計算機仿真技術,實驗教案

1、名師精編優(yōu)秀教案課程教案課程名稱：計算機仿真技術實驗任課教師：湯群芳所屬院部：電氣與信息工程學院教學班級：電氣1403-04班教學時間：20152016學年第2學期湖南工學院課程基本信息課程 名稱計算機仿真技術實驗課程代碼G0401834總計：16 學時 講課：學時實驗：16 學時 上機：16 學時 課程設計： 周學分1類別必修課（，） 選修課（）理論課（） 實驗課（V ）任課 教師湯群芳職稱講師授課 對象專業(yè)班級：電氣1403-4班共2 個班課 程 簡 介（不 超過 1000計算機仿真實驗課是計算機仿真課程重要的實踐教學環(huán)節(jié)，其目的是使學生掌握MATLAB勺基本編程技巧，熟練地編寫 MATL

2、AB?序；熟悉SimuLink 仿真的基本方法和元件構成；了解 MATLAB?號運算工具箱的使用方法，使學 生具備f的使用MATLAIM言進行本專業(yè)具體實例進行編程和仿真的能力。其主要內容有：熟練掌握 MATLA中的矩陣運算、多項式處理、控制語句、繪 制二維、三維圖形和一些常用函數(shù)及工具箱等，并結合對本專業(yè)相關課程中 的具體實例，掌握常用的仿真編程方法。字）大綱共列出了 8個實驗項目，電氣工程專業(yè)學生可作為必做實驗。自動 化專業(yè)學生在計劃實驗課時內，具體實驗內容可由實驗老師根據學生實際情 況，從其中選擇4個實驗項目作為必做實驗，其它實驗項目可作為學生開放 式實驗選做內容。實驗難度應循序漸進，同

3、時要有f的廣度，使學生得到 較全面的訓練。本材主參資 基教和要考料1 .教材計算機仿真技術實驗指導書，自編，湖南工學院，20142 .參考資料1 MATLABE自動控制中的應用，吳曉燕編，西安電子科技大學出版社，20062控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD張曉華主編，北京：機械工業(yè)出版社,2003實驗一熟悉MATLA琳境及基本運算（驗證性實驗）一、本次課主要內容1、熟悉MATLAB環(huán)境；2、掌握MATLAB常用命令；3、MATLAB變量與運算符。二、實驗目的與要求1、熟悉MATLAB開發(fā)環(huán)境；2、掌握矩陣、變量、表達式的各種基本運算。三、教學重點難點重點：矩陣的運算；難點：無。四、教學方法和手段課堂講授

4、、演示；巡回指導。五、作業(yè)與習題布置完成實驗報告實驗一熟悉MATLA琳境及基本運算(驗證性實驗)一、實驗目的1 .熟悉MATLAB發(fā)環(huán)境2 .掌握矩陣、變量、表達式的各種基本運算、實驗原理1.熟悉MATLA環(huán)境熟悉MATLAB面和命令窗口、命令歷史窗口、幫助信息瀏覽器、工作空間瀏覽 文件和搜索路徑瀏覽器2.掌握MATLABT用命令clc消除命令窗口中內容clear廠青除工作空間中變量help對所選函數(shù)的功能、調用格式及相關函數(shù)給出說明lookfor查找具有某種功能的函數(shù)但卻不知道該函數(shù)的準確名稱who查詢工作空間中的變量信息3.MATLA變量與運算符變量命名規(guī)則如下:(1)變量名可以由英語字母

5、、數(shù)字和下劃線組成(2)變量名應以英文字母開頭(3)長度不大于31個(4)區(qū)分大小寫MATLAB設置了一些特殊的變量與常量，列于下表。表1 MATLAB勺特殊變量與常量變量名功能說明變量名功能說明ANS默認變量名，以應答 最次操作運算結果realmin最小的正實 數(shù)i或j虛數(shù)單位INF(inf)無窮大pi圓周率NAN(nan)不定值(0/0)eps浮點數(shù)的相對誤差nargin函數(shù)實際輸 入參數(shù)個數(shù)realmax最大的正實數(shù)nargout函數(shù)實際輸 出參數(shù)個數(shù)MATLAB算符，通過下面幾個表來說明MATLAB各種常用運算符表2 MATLAB算術運算符操作符功能說明操作符功能說明+加r矩陣左除1-

6、減.數(shù)組左除*矩陣乘/矩陣右除；.*數(shù)組乘./r數(shù)組右除A矩陣乘力r矩陣轉置1A數(shù)組乘方.數(shù)組轉置表3 MATLAB關系運算符操作符功能說明=等于二不等于=大于等于=小于等于表4 MATLAB邏輯運算符邏輯運算符邏輯運算說明&And邏輯與|Or邏輯或Not邏輯非Xor邏輯異或表5 MATLAB特殊運算符號功能說明示例符號功能說明 示例:1:1:4;1:2:11.；分隔行.分隔列()%注釋構成向量、矩陣!調用操作 系統(tǒng)命令構成單元數(shù)組=r用于賦值4. MATLAB勺一維、二維數(shù)組的訪問表6子數(shù)組訪問與賦值常用的相關指令格式指令格式指令功能A(r, c)數(shù)組A中r指定行、c指定列之元素組成的子數(shù)組

7、A(r,：)數(shù)組A中r指定行對應的所有列之元素組成的子數(shù)組A.,c)r數(shù)組a中c指定列對應的所有行之元素組成的子數(shù)組A(：)數(shù)組A中各列元素首尾相連組成的“一維長列”子數(shù)組A(i)一維長列”子數(shù)組中的第i個元素A( r, c)=Sa數(shù)組A中r指定行、c指定列之元素組成的子數(shù)組的賦值A(：)= U：)數(shù)組全元素賦值，保持A的行寬、列長不變，A Dffi組元素 總合應相同5. MATLAB勺基本運算表7兩種運算指令形式和實質內涵的異同表數(shù)組運算矩陣運算指令含義指令含義A.非共輒轉SA共3SA=s把標量s賦給A的每個元素s+B林里s分別與B兀系之和s-B,B-s標量s分別與腕素之差s.*A標量s分別

8、與A元素之積s*A標里s分別與A母個 元素之積s./B,B.s標量s分別被B的元素除S*inv(B)B車的逆乘sA.AnA的每個兀素自乘n次AAnA陣為方陣，自乘n 次A.Ap對A各元素分別求非整數(shù)幕AAp方陣A的非整數(shù)乘方1A+B對應兀素相加A+B矩陣相加A-B對應兀素相減A-B矩陣相減A.*B對應兀系相乘A*B內維相同矩陣相乘A./BA的元素別B的對應元素除A/BA除BB.A與上相同BAA&除Bexp(A)以自然數(shù)e為底，分別以A的元 素為指數(shù)，求幕expm(A)A勺矩陣指數(shù)函數(shù)log(A)對A勺各元素求對數(shù)logm(A)A勺矩陣對數(shù)函數(shù)sqrt(A)對A勺各元素求平方根sqrtm(A)A

9、勺矩陣平方根函數(shù)6.MATLA的常用函數(shù)表8標準數(shù)組生成函數(shù)指令含義指令含義diag產生對角形數(shù)組（對高維不適 用）rand產生均勻分布隨機數(shù)組eye產生單位數(shù)組(對高維不適用)randn產生正態(tài)分布隨機數(shù)組magic產生魔方數(shù)組(對高維不適用)zeros產生全彼組ones產生全1數(shù)組size()返回指定矩陣的行數(shù)和 列數(shù)表9數(shù)組操作函數(shù)指令含義diag提取對角線元素，或生成對角陣flipud以數(shù)組“水平中線”為對稱軸，交換上下對稱位 置上的數(shù)組元素fliplr以數(shù)組“垂直中線”為對稱軸，交換左右對稱位 置上的數(shù)組兀素reshape在總元素數(shù)不變的前提下，改變數(shù)組的“行數(shù)、 列數(shù)”rot90矩

10、陣逆時針旋轉90度det方陣的行列式值rank矩陣的秩inv矩陣求逆eig矩陣的特征值，矩mo7.多項式運算poly產生特征多項式系數(shù)向量roots求多項式的根p=poly2str(c, x)(將特征多項式系數(shù)向量c轉換為以習慣方式顯示是多項式) conv, convs多項式乘運算deconv多項式除運算polyder(p)求p的微分polyder(a, b)求多項式a,b乘積的微分p,q=polyder(p1,p2)求解多項式p1/p2微分的有理分式Polyval(p,A) 按數(shù)組運算規(guī)則求多項式p在自變量A的值 polyvalm(p,A) 按矩陣運算規(guī)則求多項式pft自變量A勺值三、實驗儀

11、器設備與器材計算機(安裝有MATLAB件平臺)四、實驗內容與步驟1、新建一個文件夾（自己的名字命名）2、啟動MATLAB7將該文件夾添加到MATLAB徑管理器中。方法如下:“MATLABMie Edit Vie Web Wridcw HelpNev?8un”? Currert Directory: 口 MATLABSpClose Command Window trt+抑Import Data.S-ave Workspace As.Set Patti.Preferences.,Setup .Print.Print Selection.ExH MATLABCtri+QzJaJByts ClassI

12、 2JCurrent Directory3、保存，關閉對話框（要求抓取自己實驗的圖，插入到自己的實驗報告中）4、學習使用help命令，例如在命令窗口輸入help eye,然后根據幫助說明，學習使用指 令eye （其它不會用的指令，依照此方法類推）5、 學習使用 clc、 clear , 觀察commancWindow、 commandhistory 和workspace等窗 口的 變化結果。6、練習使用MATLAB基本運算符、數(shù)組訪問指令、標準數(shù)組生成函數(shù)和數(shù)組操作函數(shù)。(1) 輸入help rand,然后隨機生成一個2X6的數(shù)組，觀察commancWindow、command history

13、和workspace等窗口的變化結果。(2)分別輸入clc、clear , 了解其功能和作用。(3)輸入C=1:2:20,則C (i)表示什么？其中i=1,2,3,。(4)輸入 A=7 1 5;2 5 6; 3 1 5 ,B=1 1 1; 2 2 2; 3 3 3，在命令窗口中執(zhí)行下列表達式，記錄輸出結果并說明其含義：A(2, 3) A(:,2) A(3,:) A(:,1:2:3) A(:,3)*B(:,2) A(:,3)*B(2,:)A*B A.*B AA2 AA2 B/A B./A(5)二維數(shù)組的創(chuàng)建和訪問，創(chuàng)建一個二維數(shù)組(4X 8) A,查詢數(shù)組A第2行、第3列的元素，查詢數(shù)組A第2行

14、的所有元素，查詢數(shù)組A第6列的所有元素。(6)使用表8列出的常用函數(shù)來創(chuàng)建二維矩陣(可通過 help方法，查看實例)。7、多項式運算(1)求多項式 p(x) =x32x-4的根、導數(shù)；(2)已知 A=1.2 3 5 0.9; 5 1.7 5 6; 3 9 0 1; 1 2 3 4,求矩陣 A 的特征多項式；(3)求特征多項式中未知數(shù)為20時的值。五、實驗結果(或數(shù)據)與分析對于內容7多項式運算，試用筆算，并與利用 MATLAB真平臺運算結果進行比較。六、實驗總結與思考總結本實驗內容，并思考MATLAB真平臺的功能、應用場合及發(fā)展前景。教學后記：實驗二Matlab程序設計基本方法（設計性實驗）一

15、、本次課主要內容1、for循環(huán)結構；2、while循環(huán)結構；3、if-else-end 分支結構；4、 switch-case 結構。二、實驗目的與要求1、熟悉MATLAB程序編輯與設計環(huán)境；2、掌握各種編程語句語法規(guī)則及程序設計方法；3、函數(shù)文件的編寫和設計；4、了解和熟悉跨空間變量傳遞和賦值。三、教學重點難點重點：程序設計方法；難點：函數(shù)文件的編寫。四、教學方法和手段課堂講授、演示；巡回指導。五、作業(yè)與習題布置完成實驗報告實驗二Matlab程序設計基本方法（設計性實驗）一、實驗目的1、熟悉MATLAB?序編輯與設計環(huán)境2、掌握各種編程語句語法規(guī)則及程序設計方法3、函數(shù)文件的編寫和設計4、了

16、解和熟悉跨空間變量傳遞和賦值.、實驗原理1、for循環(huán)結構語法：for i =初值：增量：終值語句1 語句nend說明：1）、i =初值：終值，則增量為1。2）、初值、增量、終值可正可負，可以是整數(shù)，也可以是小數(shù)，只須符合數(shù) 學邏輯。2、while循環(huán)結構語法：while邏輯表達式循環(huán)體語句end說明：1）、whiIe結構依據邏輯表達式的值判斷是否執(zhí)行循環(huán)體語勾。若表達式的值 為真，執(zhí)行循環(huán)體語句一次、在反復執(zhí)行時，每次都要進行判斷。若表達式的 值為假，則程序執(zhí)行endfc后的語句。2）、為了避免因邏輯上的失誤，而陷入死循環(huán)，建議在循環(huán)體語句的適當位置 力口break語句、以便程序能正常執(zhí)行。

17、（執(zhí)行循環(huán)體的次數(shù)不確定；每一次執(zhí)行循 環(huán)體后，一定會改變while后面所跟關系式的值。）3）、while循環(huán)也可以嵌套、具結構如下：while邏輯表達式1循環(huán)體語句1while邏輯表達式2循環(huán)體語句2end循環(huán)體語句3end3、if-else-end 分支結構if表達式1語句1else if 表達式2（可選）語句2else（可選）語句3endend說明：1）、if結構是一個條件分支語句，若滿足表達式的條件，則往下執(zhí)行；若不 滿足，則跳出if結構。2）、else if表達式2與else為可選項，這兩條語句可依據具體情況取舍。3）、注意：每一個if都對應一個end,即有幾個if ,記就應有幾個e

18、nd。4、 switch-case 結構語法：switch表達式case常量表達式1語句組1case常量表達式2語句組2otherwise語句組nend說明：1）、switch后面的表達式可以是任何類型，如數(shù)字、字符串等。2）、當表達式的值與case后面常量表達式的值相等時，就執(zhí)行這個 case后面 的語句組。如果所有的常量表達式的值都與這個表達式的值不相等時，則執(zhí)行 otherwise后的執(zhí)行語句。5、程序流程控制指令break、return、pause6、函數(shù)文件的結構和編寫方法函數(shù)只能在函數(shù)體內對變量進行操作，也就是只能訪問函數(shù)本身工作空間中的變量M函數(shù)文件的結構(1) 函數(shù)定義行(fu

19、nction )(2) H1行(函數(shù)幫助文本的第一行)(3)函數(shù)幫助文本(4)函數(shù)體(5)注釋函數(shù)文件編寫后，保存時，其文件名必須與函數(shù)名相同。注意：函數(shù)名不要與 MATLA的身的函數(shù)命令相同。三、設計內容(或設計任務)Jn X1、熟悉MATLAB?序編輯與設計環(huán)境。型E:黛東計篁機仿H mean.mHie Edit View Tsxt Debug Breakpaint5 Web Window Help H P昌名能地c 鶻分Stade;12 3456789 0 1func t i on yine an &)% MEAN Average or M電 an VRuw% For vectqrs M

20、lEAH ty.) returns the meari% For matrices, fflEAITGc) is a row vector學 containing tht 孫 value of each coluim叫nj=si re (x);if *=1m-n;endy=5m G10100的值(利用上題的n階乘函數(shù)文件)(兩種方法)5、編寫一個乘法表(9 X9 )。四、設計要求（或設計指標與要求）對照設計內容和任務，編寫和設計相應的 MATLA勰序，并調試運行得出正確結果 五、實驗儀器設備與器材計算機（安裝有MATLA歐件平臺）。六、實驗結果（或數(shù)據）與分析利用數(shù)學方法，對設計內容進行計算，

21、分析并比較結果。七、實驗總結與思考總結本實驗內容，并思考：1、MATLAB程語句與規(guī)則與CS言程序有何異同？2、MATLAB數(shù)文件的編寫和調用如何實現(xiàn)？教學后記：實驗三MATLAB的圖形繪制(設計性實驗)、本次課主要內容1、plot(x,y):繪制由x,y所確定的曲線；2、多組變量繪圖：plot(x1, y1,選項1, x2, y2,選項2,);3、雙Y軸繪圖：plotyy()函數(shù)；4、圖形窗口的分割；5、圖形編輯窗口的使用。二、實驗目的與要求1、學習MATLAB圖形繪制的基本方法；2、熟悉和了解MATLAB圖形繪制程序編輯的基本指令；3、熟悉掌握利用MATLAB圖形編輯窗口編輯和修改圖形界面

22、，并添加圖形的 各種標注；4、掌握plot、subplot的指令格式和語法。三、教學重點難點重點：圖形繪制的基本方法；難點：無。四、教學方法和手段課堂講授、演示；巡回指導。五、作業(yè)與習題布置完成實驗報告實驗三MATLAB的圖形繪制(設計性實驗)、實驗目的1、學習MATLAB形繪制的基本方法；2、熟悉和了解MATLAB形繪制程序編輯的基本指令；3、熟悉掌握利用MATLAB形編輯窗口編輯和修改圖形界面，并添加圖形的各種標注;4、掌握plot、subplot的指令格式和語法。二、實驗原理1、plot(x,y):繪制由x,y所確定的曲線；2、多組變量繪圖：plot(x1, y1,選項1, x2, y2

23、,選項2,)；3、雙Y?由繪圖：plotyy()函數(shù)；4、圖形窗口的分割；5、圖形編輯窗口的使用。三、設計內容(或設計任務)1、二維曲線繪圖基本指令演示。本例運作后，再試驗plot(t), plot(Y), plot(Y,t), 以觀察產生圖形的不同。t=(0:pi/50:2*pi);k=0.4:0.1:1;Y=cos(t)*k;plot(t,Y)plot指令基本操作演示2、用圖形表示連續(xù)調制波形Y=sin(t)sin(9t)及其包絡線。要求自己修改繪圖的顏色、線型和數(shù)據點的標記t=(0:pi/100:pi);y1=sin(t)*1,-1;y2=sin(t).*sin(9*t);t3=pi*(

24、0:9)/9;y3=sin(t3).*sin(9*t3);plot(t,y1,r:,t,y2,b,t3,y3,bo)3、在一個圖形窗口繪制正弦和余弦曲線，要求給圖形加標題“正弦和余弦曲線”，X軸Y軸分別標注為“時間t”和“正弦、余弦”，在圖形的某個位置標注“ sin(t) ”“cos(t) ”，并加圖例，顯示網格，坐標為正方形坐標系。4、繪制向量x=1 3 0.5 2.5 2的餅形圖，并把3對應的部分分離出來。5、繪制參數(shù)方程 x=t,y=sin(t),z=cos(t) 在t=0 7區(qū)間的三維曲線。6、用 hold on 命令在同一個窗 口繪制曲線 y=sin(t) , y1=sin(t+0.

25、25), y2=sin(t+0.5)，其中 t=0 10。7、觀察各種軸控制指令的影響。演示采用長軸為3.25,短軸為1.15的橢圓。注意： 采用多子圖(圖6.2-4 )表現(xiàn)時，圖形形狀不僅受“控制指令”影響，而且受整個 圖面“寬高比”及“子圖數(shù)目”的影響。t=0:2*pi/99:2*pi;x=1.15*cos(t);y=3.25*sin(t);subplot(2,3,1),plot(x,y),axis normal,grid on,title(Normal and Grid on)subplot(2,3,2),plot(x,y),axis equal,grid on,title(Equal)

26、subplot(2,3,3),plot(x,y),axis square,grid on,title(Square)subplot(2,3,4),plot(x,y),axis image,box off,title(Image and Box off)subplot(2,3,5),plot(x,y),axis image fill,box offtitle(Image and Fill)subplot(2,3,6),plot(x,y),axis tight,box off,title(Tight)各種軸控制指令的不同影響四、設計要求（或設計指標與要求）對照設計內容和任務，編寫和設計相應的 MA

27、TLA勰序，并調試運行得出正確結果 五、實驗儀器設備與器材計算機（安裝有MATLA歐件平臺）。六、實驗結果（或數(shù)據）與分析利用數(shù)學方法，對設計內容進行計算，分析并比較結果。七、實驗總結與思考總結本實驗內容，并思考：1、MATLAB形繪制有哪些基本指令？2、如何設置MATLA圖形的屬性，比如顏色、線型、坐標軸名稱、圖形標題等？教學后記:實驗四Simulink建模與仿真(設計性實驗)、本次課主要內容(1) SIMULINK(2) SIMULINK(3) SIMULINK(4) SIMULINK(5) SIMULINK(6) SIMULINK SIMULINK簡介；的啟動；的模塊庫介紹；簡單模型的建

28、立; 功能模塊的處理; 應用舉例； 仿真的運行。二、教學目的與要求(1)學習SIMULINK 軟件工具的使用方法;(2)用SIMULINK仿真線性系統(tǒng)；三、教學重點難點重點：用SIMULINK仿真線性系統(tǒng)；難點：SIMULINK功能模塊的處理。四、教學方法和手段課堂講授、演示；巡回指導五、作業(yè)與習題布置完成實驗報告實驗四Simulink 建模與仿真（設計性實驗）一、實驗目的1、學習SIMULINK 軟件工具的使用方法；2、用SIMULINK仿真線性系統(tǒng)。二實驗原理1、SIMULINK 簡介SIMULINK是MATLAB軟件的擴展，它是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件 包，它與MATLAB語言的

29、主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構建，而非 語言的編程上。所謂模型化圖形輸入是指SIMULINK提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內部是如 何實現(xiàn)的，通過對這些基本模塊的調用，再將它們連接起來就可以構成所需要的系 統(tǒng)模型（以.mdl文件進行存取），進而進行仿真與分析。2、SIMULINK 的啟動進入SIMULINK界面，只要你在MATLAB命令窗口提示符下鍵入 SIMULINK, 接回車鍵即可啟動SIMULINK軟件。3、SIMULINK的模塊庫介

30、紹? SIMILINK模塊庫按功能進行分為以下8類子庫：Continuous （連續(xù)模塊）Discrete （離散模塊）Function&Tables （函數(shù)和平臺模塊）Math （數(shù)學模塊）Nonlinear （非線性模塊）Signals&Systems （信號和系統(tǒng)模塊）Sinks （接收器模塊）Sources (輸入源模塊)4、SIMULINK簡單模型的建立(1)建立模型窗口(2)將功能模塊由模塊庫窗口復制到模型窗口(3)對模塊進行連接，從而構成需要的系統(tǒng)模型5、SIMULINK功能模塊的處理(1)模塊庫中的模塊可以直接用鼠標進行拖曳(選中模塊，按住鼠標左鍵不放)而 放到模型窗口中進行處

31、理。(2)在模型窗口中，選中模塊，則其4個角會出現(xiàn)黑色標記。此時可以對模塊進行 以下的基本操作：移動：選中模塊，按住鼠標左鍵將其拖曳到所需的位置即可。若要脫離線而移動，可按住shift鍵，再進行拖曳；復制：選中模塊，然后按住鼠標右鍵進行拖曳即可復制同樣的一個功能模塊；刪除：選中模塊，按Delete鍵即可。若要刪除多個模塊，可以同時按住Shift鍵， 再用鼠標選中多個模塊，按Delete鍵即可。也可以用鼠標選取某區(qū)域，再按Delete 鍵就可以把該區(qū)域中的所有模塊和線等全部刪除；轉向：為了能夠順序連接功能模塊的輸入和輸出端，功能模塊有時需要轉向。在菜單Format中選擇Flip Block旋轉1

32、80度,選擇Rotate Block順時針旋轉90 度?；蛘咧苯影?Ctrl+F鍵執(zhí)行Flip Block ,按Ctrl+R鍵執(zhí)行Rotate Block。改變大?。哼x中模塊，對模塊出現(xiàn)的 4個黑色標記進行拖曳即可。模塊命名：先用鼠標在需要更改的名稱上單擊一下，然后直接更改即可。名稱在功能模塊上的位置也可以變換 180度，可以用Format菜單中的Flip Name來 實現(xiàn)，也可以直接通過鼠標進行拖曳。Hide Name可以隱藏模塊名稱。顏色設定：Format菜單中的 Foreground Color可以改變模塊的前景顏色，Background Color可以改變模塊的背景顏色；而模型窗口的顏

33、色可以通過 Screen Color來改變。參數(shù)設定：用鼠標雙擊模塊，就可以進入模塊的參數(shù)設定窗口，從而對模塊進 行參數(shù)設定。參數(shù)設定窗口包含了該模塊的基本功能幫助，為獲得更詳盡的幫 助，可以點擊其上的help按鈕。通過對模塊的參數(shù)設定，就可以獲得需要的功能模塊。屬性設定：選中模塊，打開 Edit菜單的Block Properties可以對模塊進行屬性設 定。包括Description屬性、Priority優(yōu)先級屬性、Tag屬性、Open function屬性、 Attributes format string屬性。其中Open function屬性是一個很有用的屬性,通 過它指定一個函數(shù)名，

34、則當該模塊被雙擊之后，Simulink就會調用該函數(shù)執(zhí)行，這種函數(shù)在MATLAB中稱為回調函數(shù)。模塊的輸入輸出信號：模塊處理的信號包括標量信號和向量信號；標量信號是 一種單一信號，而向量信號為一種復合信號，是多個信號的集合，它對應著系 統(tǒng)中幾條連線的合成。缺省情況下，大多數(shù)模塊的輸出都為標量信號，對于輸 入信號，模塊都具有一種 智能”的識別功能，能自動進行匹配。某些模塊通過對 參數(shù)的設定，可以使模塊輸出向量信號。、設計內容(或設計任務)1、在SIMULINK環(huán)境下，作T1、T2、T3系統(tǒng)的階躍響應；丁2丁 4s 2 T1T1 =-21 2 =-2T3 = -32s 2s 2 s 2s 2 2s

35、 3s 3s 1將T1、T2、T3系統(tǒng)的階躍響應圖在同一 Scope中顯示。2、典型二階欠阻尼系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：222G(S); ( % ;)( ( O)s 2 %s % s -20s ( a 二)極點位置：S - j a二二，n i a n1 1 - 2; = cos)式中：在SIMULINK環(huán)境下，作該系統(tǒng)在以下參數(shù)時的仿真：設w a=1,(r=0.5,1/階躍響應，(用同一 Scope顯示)；設o- =1 ,a=0.5,1,5t階躍響應在(用同一 Scope顯示)；設:=1 2，=2 2 , 2 ,5 2求階躍響應（用同一 Scope顯示）；設,n=:2 1- 300 450600求階躍

36、響應，（用同一 Scope顯示）；階躍響應的時間：0&t&l0t躍信號幅值為+2V。分析參數(shù)變化（增加、減少與 不變）對階躍響應的影響。四、設計要求（或設計指標與要求）對照設計內容和任務，設計和構建相應的MATLAB mdl文件，并調試運行得出正確 結果。五、實驗儀器設備與器材計算機（安裝有MATLAB軟件平臺，包含SIMULINK仿真模塊）。六、實驗結果（或數(shù)據）與分析利用數(shù)學方法，對設計內容進行計算，分析并比較結果。七、實驗總結與思考總結本實驗內容，并思考：1、MATLAB平臺中進行SIMULINK建模仿真，有哪些步驟？2、如何設置仿真參數(shù)，比如仿真時間、仿真算法、波形顯示等？教學后記：實

37、驗五控制系統(tǒng)的分析（1）（綜合性實驗）一、本次課主要內容1、一階系統(tǒng)階躍響應；2、二階系統(tǒng)階躍響應；3、二階系統(tǒng)單位沖激響應；4、高階系統(tǒng)階躍響應。二、實驗目的與要求1、熟悉MATLAB軟件分析系統(tǒng)時域響應方法。通過觀察典型二階系統(tǒng)在單位階 躍、脈沖、斜坡信號作用下的動態(tài)特性，熟悉各種典型的響應曲線；2、通過二階系統(tǒng)定性及定量了解參數(shù)變化對動態(tài)特性的影響。分析參數(shù)變化時對系統(tǒng)響應的影響。三、教學重點難點重點：一階系統(tǒng)階躍響應；難點：高階系統(tǒng)階躍響應。四、教學方法和手段課堂講授、演示；巡回指導五、作業(yè)與習題布置完成實驗報告實驗五控制系統(tǒng)的分析（1）（綜合性實驗）、實驗目的1、熟悉MATLAB軟件

38、分析系統(tǒng)時域響應方法。通過觀察典型二階系統(tǒng)在單位階 躍、脈沖、斜坡信號作用下的動態(tài)特性，熟悉各種典型的響應曲線。2、通過二階系統(tǒng)定性及定量了解參數(shù)變化對動態(tài)特性的影響。分析參數(shù)變化時 對系統(tǒng)響應的影響。設、設計內容（或設計任務）（一）一階系統(tǒng)時域響應分析1、 一階系統(tǒng)階躍響應：圖示RC網絡為一階系統(tǒng)，圖1-1研究圖1-1所示電路，其運動方程為：Tc（t） +c（t） = r（t）式中，T=RC為時間常數(shù).當初始條件為零時，其傳遞函數(shù)為(s)=C(s)R(s)1Ts 1若 R=1Q, C=0.01F, 則T=RC=0.01s。傳遞函數(shù) (s)= 1/(0.01s+1),求單位階躍響應的MATLA

39、B程序如下：設K=1、T=0.01 clear clear allnum=1； den=0.01 1; step(num,den) 執(zhí)行后可得如下圖形：2 、求當K=1, T=0.1,0.5,1 , 2s時的階躍響應，記錄曲線列表求出ts并分析為讀數(shù)方便，可加入step(num,den) ; grid on。數(shù)據可保留兩位有效數(shù)字(二)位置隨動系統(tǒng)可以用如下二階系統(tǒng)模型描述：2一二安 2-2R(s) s 2 nsf 叫n一自然頻率，己一相戀S電系數(shù)1 、試繪制n=6,己=0.2, 0.4,1.0, 2.0 時的單位階躍響應。MATLA醒序：wn=6;kosi=0.1:0.2:1.0 ,2.0；

40、figure(1)hold onfor kos=kosinum=wn.AZden=1,2*kos*wn,wn.A2；step(num,den)endtitle( Step Response)hold off2 、繪制典型二階系統(tǒng)，當=0.7, co n=2, 4, 6, 8時的單位階躍響應。MATLAB 程序：w=2:2:8;kos=0.5;figure(1) hold on for wn=wnum=wn.A2；den=1,2*kos*wn,wn.A2；step(num,den) end title( Step Response) hold off要求記錄1、2曲線波形，并求相應的 tr、ts

41、、tp列表分析實驗結果, 討論參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響。3 、求二階系統(tǒng)的己=0.5, con=10時的單位沖激響應。2COnMATLAB 程序:wn =10； kos=0.5 ;figure(1)num=wn.A?den=1,2*kos*wn, wn-2； impulse(num,den)title( Impulse Response )；記錄曲線波形并求ts tp oMATLAB 程序:4 、求高階系統(tǒng)的單位階躍響應。上述程序如加語句：z, p=tf2zp（num,den）則可以求出零極點，從而可判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三、設計要求（或設計指標與要求）對照設計內容和任務，編寫和設計相應的MATLAB

42、序文件，并調試運行得出正確結果。四、實驗儀器設備與器材計算機（安裝有MATLA歆件平臺）。五、實驗結果（或數(shù)據）與分析利用數(shù)學方法，對設計內容進行計算，分析并比較結果。六、實驗總結與思考總結本實驗內容，并思考：1、控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標有哪些，指標含義是什么？2、對于典型二階系統(tǒng)，改變阻尼比 七的取值，其階躍響應曲線怎樣變化，試分析原 因？教學后記:實驗六控制系統(tǒng)的分析（2）（綜合性實驗）一、本次課主要內容1、根軌跡的概念；2、用MATLA歆件繪制根軌跡。二、實驗目的與要求1、掌握MATLA飄件繪制根軌跡的方法；2、分析參數(shù)變化對根軌跡的影響；3、利用根軌跡法對控制系統(tǒng)性能進行分析。三、教學重

43、點難點重點：利用根軌跡法對控制系統(tǒng)性能進行分析；難點：分析參數(shù)變化對根軌跡的影響。四、教學方法和手段課堂講授、演示；巡回指導。五、作業(yè)與習題布置完成實驗報告名師精編優(yōu)秀教案實驗六 控制系統(tǒng)的分析(2)(設計性實驗)一、實驗目的1、掌握MATLA飄件繪制根軌跡的方法。2、分析參數(shù)變化對根軌跡的影響。3、利用根軌跡法對控制系統(tǒng)性能進行分析。二、實驗原理1、根軌跡的概念經典控制理論中，為了避開直接求解高階特征方程式根時遇到的困難，提出了 一種圖解求根的方法，即根軌跡法。根軌跡是指當系統(tǒng)的某個參數(shù)從零變化到無窮 時，閉環(huán)特征方程的根在復平面上的變化曲線。常規(guī)根軌跡一般取開環(huán)增益 K作為可變參數(shù)，根軌跡

44、上的點應滿足根軌跡方程：m*K II (s-Zj) i 1G(s)H(s) = =-1“(s-Pi) i=1其中Zj -開環(huán)布點，pi -開環(huán)極點，K -根軌跡用血，TH 一個變化的參數(shù) * 、 一 (0TM), K =AK , A為一常數(shù)。系統(tǒng)結構圖如下：= (2k+1)n。m“ l(S-Zj)lj 1n=1n圖6-1閉環(huán)系統(tǒng)結構圖閉環(huán)特征根(即根軌跡上的點)應滿足(1)幅值條件：；KJB(s) =Km A(S).相角條件：/(s-Zj)-也叢Ss二Pp)j 1i 1名師精編優(yōu)秀教案2、用MATLABC件繪制根軌跡MATLAB7.0供的工具箱給出了一系列關于根軌跡的函數(shù)，如表2-1所示。使用

45、這些函數(shù)能夠很方便地繪制出系統(tǒng)的常規(guī)根軌跡和參數(shù)根軌跡，還能基于根軌跡對 系統(tǒng)性能進行分析。表6-1根軌跡函數(shù)函數(shù)名函功能描述pzmap繪制零極點rlocfind計算給定根軌跡增益rlocus計算并繪制根軌跡rltool根軌跡設計GUI工具sgrid繪制連續(xù)時間系統(tǒng)根軌跡和零極點圖中的阻尼系數(shù)和自然頻 率網格zgrid繪制離散時間系統(tǒng)根軌跡和零極點圖中的阻尼系數(shù)和自然頻率網格 pzmap調用格式：pzmap(sys); p,z=pzmap(sys)2) rlocfind調用格式：k,poles=rlocfind(sys); k,poles=rlocfind(sys,p) rlocusr,k=r

46、locus(sys);調 用 格式： rlocus(sys); rlocus(sys,k);r=rlocus(sys,k) rltool調用格式：rltool(plant); rltool(plant,comp) sgrid調用格式:sgrid; sgrid(z,wn) zgrid調用格式：zgrid; zgrid(z,wn)、設計內容(或設計任務)s(s 1)(s 2)繪制系統(tǒng)的根軌跡圖系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：G(s)H(s)=程序:圖6-2開環(huán)傳遞根軌跡圖1、采用上述方法繪制開環(huán)傳遞函數(shù)當 a=1, 0.5, 8, 102、繪制開環(huán)傳遞函數(shù)*K (s 1)*G(s)2-(s ), K 0s (

47、s a)時系統(tǒng)的根軌跡，記錄根軌跡圖并分析。*K (s 5)*G(s)= 3 (2 ) ,K0s s 6s的閉環(huán)根軌跡，并確定根軌跡上任意點處的 K值及對應的閉環(huán)特征根。num=1 5;den=1 1 6 0;rlocus(num,den)k,p=rlocfind(num,den)gtext(k=0.5)執(zhí)行時先畫出了根軌跡，并提示用戶在圖形窗口中選擇根軌跡上的一點，以計算出 增益K及相應的極點。對于開環(huán)傳函：G(s)=*K (s 5)s3 5s2 6s*,K輸入如下語句:K=10; s1=tf(10 10*5,1 5 6 0);sys=feedback(s1,1); %單位負反饋閉環(huán)傳函st

48、ep(sys);impulse(sys); 可以求出K = 10時的單包階躍響應和沖激響應。Step Response1.8 1.6 , .-1.4 -.1-I . 1.2 ie 11._.u m 0.80.60.40.2 -0 CC:051015Time (sec)圖6-3圖 閉環(huán)單位階躍響應圖 、 . 、 . - 、 - 、 . _ * . . . . . . .按照上述萬法記錄K =5時的單位階躍響應和沖激響應曲線。3、一種具有高性能微型機器人的傳遞函數(shù)為： *K (s 1)(s 2)(s 3)*G(s)H (s):3-,K 0s (s - 1)(1)畫出系統(tǒng)的根軌跡圖；(2)求使閉環(huán)系

49、統(tǒng)穩(wěn)定的增益范圍。MATLA毓序:z=-1,-2,-3;p=0,0,0,1;k=10;G=zpk(z,p,k);rlocus(G);sys=feedback(G,1);step(sys);由根軌跡圖和運行數(shù)據知，當K 時，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定？與之對應的振蕩頻率為多少？四、設計要求(或設計指標與要求)1、畫出各系統(tǒng)根軌跡圖并討論；2、確定根軌跡上的分離點、與虛軸的交點；3、從根軌跡上能分析系統(tǒng)的性能(穩(wěn)定性、動態(tài)響應)。五、實驗儀器設備與器材計算機（安裝有MATLA歆件平臺）。六、實驗結果（或數(shù)據）與分析利用數(shù)學方法，對設計內容進行計算，分析并比較結果。七、實驗總結與思考總結本實驗內容，并思考：1、描

50、述控制系統(tǒng)根軌跡的概念？2、借助系統(tǒng)的根軌跡，如何分析系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性? 教學后記：實驗七 控制系統(tǒng)的頻率特性分析（綜合性實驗）一、本次課主要內容1、奈奎斯特穩(wěn)定判據及穩(wěn)定裕量；2、對數(shù)頻率穩(wěn)定判據；3、利用MATLAB繪制Nyquist圖和Bode圖。二、教學目的與要求1、掌握運用MATLAB軟件繪制控制系統(tǒng)波特圖（Bode）的方法；2、掌握MATLAB軟件繪制奈奎斯特圖（Nyquist）的方法；3、利用波特圖和奈奎斯特圖對控制系統(tǒng)性能進行分析。三、教學重點難點重點：利用波特圖和奈奎斯特圖對控制系統(tǒng)性能進行分析；難點：MATLAB軟件繪制奈奎斯特圖（Nyquist）的方法。四、教學方法

51、和手段課堂講授、演示；巡回指導。五、作業(yè)與習題布置完成實驗報告實驗七控制系統(tǒng)的頻率特性分析(設計性實驗)一、實驗目的1、掌握運用MATLA歆件繪制控制系統(tǒng)波特圖(Bode)的方法；2、掌握MATLA歆件繪制奈奎斯特圖(Nyquist )的方法；3、利用波特圖和奈奎斯特圖對控制系統(tǒng)性能進行分析。二、實驗原理1、奈奎斯特穩(wěn)定判據及穩(wěn)定裕量(1)奈氏(Nyquist )判據：反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是奈氏曲線逆時針 包圍臨界點的圈數(shù)R等于開環(huán)傳遞函數(shù)右半s平面的極點數(shù)P,即R=P ;否則閉環(huán) 系統(tǒng)不穩(wěn)定，閉環(huán)正實部特征根個數(shù)Z可按下式確定Z=P-R=P-2N(2)穩(wěn)定裕量利用G(j6)H(jco)軌跡上兩個特殊點的位置來度量相角裕度和增益裕度。其中交點頻率為x (穿越頻率)。則相角裕度:增益裕度:G(jm)H(js)與負實軸的G(jco)H(jM與單位圓的交點處的頻率為0c (截止頻率)；h =G(j x)H(j x)1AC-j= 180. G(j c)H(j c) =180( c)(對數(shù)形式：h -20lgG(