華中科技大學_matlab_simulink實驗華中科技大學_matlab_simulink實驗
實驗報告
實驗項目名稱 Simulink熟悉及其應用
所屬課程名稱 系統仿真與matlab
實 驗 日 期
班 級 自動化1203
學 号 U201214514
姓 名 董鳴遠 本部分的目的在于學習matlab，Windows XP
Matlab 7.0
實驗内容：建立如圖1所示系統結構的Simulink模型，并用示波器(Scope)觀測其機關階躍和斜坡響應曲線。
圖 1
解：模型為：
輸入為機關階躍：
機關階躍響應曲線為：
輸入為斜坡模型：
斜坡響應曲線：
建立如圖2所示PID控制系統的Simulink模型，對系統進行機關階躍響應仿真，用plot函數繪制出響應曲線。其中＝10，＝3，＝2。要求PID部分用subsystem實作，參數、、通過subsystem參數輸入來實作。
圖 2
解：
Simulink模型為：
PID控制器子系統内部模型：
參數選擇：
響應曲線：
Fixed Step=0.01 Solver: ode5
使用plot函數繪制機關階躍響應曲線：
建立如圖3所示控制系統的Simulink模型，并用示波器(Scope)觀測其機關階躍響應曲線。
圖3
解：
Simulink模型為：
機關階躍響應為：
Variable Step,Solver: ode45
建立如圖4所示非線性控制系統的Simulink模型并仿真，用示波器觀測c(ｔ)值，并畫出其響應曲線。
圖 4
解：
Simulink模型為：
C(t)響應曲線：
[5] 圖5所示為簡化的飛行控制系統、試建立此動态系統的simulink模型并進行簡單的仿真分析。其中，，系統輸入input為機關階躍曲線，。
圖5
具體要求如下：
(1)采用自頂向下的設計思路。
(2)對虛線框中的控制器采用子系統技術。
(3)用同一示波器顯示輸入信号input與輸出信号output。
(4)輸出資料output到MATLAB工作空間，并繪制圖形。
解：
Simulink模型為：
子系統為：
示波器觀察input信号(黃色)和output信号(紫色)：
在指令視窗輸入指令plot(tout,simout),得到以下波形：
[6] 圖6所示為彈簧—品質—阻尼器機械位移系統。請建立此動态系統的Simulink仿真模型，然後分析系統在外力F(t)作用下的系統響應(即品質塊的位移y(t))。其中品質塊品質m=5kg，阻尼器的阻尼系數f=0.5，彈簧的彈性系數K＝5；并且品質塊的初始位移與初始速度均為0。
說明：外力F(t)由使用者自己定義，目的是使使用者對系統在不同作用下的性能有更多的了解。
圖6 彈簧－品質－阻尼器機械位移系統示意圖
提示：
(1)首先根據牛頓運動定律建立系統的動态方程，如下式所示：
(2)由于品質塊的位移未知，故在建立系統模型時．使用積分子產品Integrator對位移的微分進行積分以獲得位移，且積分器初估值均為0。
為建立系統模型．将系統動态方程轉化為如下的形式：
然後以此式為核心建立系統模型。
解：
将已知資料代入微分方程得：
Simulink模型為：
四種作用下的輸出分别為
【小結時需要注意的是，在實驗三的仿真中，若選擇不同的步長以及求解方法對仿真結果影響很大。本人在實驗三中選擇了固定步長下的ode5求解法，産生的響應曲線如圖所示。然而，利用變步長法求得的響應曲線并不相同，而固定步長的部分求解法甚至在仿真時會因溢出而出錯。我對此并不能做出很好的解釋，讓我感到十分困惑。
Simulink對本次實驗的體會、思考和建議。
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