彈出一個對話框，允許用戶用列表框的方式選擇輸出信號形式、待選定的ITAE，ISE，ISTE之一作為模塊的輸出端顯示出來。在系統(tǒng)回調(diào)

11、函數(shù)中，繪制所選定準(zhǔn)則的曲線圖。控制系統(tǒng)框圖系統(tǒng)模型圖建立Simulink仿真模型：2系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置及程序代碼： 在模型的stopFcn回調(diào)函數(shù)中加入作圖命令：subplot(2,1,1);plot(tout,yout(:,1);title('Output');subplot(2,1,2);plot(tout,yout(:,2);title('Error');在系統(tǒng)菜單中添加響應(yīng)函數(shù)：if(findobj('userdata',gcb)disp('僅可打開一個模型');elseopen_system('work4'

12、;);end3仿真結(jié)果分析:（圖及簡單說明）系統(tǒng)輸出曲線和ITAE曲線如下圖所示：系統(tǒng)輸出曲線和ISE曲線如下圖所示：系統(tǒng)輸出曲線和ISTE曲線如下圖所示：三. 工具箱的應(yīng)用（一）.實(shí)現(xiàn)一個電氣系統(tǒng)仿真模型（P317中3，4，5之一）操作過程描述第1步：打開simulink，新建一個model并保存為b763b.mdl；第2步：建立相應(yīng)的電路，并接入電壓源、三極管的工作電壓源和電壓表，還有各種信號源（如Chirp Signal 信號、RepeatingSequence 信號和Step 信號等）；第3步：更改各元件的名稱并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，其中電阻設(shè)為，電容設(shè)為，正弦信號的Frequency(ra

13、d/sec)設(shè)置為10，三極管的工作電壓源（Positive Supply Rain）的Constant voltage設(shè)置為；第4步：在模型的stopFcn回調(diào)函數(shù)中加入作圖命令：plot(tout,yout);仿真模型建立Simulink仿真模型：仿真參數(shù)設(shè)置在系統(tǒng)菜單中添加響應(yīng)函數(shù)：if(findobj('userdata',gcb)disp('僅可打開一個模型');elseopen_system('b763b');end系統(tǒng)仿真分析及結(jié)果圖:仿真結(jié)果如圖所示Chirp Signal 信號 RepeatingSequence 信號Ramp

14、信號 Sine Wave 信號Step 信號（二）用Stateflow實(shí)現(xiàn)一個簡單的計(jì)數(shù)器操作過程描述具體操作步驟為：第1步：打開simulink，新建一個model并保存為time.mdl；第2步：在新建的model中添加stateflow模塊中的chart、sourse模塊中的Pulse Generator和Sinks模塊中的Out1；第3步：雙擊chart，進(jìn)入stateflow的編輯器，點(diǎn)擊tool菜單下的explore，在左邊支開的time中選中chart，添加一個事件和兩個數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置第4步：在stateflow編輯器中畫出狀態(tài)圖并進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置第5步：在time.mdl

15、窗口下將simulation parameters的stop time改成200，并在模型的InitFcn回調(diào)函數(shù)中加入初始條件：maxtime=10;同時在stopFcn回調(diào)函數(shù)中加入作圖命令：plot(tout,yout)仿真模型建立Simulink仿真模型：chart內(nèi)部設(shè)計(jì)仿真參數(shù)設(shè)置 Simulink模型的參數(shù)設(shè)置：在系統(tǒng)菜單中添加響應(yīng)函數(shù)：if(findobj('userdata',gcb)disp('僅可打開一個模型');elseopen_system('time');end系統(tǒng)仿真分析及結(jié)果圖:仿真結(jié)果如圖所示：（三）利用VR完成

16、飛機(jī)圍繞摩天大樓作環(huán)形飛行。實(shí)現(xiàn)例5-29飛機(jī)圍繞摩天大樓作環(huán)形飛行模擬顯示。簡單描述操作過程:具體操作步驟為：第1步：在VR-Builder 2中新建一個虛擬世界，單擊“背景”按鈕給虛擬世界添加背景，并在groundColor中，進(jìn)行顏色設(shè)置。第2步：選擇Library|Import from|Objects Library，從Archetecture（Building）組中選擇Skyscraper對象，將它拖到虛擬現(xiàn)實(shí)對象編輯窗口，改寫其名稱為Skyscraper，并修改相關(guān)屬性第3步：選擇Library|Import from|Objects Library，從Transportatio

17、n（Air）組中選擇Boeing737對象，將它拖到虛擬現(xiàn)實(shí)對象編輯窗口，改寫其名稱為Plane，并修改相關(guān)屬性。保存文件，命名為“myvrml5.wrl”。第4步：打開simulink，新建一個model并保存為myvrml5.mdl；按照下面Simulink模型建立相應(yīng)的模型，并把VR Sink模塊復(fù)制到model中。第5步：雙擊VR Sink，在Source file中選擇myvrml5.wrl，然后在右側(cè)樹形瀏覽框中，打開Plane節(jié)點(diǎn)，選擇center和scale選項(xiàng)，用來在Simulink模型中接收信號。第6步：把Plane.center和Plane.rotation兩個輸入端子接

18、入到已建立的Simulink模型中，保存后運(yùn)行。建立Simulink仿真模型：在系統(tǒng)菜單中添加響應(yīng)函數(shù)：if(findobj('userdata',gcb)disp('僅可打開一個模型');elseopen_system('myvrml5');end系統(tǒng)仿真結(jié)果圖:雙擊打開VR Sink界面，并點(diǎn)擊開始運(yùn)行，飛機(jī)就圍繞摩天大樓順時針且向上飛行，如下圖所示。飛行過程中飛行結(jié)束時（四）球體的變形仿真定義兩個塊體表示剛性平面（B1，B2），在兩個平面之間定義一個球體（S），三個物體是是沿X軸對齊的，兩個塊體以同樣的速度向球體S移動，當(dāng)兩個塊體接觸到球體

19、時，球體開始變形，沿X軸收縮，Y軸和Z軸膨脹。物體中心位置物體尺寸B13 0 00.3 1 1B2-3 0 00.3 1 1S0 0 0 操作過程描述：具體操作步驟為：第1步：在VR-Builder 2中新建一個虛擬世界，單擊“背景”按鈕給虛擬世界添加背景，并在groundColor中，進(jìn)行顏色設(shè)置。第2步：在New World中新增一個BOX塊體B2，并修改相關(guān)屬性：在Translation中，修改塊體的中心位置為-3 0 0；在Sphere-Box中，修改塊體的大小為0.3 1 1；在Shape-Material-diffuseColor中，修改塊體的顏色。第3步：在New World中新

20、增一個BOX塊體B1，并修改相關(guān)屬性：在Translation中，修改塊體的中心位置為3 0 0；在Sphere-Box中，修改塊體的大小為0.3 1 1；在Shape-Material-diffuseColor中，修改塊體的顏色。第4步：修改球體S的相關(guān)屬性：在Sphere-Radius中，修改球體的半徑為0.9；在Shape-Material-diffuseColor中，修改球體的顏色，同時保存文件，命名為“myvrml.wrl”。第5步：在MATLAB工作空間中輸入“vrtut3”，在打開的Simulink模型中加入Simulink 3D Animation模塊中的VR Sink，并保存

21、為“myvrml.mdl”。第6步：雙擊VR Sink，在Source file中選擇myvrml.wrl，然后在右側(cè)樹形瀏覽框中，分別打開B2、B1和S節(jié)點(diǎn)，分別選擇translation，translation和Scale選項(xiàng)，用來在Simulink模型中接收信號。第7步：將連接到Scope模塊的信號線，相應(yīng)連接到VR Sink上，保存后運(yùn)行。Simulink模型:VR Sink內(nèi)部界面設(shè)計(jì)：在系統(tǒng)菜單中添加響應(yīng)函數(shù)：if(findobj('userdata',gcb)disp('僅可打開一個模型');elseopen_system('myvrml&

22、#39;);end系統(tǒng)仿真分析及結(jié)果圖:雙擊打開VR Sink界面，點(diǎn)擊開始運(yùn)行，兩個塊體開始同時按相同的速度向中間的球體運(yùn)動，在未接觸前球體保持靜止?fàn)顟B(tài)。在兩個塊體接觸到球體時，球體開始被擠壓變形，直到最后球體被完全壓扁，如下圖所示。兩個塊體向球體運(yùn)動時：球被壓扁時（五）.建立平面四連桿仿真模型實(shí)現(xiàn)例7-17平面四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真。簡單描述操作過程：仿真框圖繪制：仿真框圖繪制過程見課本310311頁“仿真框圖繪制”；模塊參數(shù)設(shè)置模塊參數(shù)設(shè)置見課本311312頁“模塊參數(shù)設(shè)置”；仿真參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù)設(shè)置見課本314頁“仿真參數(shù)設(shè)置”在系統(tǒng)菜單中添加響應(yīng)函數(shù)：if(findobj('u

23、serdata',gcb)disp('僅可打開一個模型');elseopen_system('c7mmech4');endSimulink模型: 系統(tǒng)仿真分析系統(tǒng)仿真分析見課本314315頁。系統(tǒng)仿真運(yùn)行圖:四. 課程設(shè)計(jì)心得與體會（500字以上）心得與體會：以下是自己在課程設(shè)計(jì)的完成過程中遇到的一些問題以及得到的一些心得：控件重疊的問題：當(dāng)控件位置有重疊時，直接放置方式與程序描繪方式不兼容。直接放置方式是指在GUI設(shè)計(jì)窗口中放置axes控件，程序描繪方式是指在程序中利用plot、subplot函數(shù)作圖。在同一個fig文件中，如果axes位置有重疊，那么放置的axes控件句柄會消失，變成無效句柄，即出現(xiàn)Invalid handle的錯誤。所以，其位置不應(yīng)發(fā)生重疊。參數(shù)傳遞的問題：保存：存在handle的ApplicationData中利用setappdata函數(shù)將數(shù)據(jù)保存在對象的“ApplicationData”屬性中，利用getappdata函數(shù)從對象的“ApplicationData”屬性中提取數(shù)據(jù)，如果沒有定義，就為空。例如，假設(shè)figure的tag屬性是figure1，則s