《计算机仿真技术》上机实验指导书__精品.doc

计算机仿真技术 张兴华 郝飞 南京工业大学 2005年2月5日 实验1．MATLAB应用基础（矩阵运算）与编程（M函数）（4学时） 1．通过实验熟悉的组成工作原理2．3．M 函数 (M-function)特点Matlab\Matrics、\Graphics和\Language下的例子了解Matlab的矩阵运算、绘图和Matlab语言的数据结构和程序风格。 2．将下面和两个矩阵都输入到MATLAB工作空间中,并将这两个矩阵的内容都旋转,将得出什么结果,试用笔算的方法检验是否正确 计算出其中A矩阵的各种范数、秩、迹、行列式、特征值与特征向量、特征多项式、逆矩阵（或伪逆矩阵）、特征多项式、奇异值、条件数等，再看看上面的各种分析哪种可以应用于B矩阵，哪个不能，试说明原因 注：对应的matlab函数的使用，可由help命令来了解其使用方法，如要了解如何求范数用help norm等。 3.求解下面的线性代数方程，并将解代回原方程检验结果 求解Lyapunov方程中的X矩阵，并检验结果 其中 更 其中A和C与前面的一致，而B矩阵为 试求解此方程，并检验得出的结果是否正确。 4.在函数的曲线，试再用其它二维图形绘制语句,如line(), stairs()与Stem()相应的命令绘制出这个二维曲线图，并观察结果,看看你能否改变所绘制曲线的顔色线宽，或从绘制的图形上消去所绘制的曲线。 5.观察函数step()和impulse()函数的调用格式，假设系统的传递函数模型为（假设你以前没有接触过控制系统理论式传递函数的概念，也不妨一试） 如果你使用step()函数，你可以用几种方法绘制出系统的阶跃响应曲线?试试看。 三．实验报告 1．列出MATLAB支持的主要数据结构，MATLAB变量的运算和控制流程语句； 2．将上述5道题目的实验结果整理誊写，并粗略绘制相应的图表曲线； 3．对实验中感兴趣的现象进行分析、讨论。 四．注意事项 1．有部分题目使用到了绘制二维图形的命令，需要自行预习这些内容； 2．求解Lyapunov方程时，需要使用专门编写的函数。 实验．控制系统模型的建立和分析（4学时）通过实验熟悉并掌握 假设前面例子中所有的模型均为开环模型，并假设第个模型都有单位负反馈结构，请用MATLAB语言求出系统的闭环模型，并求出开环和闭环系统的零点和极点。 2．假设描述系统的常微分方程为，请选择一组状态变量，将此方程在MATLAB工作空间中表示出来,如果想得到系统的传递函数和零极点模型，我们如何求取?得出的结果又是怎样的？试给出解释。 3．假设系统的对象模型为 这个控制器与对象模型进行串联连接，假定整个闭环系统是由单位负反馈构成的，请求出闭环系统的传递函数模型，并求出该模型的各种状态方程的标准型实现。同时写出开环和闭环系统的零极点模型表示。 4．假设系统由两个模块和串联连接而成，已知 且 若想求出总系统的状态方程模型，请在MATLAB下比较下面两种方法将有何不同结果： 将两个传递函数模型进行串联连接，然后求出整个系统的状态方程模型。 求出两个模型的状态方程表示，然后求出整个系统的状态方程模型。 给出状态方程模型，请判定系统的稳定性，并用Lyapunov方程检验所得的结果，写出系统的Routh表和Hurwitz矩阵，用这些结果再判定系统的稳定性 （c）请判定系统的可控性和可观测性，并写出系统的可控和可观阶梯标准型。 5． 求出下面自治系统状态方程的解析解 ， 6．请绘制下面传递函数模型的单位阶跃响应曲线 7．请绘制出下面系统模型的Nyquist图、Bode图和Nichols图 三．实验报告 1．列出系统的三种典型模型（连续/离散）：传递函数、零极点增益、状态空间，及其各种模型之间的转换语句；控制系统模型的稳定性分析、时域分析、频域分析常用方法； 2．将上述7道题目的实验结果整理誊写，并粗略绘制相应的图表曲线； 3．对实验中发现的问题进行分析、讨论。 四．注意事项 1．关于PID控制器的设计，需要使用到专用的函数命令，需要自行预习这些内容； 2．请翻阅《自动控制原理》教材，复习相关概念（比如Nyquist图、Bode图和Nichols图的概念）。 实验3 控制系统的设计和时域仿真（4学时）Simulink仿真实例，理解计算机的时域仿真和辅助设计的基本原则方法； 进一步理解，并熟练掌握串联超前滞后补偿器和状态反馈控制器的设计方法。 二．实验内容 串联超前滞后补偿器的设计 1．假设系统的对象模型为 并已知我们可以设计一个控制器为请观察在该控制器下系统的动态特性，比较原系统和校正后系统的幅值和相位裕量，并给出进一步改进系统性能的建议。 2．给下面对象的传递函数模型 ?(a)??????????? （1）设计出超前——滞后校正器，使得校