MATLAB仿真实例(计算机仿真研究的步骤)

《MATLAB仿真实例(计算机仿真研究的步骤)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、1模型不同的物理系统的信息传递关系相似，就可以用同一个数学模型描述。即不同的物理系统可能对应于同一个数学模型。图1图2如果只考虑输入量和输出量之间的数学关系，则两个数学模型都是二阶常系数微分方程，是同一类数学模型。仿真的定义：建立实际系统的模型，并在模型上进行试验的过程。仿真是一种试验——广义试验。2计算机仿真研究的步骤【例2.1】考虑如图2所示的质量-弹簧-阻尼器系统。当质量系数m=1，弹簧刚性系数k=4时，为了使系统的单位阶跃响应不发生振荡，阻尼系数f（0f10）应在什么范围内取值？【解】该问题可分为以下几步进行研究。ⅰ问题的描述要求研究的问题是：当m=1，k=4时，分析

2、系统在外力r(t)=1(t)的作用下，要使响应不发生振荡，f应在什么范围内取值，其中，f的取值约束为0f10ⅱ建立系统的数学模型描述该系统输入—输出关系的数学模型为myfykyr(1.1)这是一个二阶常微分方程，为了后续步骤的需要，将它转换成状态方程及输出方程x01x101r(1.2)kf1x2xmm2mx1y[10](1.3)x2ⅲ数学模型转换成仿真模型采用数值积分法中的欧拉公式，可以得到离散状态方程及输出方程010x1((n1)T)x1(nT)

3、x1(nT)1r(nT)T(1.4)kfx2(n1)T)x2(nT)x2(nT)mmmy[(n1)T]x[(n1)T](1.5)1式中，T为计算步距。ⅳ编程和调试采用MATLAB语言进行编程，文件名为exam20001.m。程序如下：%这是例1.1的仿真程序clear;m=1;k=4;%质量系数m值，弹簧刚性系数k值f=input('请输入阻尼系数f:');%从键盘输入阻尼系数f值t=0;T=0.01;%置时间变量t和仿真步长T的初值A=[01;-k/m-f/m];%计算状态方程矩阵B=[01/m]';t

4、max=10;%置仿真总时间tmax的初值x=[0,0]';%置状态变量初值，其中x(i)代表xi(0)Y=0;%Y为N×1阵，记录输出y，初始时为1×1阵，N为总步数H=t;%H为N×1阵，记录时间t，初始时为1×1阵while(t

5、所观测到的数据以确认数学模型的正确性。ⅵ在计算机上进行仿真试验，并对仿真结果进行分析选择试验点进行试验。图3f=4图5f=7.5经过若干次试验后，可知：当f＜4时，系统响应发生振荡；当f4时，系统响应不发生振荡。f=4为临界值。计算机仿真步骤1．确定仿真目的和基本需求给出仿真的研究对象（即系统）。2．建立系统的数学模型对实际系统进行简化或抽象，用数学的形式对系统的行为、特征等进行描述。3．建立系统的仿真模型将数学模型通过一定的方式转变成能在计算机上实现和运行的模型，称为系统的二次建模。4．编程并调试编制数字仿真模型的程序，并进行调试。5．仿真模型的校核和验证仿真模型的校核：数字

6、仿真模型与数学模型的一致性检验。仿真模型的验证：数字仿真模型与实际系统的一致性检验。【例2.2】利用Simulink对【例2.1】中的质量-弹簧-阻尼器系统进行仿真研究。【解】首先将描述该系统输入—输出关系的数学模型改写成传递函数形式Y(s)1G(s)(1.6)2R(s)msfsk从Simulink模块库的信号源子库（Sources）中，选择Step模块，拖入模型窗口，双击该模块，设置参数Steptime为：0；从Simulink模块库的连续模块子库（Continuous）中，选择TranferFcn模块，拖入模型窗口,双击该模块，设置参数Numerator为：[1]，D

7、enominator为：[1f4]；从Simulink模块库的接收器子库（Sinks）中，选择Scope模块，拖入模型窗口。连接各模块后得到的Simulink模型，如图6所示。图6设置系统的仿真参数：单击模型编辑窗口的“Simulation”菜单中的“ConfigurationParameters”命令，设置仿真的开始时间和停止时间分别为0和3。设置算法为固定步长算法“Fixed_step”并在其右端算法编辑框中选择“ode5”即5阶龙格库塔算法。再把“Fixedstepsize