系统仿真及其Matlab实现

系统模拟及其Matlab实现

系统模拟（亦称系统仿真）是指通过建立和运行系统的数学模型，来模仿实际系统的运行状态及其随时间变化的规律，以实现在计算机上进行试验的全过程。这是近30年来发展起来的一门新兴技术学科。实际对象通常是社会、经济、军事等复杂系统，一般都不能通过真实的实验来进行分析、研究。因此，系统模拟技术就成为十分重要甚至必不可少的工具。本章在介绍系统模拟的概念以及一般原理、方法和步骤的基础上，主要介绍三种基本

的模拟方法及其模型，

Monte Carlo）模拟可以具体了解系统模拟的基本原理及方法，排队模型体现了离散事件系统模拟的特点与规律，而系统动力学模拟则是一种可以广泛应用于各个领域的连续系统模拟方法。

1 系统模拟概述

（1）系统模拟的概念

系统模拟（亦称系统仿真）是近30年来发展起来的一门新兴技术学科。模拟（simulation）就是利用模型对实际系统进行试验研究的过程。实际对象通常是社会、经济、军事等复杂系统，一般都不能通过真实的实验来进行分析、研究。因此，

系统模拟技术就成为十分重要甚至必不可少的工具。系统模拟是对实际系统的一种模仿活动，也就是利用一个模型，通常是数学模型，来模仿实际的事物发展变化的规律。

系统模拟的确切概念可以表述如下：系统模拟是指通过建立和运行系统的数学模型，来模仿实际系统的运行状态及其随时间变化的规律，以实现在计算机上进行试验的全过程。在这个工程中，通过对模拟运行过程的观察和统计，得到被模拟系统的模拟输出参数和基本特性，以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能，为真实系统问题的决策提供科学依据。

首先，系统模拟是一种有效的实验手段，它为一些复杂系统创造了一种柔性的计算实验验环境，使人们有可能在短时间内从计算机上获得对系统运动规律以及未来特性的认识。

第二，系统模拟实验是一种计算机上的软件实验，因此他需要较好的模拟软件（包括模拟语言）来支持系统的建模和模拟过程。

第三，模拟的输出结果是在模拟过程中由模拟软件自动给出的。

第四，一次模拟结果只是对系统行为的一次抽样，因此一项模拟研究往往由多次独立的重复模拟组成，所得到的模拟结果也只是对真实系统进行具有一定样本量的模拟实验的随机样本。因

此，模拟往往要进行多次实验的统计推断，以及对系统的性能和变化规律作多因素的综合评估。

目前，系统模拟作为系统研究和实践中的一个重要技术手段，在求解一些复杂的系统问题中，具有下列几个特点。

1）系统模拟面向实际过程和系统问题，将不确定性作为随机变量纳入系统来处理，建立系统的内部结构关系模型，从而使我们对复杂的、带有多种随机因素的系统，可以方便的通过计算机模拟试验求解，避免了求解复杂的数学模型的困难。这也是目前系统模拟得到广泛应用的最根本原因。

2）系统模拟以问题导向方式来建模分析，并使用人-机友好的计算机及软件，使建模与模拟直接面向分析人员，他们可以集中精力研究问题的内部因素及其相互关系，而不是计算机编程、调试及实现，从而使系统模拟为广大科研人员及管理人员所接受。

3）系统模拟为分析人员和决策人员提供了一种有效的实验环境，他们的设想和方案可以通过直接调整模型的参数或结构来实现，并通过模型的模拟运行得到其实施结果，从而可以从中选出满意的方案。因此，系统模拟被看作是“政策实验室”。

然而,模拟技术也并非十全十美,它也有其自身固有的缺点.

1）开发模拟软件,建立运行模拟模型是一项艰巨的工作,它需要进行大量的编程、调试和重复运行实验，这也是要消耗时间、人力和资金的。

2）系统模拟只能得到问题的一个特解或可行解，不可能获得问题的通解或者最优解。模拟参数的调整往往具有极大的盲目性，寻找优化方案将消耗大量的人力、物力。

3）系统建模直接面向实际问题，对于同一问题，由于建模者的认识和看法有差异，往往会得到不同的模型，模型运行的结果也就不同。因此，系统建模常被称为非精确建模，或认为建模是一种“艺术”而不是纯粹的技术。

虽然以上缺点是由模拟本身的性质所造成的，但随着计算机科学（包括硬件和软件）的发展和系统模拟方法研究的深入，这些问题正在得到改善。计算机技术中的多媒体技术、虚拟现实技术、分布式网络技术的引入更使系统模拟如虎添翼，使系统模拟技术的研究与应用水平达到了新的高度。

（2）系统模拟的分类

根据系统模拟的定义，实施一项系统模拟的研究工作，包括三个基本要素，即系统对象、系统模型以及计算机工作。因此，对于模拟中不同的基本要素组合，就必须使用不同类型的模拟技术。在管理系统模拟中,提出使用数学模型和数字计算机,但对于

不同的管理问题,就要使用不同的数学模型.因此，系统模拟分两种.

根据问题研究的系统对象的性质,管理系统模拟一般可以分成连续系统模拟和离散事件系统模拟.

连续系统是指系统状态随时间连续变化的系统,系统行为通常是一些连续变化的过程.连续系统模型提出通常是用一组方程式描述,如微分方程、差分方程等,注意差分方程形式上是时间离散的，但状态变量的变化过程本质上是时间连续的，如人口的变化过程、城市用地、居民住宅建设数量等。因此，连续系统模拟的主要任务就是如何求解上述的系统模型的系统运动方程组。

离散事件系统中，表征系统性能的状态只在随机的时间点上发生跃变，且这种变化是由随机事件驱动的，在两个时间点之间，系统状态不发生任何变化。例如，医院门诊病人数量、路口车辆通过数量、公共汽车上乘车人数的变化、电话系统的呼叫、机器零件的生产线加工过程等都是离散事件系统。离散事件模拟就是通过建立表达上述过程的模型，并在计算机上人为构造随机事件环境，以模拟随机事件的发生、终止、变化的过程，最终获得系统状态随之变化的规律和行为。

（3）系统模拟的基本步骤

系统模拟是一项应用技术，根据它的基本概念和求解问题的出发点及思路，在实际系统模拟应用时，一般遵循以下几个基本步骤。

1）问题描述与定义

系统模拟是面向具体问题而不是面向整个实际系统，因此，首先要在分析、调查的基础上，明确要解决的问题以及实现的目标，确定描述这些目标的主要参数（变量）以及评价标准。根据以上目标，要清晰地定义系统边界，辨认主要状态变量和主要影响因素，定义环境及控制变量（决策变量）。同时，给定模拟的初始条件，并充分估计初始条件对系统主要参数的影响。2）建立模拟模型

模型是关于实际系统某一方面本质属性的抽象描述和表达。建立模拟模型具有其本身的特点。首先它是面向问题和过程的。在离散系统模拟建模中，主要应根据随机发生的离散事件、系统中的实体流以及时间推进机制，按系统的运行进程来建立模型；而在连续系统模拟建模中，则主要根据系统内部各个环节之间的因果关系、系统运行的流程，按一定方式建立相应的状态方程或微分方程来实现模拟建模。其次，建立模拟模型与所选用的模拟语言密切相关。例如，选用通用模拟技术GPSS(general purpose simulation system)语言时，模拟模型将采取实体流和

模块图的形式；当选用带排队功能的图示评审技术Q-GERT （queue—graphical evaluation review technique)语言，或风险评审技术VERT(venture evaluation reviewtechnique)模拟语言时，模拟模型将为随机网络的形式；如果采用多功能模拟语言SLAM（simulation language for alternative modeling)时，则既可构造随机网络和离散事件的模拟模型。当实际系统特别是社会经济系统属于连续性问题时，则可构成因果关系和系统流图模型，并采用系统动力学DYNAMO 模拟语言来实现模拟。3）数据采集

为了进行系统模拟，除了要有必要的模拟输入数据以外，还必须收集与模拟初始条件及系统内部变量有关的数据。这些数据往往是某种概率分布的随机变量的抽样结果，因此需要对真实系统的这些参数或类似系统的这些参数做必要的统计调查，通过分布拟合、参数估计以及假设检验等步骤，确定这些随机变量的概率密度函数，以便输入模拟模型、实施模型运行。

此外，某些动态模型，如系统动力学、计量经济模型等，还需要对历史数据进行误差检验和模型有效性检验。

4）模型的确认

在系统模拟中，所建立的模拟模型能否代表真实系统，是决定模拟研究成败的关键。按照同一的标准对模拟模型的代表

性衡量,这就是模拟模型的确认.目前常用的是三步确认法：第一步由熟知该系统的专家对模型做直观和有内涵的分析评价;第二步是对模型的假设、输入数据的分布进行必要的统计检查；第三步是对模型作调试运行，观察初步模拟结果与估计的结果是否相近。以及改变主要输入变量的数值时模拟输出的变化趋势是否合理。通过以上三个步骤，一般可以认为该模型已经得到了确认。然而，由于模拟模型确认的理论和方法目前尚未达到完善的程度，仍有可能出现不同模拟模型都能得到确认的情况。因此改进模拟模型的确认方法，使之更趋于定量化，仍然是系统模拟技术研究中的一项重要课题。

5）模型的编程实现与验证

在建立模拟模型之后，就需要选用模拟语言编制相应的模拟程序，以便在计算机上作模拟运行试验。为了使模拟能够模仿模拟模型的运行特征，必须使模拟程序与模拟模型在内部逻辑关系和数学关系方面具有高度的一致性，使模拟程序的运行结果能精确地代表模拟模型应当具有的性能。通常这种一致性由模拟语言自编程和建模的对应性中得到保证。但是，在模拟规模较大或内部关系比较复杂时，仍需对模型与程序之间的一致性进行验证。通常均采用程序分块调试和整体程序运行的方法来验证模拟程序的合理性，也可采用对局部模块进行分析计算与模拟结果进行对比的方法来验证模拟程序的正确性。

6）模拟试验设计

在进行正式模拟运行之前，一般均应进行模拟试验框架设计，也就是确定模拟试验的方案。这个试验框架与多种因素有关，如建模模拟目的、计算机性能以及结果处理需求等。通常，模拟试验设计包括模拟时间区间、精度要求、输入输出方式、控制参数的方案及变化范围等。

7）模型的模拟运行

经过确认和验证模型，就可以在试验框架指导下在计算机上进行计算。在运行过程中，可以了解模型对各种不同输入及各种不同模拟方案的输出响应情况，通过获得的所需试验结果和数据，掌握系统的变化规律。

8）模拟结果的输出与分析

对模拟模型进行多次独立重复运行可以得到一系列的相应输出和系统性能参数的均值、标准偏差、最大和最小数值及其他分布参数等。但是，这些参数仅是对所研究系统作模拟实验的一个样本，要估计系统的总体分布参数及其特征，还需要在模拟输出样本的基础上进行必要的统计推断。通常，用于对模拟输出进行统计推断的方法有：对均值和方差的点估计；满足一定置信水平的置信区间估计；模拟输出的相关分析；模拟精度与重复模拟运行次数的关系以及模拟输出相应的方差衰减技术等。以

上所述是系统模拟的原则性步骤，在实际管理系统模拟研究时，这几个步骤紧密相连，对不同的管理问题和模拟方法，也不是一成不变的。从问题定义开始，通过建立模拟模型、收集数据、完成模型确认、模拟编程实验和验证，在模拟实验设计的基础上，重复模拟模型运行，并对模拟结果进行统计分析和统计推断，直到为决策部门和决策人员提供满意的方案为止的全过程是一个辩证的过程、迭代的过程。

2 蒙特卡洛模拟方法

蒙特卡洛模拟是一种特殊而应用广泛的计算机模拟方法，它是充分利用计算机计算能力的随机实验方法。下面我们通过一个简单的例子说明该方法的基本原理。

某消防部门现有三辆消防车，需要决定是否应该增配消防车。假定是否增配消防车主要依据经济因素来决定，其他假设条件如下:

*现有三辆消防车。

*一辆消防车可以而且只能同时处理1起火警。

*无论是否出警，一辆消防车一天运行费用为500元。

*如果出现一起火警而没有消防车到场，则损失2000元。

现有过去200天的火警记录，其中200天没有火警的有20天，一天只出现1起火警的有30天，同时出现2起火警的有70天，依次类推。根据频率可以列出事件的发生概率（见表1）。

表1 过去200天的火警记录

如果某一天同时发生火警的最大数为X，当X≤3时，总费用为1500元；当X＞3时，总费用为1500+2000（X-3）元。

现假设增加1辆消防车，即有4辆消防车，当X≤4时，总费用为4*500＝2000元；当X＞4时，总费用为2000+2000（X-4）元。

于是我们考虑未来20天的情况。首先需要模拟未来20天每天可能发生火警的最大数。采用如表10-2所示的随机数表，进行手工模拟。在随机数表中，我们选择第一列数的前2位，那么这个随机数就表示X可能出现的情况。根据表10-1的出现概率以及累积概率，当随机数取00～09时表示同时发生火警数为

0起，当随机数取10～24时，表示同时发生火警为1起，因为此时累积概率为25％；依此类推，结果如表10-3所示。根据上述情况，我们可以模拟这20天的火警情况，并计算有3辆或4辆消防车分别带来的损失，全部结果如表10-4所示。由分析结果看出，增加1辆消防车在20天内可以节省4000元。

表2 积累概率与随机数

表3 模拟结果

注意，这里的随机数是在假设每天可能同时发生火警的最大数服从均匀分布，因此用了一个10 000的均匀分布。在实际问题的处理中，随机数的产生可以通过专门的计算机程序和算法来产生。另外，我们在此只做了一次模拟，而在实际问题中，要复杂得多，通常可以借助计算机进行大量的实验，最后求得问题平均解值。

3 排队模型

（1）排队系统基本概念

排队对我们来说是最熟悉不过的了，在购买火车票的时候、在医院看病的时候、在超市出口等待付款的时候、在银行取钱的时候，以及其他许许多多的场合，我们都需要排队等候。

然而并非所有的排队只涉及个人，也许有若干项工作排队等候机器来处理。我们称任何等待一项服务的人或事物为顾客，称提供这项服务的人和事情为服务台。因此，当顾客的数量超过了服务台的容量时，也就是说到达的顾客不能立即得到服务时，就形成了排队现象。表4就是一些典型的排队的例子。

表4 典型的排队例子

从排队的概念以及构成排队的几个要素来看，排队可以有多种形式：

●可以是单个服务台、单个队列。

●可以是多个服务台、单个队列。

●多个服务台可以串连，也可以并联。

●顾客到来也许是随机的，也许是按照某种系统的方式有规律的到来。

●顾客可能是一个一个到来，也可能是成批到来。

●服务事件也许是恒定的，也许是可变的。

●顾客接受服务的顺序也许与到来的顺序一致，即“先到先服务”，一些与到来顺序不一致，如紧急情况，也就是“插队”。

要讨论排队服务的质量，我们通常用顾客需要等待的时间进行评判。影响一个队列的长度称为队长取决于三个因素：一是顾客到达的速度；二是顾客接受服务的时间；三是服务台的数量。

如果服务台的个数足够多，等候排队的队伍就不会太长，但服务台的成本就比较高；如果服务台比较少，成本相对比较低，但顾客等待时间可能会比较长，队长会影响服务质量。因此，我们需要在各方面之间找到一种平衡，也就是成本和服务质量之间进行权衡，使方方面面都能接受。

（2）单服务台排队模型

最简单的排队问题只有一个服务台为一个队列顾客提供服务的排队。称这类问题为单服务台排队问题，下面建立单服务台排队模型。并假设： ●一个服务台。 ●一队顾客。 ●顾客随机到达。

●服务顺序为“先到先服务”。 ●系统可以到达稳定状态。

●对于队列中的顾客数量没有限制。 ●对于接受服务的顾客数量没有限制。 ●所有到来的顾客都等待服务。

1）顾客到达。假设顾客到达服从泊松随机分布。因此，在单位时间内顾客到达的平均人数为λ，在单位时间内有r 个顾客到达的概率可以根据泊松分布求出。

()!

r

e P k r r λλ?==--------- ①

式①中r为到达的顾客数目；λ为平均到达的顾客数目；e为自然对数的底（2.71828…）。

2）随机服务时间。顾客接受服务的时间是随机的，但它是连续变量。我们可以用负指数分布来描述。如果服务速度的均值，即单位时间内接受服务的顾客数为μ，那么，服务时间不超过某一时间t的概率为：

()1t

P T t eμ-

≤=------------②

所以服务到时间t没有完成的概率为：

()()

1t

P T t P T t eμ-

>=-≤=------------③

3）排队队列的运行特征。显然，如果平均到达速度大于平均服务速度，系统永远不会达到一个稳定状态。到来的顾客总比接受服务后离开的顾客多，队会越排越长。但我们的分析研究必须假定系统能达到一种稳定，也就是说要满足

μλ

>。通常把符合上述到达（服从泊分布）和服务（服从负指数分布）规律的单服务台排队问题称为M/M/1模型。在系统中没有顾客的概率，也就是服务台空闲的概率为：

01

P

λ

μ

=-------------------④

有n个顾客在系统中的概率为：

0n

n P P λμ??

=? ???

---------------⑤

因此。可以计算系统中顾客的平均数L ：

n n L n P λμλ

∞

==?=

-∑--------------⑥

平均排队人数= 等于平均的系统人数- 平均的正在接受服务的人数：

2

()

q L L λλλλμμλμμμλ=-=-=

-------⑦ 顾客在系统中花费的平均时间W 为：

1

L

W λ

μλ

=

=

-----------------⑧

平均排队时间=平均在系统中的时间-平均服务时间：

1

()

q W W λ

μμμλ=-=

-------------⑨ 例1 假设到某银行取款机取钱的人随机到来，且服从泊松分布，平均为每小时30人。如果取款机的服务时间平均每人需0.5分

钟，取款机前会排多长的队？如果平均服务时间为1.0分钟、1.5分钟或2分钟，情况会怎样？顾客平均在系统中花费多少时间？ 解 平均到达速度30λ=（人/小时），平均服务速度为

??120μ==（人/小时）。于是，平均排队人数为：

22300.083()120(12030)

q L λμμλ===-?-

平均排队时间为：

30

0.003()120(12030)

q W λμμλ===-?-（小时）=0.18分钟

如果平均服务时间为1分钟或1.5分钟，相应的平均服务速度μ为60人和40人（每小时），满足μλ>。于是带入式⑦和式⑨，得到

60,0.5,0.017q q L W μ===（小时）或1.02分钟

40, 2.25,0.075q q L W μ===（小时）或4.5分钟

如果平均服务时间延长到2分钟，平均服务速度为30μ= 。这时，不满足μλ>，所以，系统将不能自动达到稳定状态，排队会越来越长。

按式⑥和式⑧，可以分别计算系统中的顾客数以及顾客在系统中平均花费的时间。

若120μ=，则

30

0.33312030L λ

μλ===--

11

0.01112030

W μλ=

==--（小时）=0.66（分钟）

若60μ=，则

30

1.06030

L λ

μλ===--

110.0336030

W μλ===--（小时）=2（分钟）

若40μ=，则

30

3.04030

L λ

μλ===--

110.14030

W μλ===--（小时）=6（分钟）

（3） 多服务台排队模型

如果顾客平均到达速度大于平均服务速度，或者如果排队过长，我们可以通过增加服务台改进服务。考虑1队顾客接受N 个并联服务台服务的情况，在银行、加油站、收费站等处都是这

信号与系统的MATLAB仿真

信号与系统的MATLAB 仿真 一、信号生成与运算的实现 1.1 实现)3(sin )()(π±== =t t t t S t f a )(sin )sin()sin(sin )()(t c t t t t t t t S t f a '=' '== ==πππ π ππ m11.m t=-3*pi:0.01*pi:3*pi; % 定义时间范围向量t f=sinc(t/pi); % 计算Sa(t)函数 plot(t,f); % 绘制Sa(t)的波形 运行结果： 1.2 实现)10() sin()(sin )(±== =t t t t c t f ππ m12.m t=-10:0.01:10; % 定义时间范围向量t f=sinc(t); % 计算sinc(t)函数 plot(t,f); % 绘制sinc(t)的波形 运行结果： 1.3 信号相加：t t t f ππ20cos 18cos )(+= m13.m syms t; % 定义符号变量t f=cos(18*pi*t)+cos(20*pi*t); % 计算符号函数f(t)=cos(18*pi*t)+cos(20*pi*t) ezplot(f,[0 pi]); % 绘制f(t)的波形 运行结果：

1.4 信号的调制：t t t f ππ50cos )4sin 22()(+= m14.m syms t; % 定义符号变量t f=(2+2*sin(4*pi*t))*cos(50*pi*t) % 计算符号函数f(t)=(2+2*sin(4*pi*t))*cos(50*pi*t) ezplot(f,[0 pi]); % 绘制f(t)的波形 运行结果： 1.5 信号相乘：)20cos()(sin )(t t c t f π?= m15.m t=-5:0.01:5; % 定义时间范围向量 f=sinc(t).*cos(20*pi*t); % 计算函数f(t)=sinc(t)*cos(20*pi*t) plot(t,f); % 绘制f(t)的波形 title('sinc(t)*cos(20*pi*t)'); % 加注波形标题 运行结果：

Matlab通信系统仿真实验报告

Matlab通信原理仿真 学号： 2142402 姓名：圣斌

实验一Matlab 基本语法与信号系统分析 一、实验目的： 1、掌握MATLAB的基本绘图方法； 2、实现绘制复指数信号的时域波形。 二、实验设备与软件环境： 1、实验设备：计算机 2、软件环境：MATLAB R2009a 三、实验内容： 1、MATLAB为用户提供了结果可视化功能，只要在命令行窗口输入相应的命令，结果就会用图形直接表示出来。 MATLAB程序如下： x = -pi::pi; y1 = sin(x); y2 = cos(x); %准备绘图数据 figure(1); %打开图形窗口 subplot(2,1,1); %确定第一幅图绘图窗口 plot(x,y1); %以x，y1绘图 title('plot(x,y1)'); %为第一幅图取名为’plot(x,y1)’ grid on; %为第一幅图绘制网格线 subplot(2,1,2) %确定第二幅图绘图窗口 plot(x,y2); %以x，y2绘图 xlabel('time'),ylabel('y') %第二幅图横坐标为’time’,纵坐标为’y’运行结果如下图： 2、上例中的图形使用的是默认的颜色和线型，MATLAB中提供了多种颜色和线型，并且可以绘制出脉冲图、误差条形图等多种形式图： MATLAB程序如下： x=-pi:.1:pi; y1=sin (x); y2=cos (x); figure (1); %subplot (2,1,1); plot (x,y1); title ('plot (x,y1)'); grid on %subplot (2,1,2); plot (x,y2);

春MATLAB仿真期末大作业

MATLAB仿真 期末大作业 姓名：班级：学号：指导教师：

2012春期末大作业 题目：设单位负反馈控制系统前向通道传递函数由)()(21s G s G 和串联，其中： ) 1(1)()(21++==s A s G s K s G A 表示自己学号最后一位数（可以是零），K 为开环增益。要求： （1）设K=1时，建立控制系统模型，并绘制阶跃响应曲线（用红色虚线，并标注坐标和标题）；求取时域性能指标，包括上升时间、超调量、调节时间、峰值时间； （2）在第（1）问中，如果是在命令窗口绘制阶跃响应曲线，用in1或者from workspace 模块将命令窗口的阶跃响应数据导入Simulink 模型窗口，用示波器显示阶跃响应曲线；如果是在Simulink 模型窗口绘制阶跃响应曲线，用out1或者to workspace 模块将Simulink 模型窗口的阶跃响应数据导入命令窗口并绘制阶跃响应曲线。 （3）用编程法或者rltool 法设计串联超前校正网络，要求系统在单位斜坡输入信号作用时，速度误差系数小于等于0.1rad ，开环系统截止频率s rad c /4.4''≥ω，相角裕度大于等于45度，幅值裕度大于等于10dB 。

仿真结果及分析： （1）、（2）、将Simulink模型窗口的阶跃响应数据导入命令窗口并绘制阶跃响应曲线 通过在Matlab中输入命令： >> plot(tout,yout,'r*-') >> title('阶跃响应曲线') 即可得出系统阶跃响应曲线，如下： 求取该控制系统的常用性能指标：超调量、上升时间、调节时间、峰值时间的程序如下： G=zpk([],[0,-1],5)。 S=feedback(G,1)。

matlab控制系统仿真.

课程设计报告 题目PID控制器应用 课程名称控制系统仿真院部名称龙蟠学院 专业自动化 班级M10自动化 学生姓名 学号 课程设计地点 C208 课程设计学时一周 指导教师应明峰 金陵科技学院教务处制成绩

一、课程设计应达到的目的 应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 二、课程设计题目及要求 1．单回路控制系统的设计及仿真。 2．串级控制系统的设计及仿真。 3．反馈前馈控制系统的设计及仿真。 4．采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。 三、课程设计的内容与步骤 (1)．单回路控制系统的设计及仿真。 （a）已知被控对象传函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。 （b）画出单回路控制系统的方框图。 （c）用MatLab的Simulink画出该系统。

（d）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应曲线。注明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=50(5s+1)/(3s+1) 给定值为单位阶跃响应幅值为3。 有积分作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 2 5 有积分作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 0 5

大比例作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 0 0 （e）修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响？ 答：由上图分别可以看出无积分作用和大比例积分作用下的系数响应曲线，这两个PID调节的响应曲线均不如前面的理想。增大比例系数将加快系统的响应，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏；

电机学matlab仿真大作业报告

. 基于MATLAB的电机学计算机辅助分析与仿真 实验报告

一、实验内容及目的 1.1 单相变压器的效率和外特性曲线 1.1.1 实验内容 一台单相变压器，N S =2000kVA, kV kV U U N N 11/127/21=，50Hz ，变压器的参数 和损耗为008.0* ) 75(=C k o R ，0725.0*=k X ，kW P 470=，kW P C KN o 160)75(=。 (1)求此变压器带上额定负载、)(8.0cos 2滞后=?时的额定电压调整率和额定效率。 (2)分别求出当0.1,8.0,6.0,4.0,2.0cos 2=?时变压器的效率曲线，并确定最大效率和达到负载效率时的负载电流。 (3)分析不同性质的负载（),(8.0cos 0.1cos ),(8.0cos 222超前，滞后===???）对变压器输出特性的影响。 1.1.2 实验目的 （1）计算此变压器在已知负载下的额定电压调整率和额定效率 （2）了解变压器效率曲线的变化规律 （3）了解负载功率因数对效率曲线的影响 （4）了解变压器电压变化率的变化规律 （5）了解负载性质对电压变化率特性的影响 1.1.3 实验用到的基本知识和理论 （1）标幺值、效率区间、空载损耗、短路损耗等概念 （2）效率和效率特性的知识 （3）电压调整率的相关知识 1.2串励直流电动机的运行特性 1.2.1实验内容 一台16kw 、220V 的串励直流电动机，串励绕组电阻为0.12Ω，电枢总电阻为0.2Ω。电动势常数为.电机的磁化曲线近似的为直线。其中为比例常数。假设电枢电流85A 时，磁路饱和(为比较不同饱和电流对应的效果，饱和电流可以自己改变）。

MATLAB仿真实验全部

实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些？ 2、 如何判断系统稳定性？ 3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为：)()()()(1 )(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.

matlab 大作业

上海电力学院 通信原理Matlab仿真 实验报告 实验名称： 8QAM误码率仿真 试验日期： 2014年 6月3日 专业：通信工程 姓名：罗侃鸣 班级： 2011112班 学号： 20112272

一、实验要求 写MATLAB程序，对图示的信号星座图完成M=8的QAM通信系统Monte Carlo仿真，在不同SNRindB=0：15时，对N=10000（3比特）个符号进行仿真。画出该QAM系统的符号误码率。 二、实验原理 1 QAM调制原理 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)正交幅度调制技术，是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调幅，利用这种已调信号的频谱在同一带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。该调制方式通常有8QAM，16QAM，64QAM。 QAM调制实际上就是幅度调制和相位调制的组合，相位+ 幅度状态定义了一个数字或数字的组合。QAM的优点是具有更大的符号率，从而可获得更高的系统效率。通常由符号率确定占用带宽。因此每个符号的比特（基本信息单位）越多，频带效率就越高。 调制时，将输入信息分成两部分：一部分进行幅度调制；另一部分进行相位调制。对于星型8QAM信号，每个码元由3个比特组成，可将它分成第一个比特和后两个个比特两部分。前者用于改变信号矢量的振幅，后者用于差分相位调制，通过格雷编码来改变当前码元信号矢量相位与前一码元信号矢量相位之间的相位差。 QAM是一种高效的线性调制方式，常用的是8QAM，16QAM，64QAM等。当随着M 的增大，相应的误码率增高，抗干扰性能下降。 2 QAM星座图 QAM调制技术对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图。QAM的星座图呈现星状分

MATLAB Simulink系统建模与仿真 实验报告

MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真 实验报告 姓名：****** 专业：电气工程及其自动化 班级：******************* 学号：*******************

实验一无穷大功率电源供电系统三相短路仿真 1.1 无穷大功率电源供电系统仿真模型构建 运行MATLAB软件，点击Simulink模型构建，根据电路原理图，添加下列模块： （1）无穷大功率电源模块（Three-phase source） （2）三相并联RLC负荷模块（Three-Phase Parallel RLC Load） （3）三相串联RLC支路模块（Three-Phase Series RLC Branch） （4）三相双绕组变压器模块（Three-Phase Transformer (Two Windings)） （5）三相电压电流测量模块（Three-Phase V-I Measurement） （6）三相故障设置模块（Three-Phase Fault） （7）示波器模块（Scope） （8）电力系统图形用户界面（Powergui） 按电路原理图连接线路得到仿真图如下： 1.2 无穷大功率电源供电系统仿真参数设置 1.2.1 电源模块 设置三相电压110kV，相角0°，频率50Hz，接线方式为中性点接地的Y形接法，电源电阻0.00529Ω，电源电感0.000140H，参数设置如下图：

1.2.2 变压器模块 变压器模块参数采用标幺值设置，功率20MVA，频率50Hz，一次测采用Y型连接，一次测电压110kV，二次侧采用Y型连接，二次侧电压11kV，经过标幺值折算后的绕组电阻为0.0033，绕组漏感为0.052，励磁电阻为909.09，励磁电感为106.3，参数设置如下图： 1.2.3 输电线路模块 根据给定参数计算输电线路参数为：电阻8.5Ω，电感0.064L，参数设置如下图： 1.2.4 三相电压电流测量模块 此模块将在变压器低压侧测量得到的电压、电流信号转变成Simulink信号，相当于电压、电流互感器的作用，勾选“使用标签（Use a label）”以便于示波器观察波形，设置电压标签“Vabc”，电流标签“Iabc”，参数设置如下图：

matlab机电系统仿真大作业

一曲柄滑块机构运动学仿真 1、设计任务描述 通过分析求解曲柄滑块机构动力学方程，编写matlab程序并建立Simulink 模型，由已知的连杆长度和曲柄输入角速度或角加速度求解滑块位移与时间的关系，滑块速度和时间的关系，连杆转角和时间的关系以及滑块位移和滑块速度与加速度之间的关系，从而实现运动学仿真目的。 2、系统结构简图与矢量模型 下图所示是只有一个自由度的曲柄滑块机构，连杆与长度已知。 图2-1 曲柄滑块机构简图 设每一连杆（包括固定杆件）均由一位移矢量表示，下图给出了该机构各个杆件之间的矢量关系 图2-2 曲柄滑块机构的矢量环

3．匀角速度输入时系统仿真 3.1 系统动力学方程 系统为匀角速度输入的时候，其输入为输出为；。 (1) 曲柄滑块机构闭环位移矢量方程为: (2)曲柄滑块机构的位置方程 (3)曲柄滑块机构的运动学方程 通过对位置方程进行求导，可得 由于系统的输出是与，为了便于建立A*x=B形式的矩阵，使x=[], 将运动学方程两边进行整理，得到 将上述方程的v1与w3提取出来，即可建立运动学方程的矩阵形式 3.2 M函数编写与Simulink仿真模型建立 3.2.1 滑块速度与时间的变化情况以及滑块位移与时间的变化情况 仿真的基本思路：已知输入w2与，由运动学方程求出w3和v1，再通过积分，即可求出与r1。 （1）编写Matlab函数求解运动学方程 将该机构的运动学方程的矩阵形式用M函数compv（u）来表示。 设r2=15mm，r3=55mm，r1（0）=70mm，。 其中各个零时刻的初始值可以在Simulink模型的积分器初始值里设置

M函数如下： function[x]=compv(u) %u(1)=w2 %u(2)=sita2 %u(3)=sita3 r2=15; r3=55; a=[r3*sin(u(3)) 1;-r3*cos(u(3)) 0]; b=[-r2*u(1)*sin(u(2));r2*u(1)*cos(u(2))]; x=inv(a)*b; （2）建立Simulink模型 M函数创建完毕后，根据之前的运动学方程建立Simulink模型，如下图： 图3-1 Simulink模型 同时不要忘记设置r1初始值70，如下图： 图3-2 r1初始值设置

实验一 典型环节的MATLAB仿真汇总

实验一 典型环节的MATLAB 仿真 一、实验目的 1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。 2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、SIMULINK 的使用 MATLAB 中SIMULINK 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。利用SIMULINK 功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。 1．运行MATLAB 软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink 命令，按Enter 键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1所示的SIMULINK 仿真 环境下。 2．选择File 菜单下New 下的Model 命令，新建一个simulink 仿真环境常规模板。 3．在simulink 仿真环境下，创建所需要的系统 三、实验内容 按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK 仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。 ① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G 实验处理：1)(1=s G SIMULINK 仿真模型

波形图为： 实验处理：2)(1=s G SIMULINK 仿真模型 波形图为： 实验结果分析：增加比例函数环节以后，系统的输出型号将输入信号成倍数放大. ② 惯性环节11)(1+= s s G 和15.01)(2+=s s G 实验处理：1 1 )(1+=s s G SIMULINK 仿真模型

波形图为： 实验处理：1 5.01 )(2+= s s G SIMULINK 仿真模型 波形图为： 实验结果分析：当1 1 )(1+= s s G 时，系统达到稳定需要时间接近5s,当

电机大作业(MATLAB仿真-电机特性曲线)

电机大作业 专业班级：电气XXXX 姓名：XXX 学号：XXX 指导老师：张威

一、研究课题（来源：教材习题 4-18 ） 1. 74 、R 2 0.416 、X 2 3.03 、R m 6. 2 X m 75 。电动机的机械损耗p 139W,额定负载时杂散损耗p 320W, 试求额定负载时的转差率、定子电流、定子功率因数、电磁转矩、输出转矩和效 率。 二、编程仿真 根据T 形等效电路: 3D - R Q 运用MATLAB 进行绘图。MATLAB 文本中，P N PN ，U N UN ，尺 R 1， X 1 X1 , R 2 R 2，X 2 X 2，R m Rm, X m Xm ，p pjixiesunh ao ， p pzasansunhao 。定子电流I11，定子功率因数 Cosangle1，电磁转矩Te ， 效率 Xiaolv 。 1.工作特性曲线绘制 MATLA 文本： R1=0.715;X 仁1.74;Rm=6.2;Xm=75;R2=0.416;X2=3.03;pjixiesu nhao=139; pzasa nsu nhao=320;p=2;m 仁 3; ns=1500;PN=17000;UN=380;fN=50; Z1=R1+j*X1; Zm=Rm+j*Xm; for i=1:2500 s=i/2500; nO=n s*(1-s); Z2=R2/s+j*X2; Z=Z1+Zm*Z2/(Zm+Z2); 有一台三相四极的笼形感应电动机， 参数为P N 17kW 、U N 380V (△联 Rm 结）、尺 0. 715 、X j lcr S

U1=UN; I1=U1/Z; l110=abs(l1); An gle 仁an gle(ll); Cosa ngle10=cos(A ngle1); P仁3*U1*l110*Cosa ngle10; l2=l1*Zm/(Zm+Z2); Pjixie=m1*(abs(I2))A2*(1-s)/s*R2; V=(1-s)*pi*fN; Te0=Pjixie/V; P20=Pjixie-pjixies un hao-pzasa nsun hao; Xiaolv0=P20/P1; P2(i)=P20; n (i)=n0; l11(i)=l110; Cosa ngle1(i)=Cosa ngle10; Te(i)=Te0; Xiaolv(i)=Xiaolv0; hold on; end figure(1) plot(P2, n); xlabel('P2[W]');ylabel(' n[rpm]'); figure(2) plot(P2,l11); xlabel('P2[W]');ylabel('l1[A]'); figure(3) plot(P2,Cosa nglel); xlabel('P2[W]');ylabel('go nglvyi nshu'); figure(4) plot(P2,Te); xlabel('P2[W]');ylabel('Te[Nm]'); figure(5) plot(P2,Xiaolv); xlabel('P2[W]');ylabel('xiaolv');

MATLAB与系统仿真实验指导书

实验指导书（标准格式） 《MATLAB与系统仿真》 实验指导书 课程编号：ME2121025课程名称：MATLAB与系统仿真适应专业：电气工程及其自动化课程类别：限选 实验教学种类：上机课程总学时：30＋6 实验学时：6 执笔人：勾燕洁 西安电子科技大学机电工程学院 2006 年9 月

目录 实验一MA TLAB的基本使用及矩阵操作------------------- 3 实验二MA TLAB编程与图形处理---------------------------- 9 实验三MA TLAB中的数值运算与系统仿真---------------- 15

实验一MA TLAB的基本使用及矩阵操作 一、实验目的和要求 熟悉MA TLAB的界面和基本操作，掌握矩阵的建立方法及各种运算。 1．熟悉MA TLAB软件的界面和帮助系统。 2．掌握MA TLAB软件中关于矩阵建立、矩阵初等变换以及矩阵算术、关系、逻辑运算的各种命令。 3．掌握MA TLAB软件中M函数和M文件的编写，以及程序结构与控制，学会编写一般程序。 二、实验内容 1．启动与退出 2．数、数组、矩阵的输入 3．MA TLAB的基本命令 4．矩阵大小的测试 5．矩阵元素的操作 6．特殊矩阵的产生 7．矩阵的算术运算 8．矩阵的关系运算 9．矩阵的逻辑运算 10．常用函数 三、实验仪器、设备（软、硬件）及仪器使用说明 PC机一台，注意正确开、关机及打开软件。 四、实验原理 无 五、实验方法与步骤 1．启动与退出 双击MA TLAB图标，进入MA TLAB命令窗口，即可输入命令，开始运算； 观察各个窗口以及菜单； 单击File菜单中的Exit，或使用MATLAB的Exit命令退出。

运动控制MATLAB仿真

大作业: 直流双闭环调速MATLAB仿真 运动控制技术课程名称： 名：姓电气学院院：学 自动化业：专 号：学 孟濬指导教师： 2012年6月2日

------------------------------------- -------------学浙大江 李超 一、Matlab仿真截图及模块功能描述 Matlab仿真截图如下，使用Matlab自带的直流电机模型： 模块功能描述： ⑴电机模块（Discrete DC_Machine）：模拟直流电机 ⑵负载转矩给定（Load Torque）：为直流电机添加负载转矩 ⑶Demux：将向量信号分离出输出信号 ⑷转速给定（Speed Reference）：给定转速 ⑸转速PI调节（Speed Controller）：转速PI调节器，对输入给定信号与实际信号

的差值进行比例和积分运算，得到的输出值作为电流给定信号。改变比例和积分运算系数可以得到不同的PI控制效果。 ⑹电流采样环节（1/z）：对电流进行采样，并保持一个采样周期 ⑺电流滞环调节（Current Controller）：规定一个滞环宽度，将电流采样值与给定值进行对比，若：采样值＞给定值+0.5*滞环宽度，则输出0； 若：采样值＜给定值—0.5*滞环宽度，则输出1； 若：给定值—0.5*滞环宽度＜采样值＜给定值+0.5*滞环宽度，则输出不变 输出值作为移相电压输入晶闸管斩波器控制晶闸管触发角 ：根据输入电压改变晶闸管触发角，从而改变电机端电压。GTO⑻晶闸管斩波．⑼续流二极管D1：在晶闸管关断时为电机续流。 ⑽电压传感器Vd：测量电机端电压 ⑾示波器scope：观察电压、电流、转速波形 系统功能概括如下：直流电源通过带GTO的斩波器对直流电机进行供电，输出量电枢电流ia和转速wm通过电流环和转速环对GTO的通断进行控制，从而达到对整个电机较为精确的控制。 下面对各个部分的功能加以详细说明： （1）直流电机 双击电动机模块，察看其参数：

一阶、二阶系统时域和频域仿真

西安交通大学 基于MATLAB/Simulink 的一阶、二阶系统的时域和频 域仿真 ——以单位阶跃信号为输入信号 日期：2013年4月 一阶系统时域和频域仿真 1、建立一阶系统典型数学模型 ()1 1 G s Ts =+ 2、建立simulink 仿真方框图

1T.s+1 Transfer Fcn Step Scope ① 时间常数T=1时，一阶系统时域响应为 12345678 910 00.5 1 一阶系统时域相应（T=1） Matlab 程序： %一阶系统仿真编程 num=[1]; den=[1 1]; bode(num,den); grid on ; gtext('低频段频率-20dB/dec'); 运行程序，有时间常数T=1时，一阶系统的频域响应为

10 -210 -1 10 10 1 10 2 -90-45 一阶系统频域响应 P h a s e (d e g ) Bode Di a gram Frequency (rad/s) -40-30-20-100 低频段斜率-20dB/dec System: sys Frequency (rad/s): 1.01Magni t ude (dB): -3.07 M a g n i t u d e (d B ) ② 时间常数T=3时，一阶系统单位阶跃时域响应 12345678910 00.5 1 一阶系统单位阶跃响应（T=3） Matlab 程序： %一阶系统仿真编程 num=[1]; den=[3 1]; bode(num,den);

grid on ; gtext('低频段频率-20dB/dec'); 运行程序，有时间常数T=3时，一阶系统的频域响应为 10 -210 -1 10 10 1 -90-45 P h a s e (d e g ) Bode Di a gram Frequency (rad/s) -30-20-100 低频段频率-20dB/dec System: sys Frequency (rad/s): 0.334Magni t ude (dB): -3.03 M a g n i t u d e (d B ) 3、分析以上一阶系统在不同时间常数下的单位阶跃响应，可以看出时间常数越小，系统响应越快；而且一阶系统的转角频率为1/T ，在转角频率以上时，幅频特性曲线以-20dB/dec 下降，而相频特性以0°和90°为渐近线。

基于MATLAB的系统仿真实验

基于MATLAB的系统仿真实验 实验指导书 新乡学院 二○○八年三月

说明 MATLAB是MATrix LABoratory的缩写，是一种基于矩阵的数学与工程计算系统，可以用作动态系统的建模与仿真。研究系统的结构和参数的变化对系统性能的影响可利用MATLAB强大的计算和作图功能，因此本实验采用MATLAB仿真研究连续控制系统和离散控制系统的性能分析过程。通过该实验提高学生对控制系统的分析与设计能力，加深对《自动控制原理》课程内容的理解。 由于学时有限，该实验由同学们参考有关MATLAB应用的书籍利用课后时间完成。

第一部分 基于MATLAB 连续系统的仿真 一、 实验目的 在研究系统的结构和参数的变化对系统性能的影响时，采用解析和作图的方法比较麻烦，而且误差也大，用MATLAB 仿真实现则简单方便，精度高。本实验采用MATLAB 实现控制系统的数学描述、控制系统的时域分析及根轨迹和频率特性分析。通过该实验，加深学生对系统阶次，型号，参数与系统性能的关系的理解。 二、实验环境 在计算机Windows 环境下安装好MATLAB6.3以上版本后，双击MATLAB 图标或成“开始”菜单打开MATLAB ，即可进入MATLAB 集成环境。 三、MATLAB 应用实例 1．拉氏变换和反变换 例 求22)(2++=t t t f 的拉氏变换 解 键入 syms s t; ft=t^2+2*t+2; st=laplace(ft,t,s) 运行结果为 st= 2/s^3+2/s^2+2/s 例 求) 2)(34(6 )(2 ++++= s s s s s F 的拉氏反变换 解 键入 syms s t; Fs=(s+6)/(s^2+4*s+3)/(s+2); ft=ilaplace(Fs,s,t) 运行结果为 ft= 3/2*exp(-3*t)+5/2*exp(-t)-4*exp(-2*t) 2。求根运算 例 求多项式 43)(2 3 ++=s s s p 的根，再由根建多项式。 解 键入 p=[1 3 0 4]; r=root(p) 运行结果为 r= -3.3553 0.1777+1.0773i 1.7777-1.0773i

华科matlab大作业

MATLAB语言、控制系统分析与设计 大作业 升降压斩波电路MATLAB仿真 专业：电气工程及其自动化 班级： 设计者： 学号： 评分： 华中科技大学电气与电子工程学院 2016 年1月

评分栏

目录 一、引言 (4) 二、电路设计与仿真 (4) 三、仿真结果及分析 (7) 四、深入讨论 (10) 五、总结 (10) 六、参考资料 (11)

升降压斩波电路MATLAB 仿真 一．引言 Buck/Boost 变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器，其主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也有开关管、二极管、电感和电容构成。与Buck 和Boost 电路不同的是，电感L 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压相反。开关管也采用PWM 控制方式。Buck/Boost 变换器也有电感电流连续喝断续两种工作方式，在此只讨论电感电流在连续状态下的工作模式。 二．电路设计与仿真 1、电路原理 当可控开关V 处于通态时，电源E 经V 向电感L 供电使其储存能量，此时电流为i1。同时，电容C 维持输出电压基本恒定并向负载R 供电。此后，使V 关断，电感L 中储存的能量向负载L 释放，电流为i2。负载电压极性为上正下负，与电源电压极性相反。 稳态时，一个周期T 内电感L 两端电压UL 对时间积分为零，即 当V 处于通态期间，UL=E ；而当V 处于断态期间，UL=-Uo 。于是 所以，输出电压为 =?dt T L U off o on t U Et =E E t T t E t t U on on off on o α α -=-== 1

MATLAB与系统仿真实验手册

MATLAB与控制系统仿真实验指导书 河北大学电子信息工程学院 2006年9月

目录 实验一MATLAB基本操作与基本运算 (1) 实验二M文件及数值积分仿真方法设计 (3) 实验三MATLAB 的图形绘制 (4) 实验四函数文件设计和控制系统模型的描述 (6) 实验五控制系统的分析与设计 (7) 实验六连续系统离散化仿真方法设计 (8) 实验七SIMULINK 仿真 (9) 实验八SIMULINK 应用进阶 (10) 附录MATLAB常用函数 (12)

实验一MATLAB基本操作与基本运算 一、实验目的及要求： 1．熟悉MATLAB6.5的开发环境； 2．掌握MATLAB6.5的一些常用命令； 3．掌握矩阵、变量、表达式的输入方法及各种基本运算。 二、实验内容： 1.熟悉MATLAB6的开发环境： ①MATLAB的各种窗口： 命令窗口、命令历史窗口、启动平台窗口、工作空间窗口、当前路径窗口。 图1 MA TLAB界面窗口 ②路径的设置： 建立自己的文件夹，加入到MA TLAB路径中，并保存。 设置当前路径，以方便文件管理。 ③改变命令窗口数据的显示格式 >> format short >> format long

然后键入特殊变量：pi （圆周率），比较显示结果。 2.掌握MATLAB 常用命令 >> who %列出工作空间中变量 >> whos %列出工作空间中变量，同时包括变量详细信息 >>save test %将工作空间中变量存储到test.mat 文件中 >>load test %从test.mat 文件中读取变量到工作空间中 >>clear %清除工作空间中变量 >>help 函数名 %对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明 >>lookfor %查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称 如： lookfor Lyapunov 可列出与Lyapunov 有关的所有函数。 3. 在MATLAB 的命令窗口计算: 1) )2sin(π 2) 5.4)4.05589(÷?+ 4. 设计M 文件计算: 已知 求出： 1) a+b a-b a+b*5 a-b+I （单位阵） 2) a*b a.*b a/b 3) a^2 a.^2 注意：点运算 . 的功能，比较结果。 5. 设计M 文件计算: x=0:0.1:10 当sum>1000时停止运算，并显示求和结果及计算次数。 三、实验报告要求： 1）体会1、2的用法； 2）对3、4、5写出程序及上机的结果。 ?? ??? ?????=987654321a ?? ?? ? ?????=300120101b ) 2(100 2 i i i x x sum -=∑=

MATLAB大作业

安阳工学院 专业课课程大作业 课程名称（中文） MATLAB编程应用成绩 姓名黄红伟 班级通信工程 学号 201002030060 日期 2012年12月23日

数字基带传输系统的仿真实现 ［摘要］：MATLAB 语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用软件 ,它可以将声音文件变换为离散的数据文件 , 然后利用其强大的矩阵运算能力处理数据 ,如数字滤波、傅里叶变换、时域和频域分析、声音回放以及各种图的呈现等 , 信号处理是MATLAB 重要应用的领域之一。数字通信系统有两种主要的通信模式:数字频带传输通信系统，数字基带传输通信系统。数字基带传输系统指不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，常用于传输距离不太远的情况下。本次大作业通过分析数字基带信号传输的特性，运用数值仿真的方法，对数字基带传输系统作了模拟。 ［关键词］：MATLAB；数字基带传输系统 1.背景介绍 20世纪60年代出现了数字传输技术，它采用了数字信号来传递信息，从此通信进入了数字化时代。目前，通信网已基本实现数字化，在我国公众通信网中传输的信号主要是数字信号。数字通信技术的应用越来越广泛，例如数字移动通信、数字卫星通信、数字电视广播、数字光纤通信、数字微波通信、数字视频通信、多媒体通信等等。数字通信系统主要的两种通信模式:数字频带传输通信系统，数字基带传输通信系统。数字基带信号指未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从零频或很低频率开始的。数字基带传输系统指不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，常用于传输距离不太远的情况下。 研究数字基带传输系统的原因：实际中，基带传输不如频带传输应用广泛，但对基带传输的研究仍有非常重要的意义。这是因为：第一，数字基带系统在近程数据通信系统中广泛采用；第二，数字基带系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题；第三，随着数字通信技术的发展，基带传输这种方式也有迅速发展的趋势，它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输；第四，在理论上，任何一个线性调制的频带传输系统，总是可以有一个等效的基带载波调制系统所替代。因此，很有必要对基带传输系统进行综合系统的分析。 2.仿真理论基础 MA TLAB工具有很强的仿真能力可以仿真NR码、NRZ码、AMI码、PAM码等各种编码及分析其功率谱。同时可以仿真通信系统的应用。这里先简单介绍下仿真的理论基础。 2.1.时域抽样和频域抽样 若信号函数s(t)为定义在时间区间（-∞，+∞）上的连续函数，按区间[-T/2，T/2]截短为ST（t）,再对ST（t）按时间间隔?t均匀取样，取样点数：N（t）=T/?t；仿真时用这个样值函数来表示S（t）。如果信号的最高频率为fH，那么必须有fH 〈〈0.5/?t,设为Bs，Bs=0.5/?t 称为仿真系统的系统带宽。 若信号s(t)的频谱S（f）为定义在频率区间（-∞，+∞）上的连续函数，按区间[-Bs，Bs]截断S（f），然后?f均匀取样。N（t）=2 Bs /?f=N；?f=1/T如果仿真程序设定的频域采样间隔是?f，那么就不能仿真截断时间1/?f的信号。2.2.频域分析函数t2f的功能是作傅立叶变换格式：X=t2f（x）函数f2t的功能是作傅立叶反变换格式：x=t2f（X）其中x是时域信号x（t）的截短抽样取得的取样值矢量。X是傅立叶X（f）的取样值矢量。 2.2.取样判决和误码率的测量 对于基带系统的研究，误码率是一个非常重要的概念，也是评价系统好坏的重要参数。在用matlab仿真系统中，在模拟实际的条件下，达到理想的误码率是我们的目标。

自控-二阶系统Matlab仿真

自动控制原理 二阶系统性能分析Matlab 仿真大作业附题目+ 完整报告内容

设二阶控制系统如图1所示，其中开环传递函数 ) 1(10 )2()(2+=+=s s s s s G n n ξωω 图1 图2 图3 要求： 1、分别用如图2和图3所示的测速反馈控制和比例微分控制两种方式改善系统的性能，如果要求改善后系统的阻尼比ξ =0.707，则和 分别取多少？ 解： 由)1(10 )2()(2 += +=s s s s s G n n ξωω得10 21,10,102===ξωωn t K d T

对于测速反馈控制，其开环传递函数为：) 2()s (2 2n t n n K s s G ωξωω++=； 闭环传递函数为：2 2 2)2 (2)(n n n t n s K s s ωωωξωφ+++= ； 所以当n t K ωξ2 1+=0.707时，347.02)707.0(t =÷?-=n K ωξ； 对于比例微分控制，其开环传递函数为：)2()1()(2 n n d s s s T s G ξωω++=； 闭环传递函数为：) )2 1(2)1()(2 22 n n n d n d s T s s T s ωωωξωφ++++=； 所以当n d T ωξ2 1 +=0.707时，347.02)707.0(=÷?-=n d T ωξ； 2、请用MATLAB 分别画出第1小题中的3个系统对单位阶跃输入的响应图； 解： ①图一的闭环传递函数为： 2 22 2)(n n n s s s ωξωωφ++=，10 21 ,10n ==ξω Matlab 代码如下： clc clear wn=sqrt(10); zeta=1/(2*sqrt(10)); t=0:0.1:12; Gs=tf(wn^2,[1,2*zeta*wn,wn^2]); step(Gs,t)

MATLAB与系统仿真实验手册2010

实验一MATLAB基本操作与基本运算 (1) 实验二M文件及数值积分仿真方法设计 (3) 实验三MATLAB 的图形绘制 (4) 实验四函数文件设计和控制系统模型的描述 (6) 实验五控制系统的分析与设计 (7) 实验六连续系统离散化仿真方法设计 (8) 实验七SIMULINK 仿真 (9) 实验八SIMULINK 应用进阶 (10) 附录MATLAB常用函数 (11) 实验一MATLAB基本操作与基本运算 一、实验目的及要求： 1．熟悉MATLAB6.5的开发环境； 2．掌握MATLAB6.5的一些常用命令； 3．掌握矩阵、变量、表达式的输入方法及各种基本运算。 二、实验内容： 1.熟悉MATLAB6的开发环境： ①MATLAB的各种窗口： 命令窗口、命令历史窗口、启动平台窗口、工作空间窗口、当前路径窗口。

图1 MA TLAB 界面窗口 ②路径的设置： 建立自己的文件夹，加入到MA TLAB 路径中，并保存。 设置当前路径，以方便文件管理。 ③改变命令窗口数据的显示格式 >> format short >> format long 然后键入特殊变量：pi （圆周率），比较显示结果。 2.掌握MATLAB 常用命令 >> who %列出工作空间中变量 >> whos %列出工作空间中变量，同时包括变量详细信息 >>save test %将工作空间中变量存储到test.mat 文件中 >>load test %从test.mat 文件中读取变量到工作空间中 >>clear %清除工作空间中变量 >>help 函数名 %对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明 >>lookfor %查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称 如： lookfor Lyapunov 可列出与Lyapunov 有关的所有函数。 3. 在MATLAB 的命令窗口计算: 1) )2sin(π 2) 5.4)4.05589(÷?+ 4. 设计M 文件计算: 已知 求出： 1) a+b a-b a+b*5 a-b+I （单位阵） 2) a*b a.*b a/b 3) a^2 a.^2 注意：点运算 . 的功能，比较结果。 ?? ??? ?????=987654321a ?? ?? ? ?????=300120101b