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1、《计算机仿真技术》实验指导书李艳编著中南大学2006年9月8前言计算机仿真是一门实践性很强的课程，实验课是计算机仿真课程的重要环节。通过实验，使学生加深对仿真程序的理解，掌握应用仿真程序进行控制系统响应性能分析和控制器参数设计的能力。本实验指导书是配合计算机仿真技术的教学，为学生做实验提供的指导性材料。为便于学习，书中对各种仿真方法均备有范例程序，所有程序均采用MATLAB语言编写，并上机调试通过。编者2006年9月8实验一数字仿真方法验证一、实验目的1．掌握基于数值积分法的系统仿真、了解各仿真参数的影响；2．掌握基于离散相似法的系统仿真、了解各仿真参数的影响；3．掌握S
2、IMULINK动态仿真；4．熟悉MATLAB语言及应用环境。二、实验环境网络计算机系统（采矿楼四楼测试实验室），MATLAB语言环境三、实验示例介绍（一）用Euler法和四阶RK法求初值问题的数值解。示例1：设方程如下，取步长h=0.1。上机用如下程序可求出数值解。1．采用Euler法的程序cleart0=0;u0=1;h=0.1;n=1/h;u(1)=1;t(1)=0;fori=0:n-1k1=u0-2*t0/u0;u1=u0+h*k1;t1=t0+h;8u0=u1;t0=t1;u(i+2)=u1;t(i+2)=t1;end%输出数据u1t1%输出图形figure(1)
3、plot(t,u,'g');2．采用RK法的程序cleart0=0;u0=1;h=0.2;n=1/h;u(1)=1;t(1)=0;fori=0:n-1k1=u0-2*t0/u0;k2=(u0+h*k1/2)-2*(t0+h/2)/(u0+h*k1/2);k3=(u0+h*k2/2)-2*(t0+h/2)/(u0+h*k2/2);k4=(u0+h*k3)-2*(t0+h)/(u0+h*k3);u1=u0+h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;t1=t0+h;u0=u1;t0=t1;u(i+2)=u1;t(i+2)=t1;end8u1t1figure(1)plot(t,
4、u,'r');（二）MATLAB工具箱提供了各种数值积分方法的常用函数，如ode45、ode23等。直接调用函数的方法与应用例子如下：示例2、已知二阶微分方程，求时间区间t=[020]微分方程的解。分三个步骤求解（1）将微分方程表示为一阶微分方程组（2）建立描述微分方程组的函数m文件functiondy=vdp(t,y)dy=[y(2);(1-y(1)*y(1))*y(2)-y(1)];（3）调用解题器指令ode45求解y[t,y]=ode45('vdp',[020],[0,1]);plot(t,y(:,1),'r-',t,y(:,2),'b:');xlabel('t')
5、;ylabel('y');legend('y1','y2');（三）学会运用基于离散相似法的MATLAB函数：step、impulse、initiallsim等进行系统仿真。示例3：已知系统的状态空间模型为8要求（1）绘制系统单位阶跃响应图；（2）绘制系统在初始状态X（0）=[1；0]下的响应图。clear%CreatesystemmodelA=[-0.5572-0.7814;0.78140];B=[1;0];C=[1.96916.4493];D=0;sys=ss(A,B,C,D);%Stepresponseofthesystemsubplot(221)step(sys)
6、%InitialresponseofthesystemX0=[1;0];subplot(222)initial(sys,X0)（四）学会运用SIMULINK建立仿真模型，进行仿真。示例4模型如下：四、实验内容、要求8（一）试将示例1的问题改为调用ode45函数求解，并比较结果。（二）试用四阶RK法编程求解下列微分方程初值问题。仿真时间2s，取步长h=0.1。（三）试求示例3分别在周期为5s的方波信号和脉冲信号下的响应，仿真时间20s，采样周期Ts=0.1。（四）某系统框图如图所示，试用SIMULINK进行仿真，并比较在无饱和非线性环节下系统仿真结果。8实验二PID控制器设
7、计一、实验目的1．了解PID控制原理，掌握相应PID控制器设计仿真程序的应用；2．掌握计算机辅助系统瞬态性能指标的计算；3．掌握计算机辅助系统频率性能分析；二、实验环境网络计算机系统（采矿楼四楼测试实验室），MATLAB语言环境三、实验内容、要求已知如图所示单位反馈系统要求：1．绘制系统的开环Nyquist图和Bode图，并判断该闭环系统是否稳定。2．应用Ziegler—Nichols方法设计P控制器、PI控制器和PID控制器。3．计算比较原系统与P控制系统、PI控制系统、PID控制系统的瞬态性能指标。8
