仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)程序及思考題解答完整版匯總.doc
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. 實(shí)驗(yàn)一 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 熟悉Matlab中m文件的編寫; 2. 掌握龍格-庫(kù)塔法的基本原理。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 計(jì)算機(jī)、MATLAB軟件 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 假設(shè)單變量系統(tǒng)如圖所示。試根據(jù)四階龍格-庫(kù)塔法,求系統(tǒng)輸出y的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 _ + r=5 y 1.首先把原系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為狀態(tài)空間表達(dá)式:,根據(jù)四階龍格-庫(kù)塔公式,可得到: (1) 其中: (2) 根據(jù)(1)、(2)式編寫仿真程序。 2.在Simulink環(huán)境下重新對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行仿真,并和1中結(jié)果進(jìn)行比較。 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 要求給出系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線,并分析計(jì)算步長(zhǎng)對(duì)龍格-庫(kù)塔法的影響。 計(jì)算步長(zhǎng)對(duì)龍格-庫(kù)塔法的影響:?jiǎn)螐拿恳徊娇?,步長(zhǎng)越小,截?cái)嗾`差就越小,但隨著步長(zhǎng)的縮小,在一定求解范圍內(nèi)所要完成的步數(shù)就增加,不但引起計(jì)算量的增大,而且可能導(dǎo)致舍入誤差嚴(yán)重積累,因此同積分的數(shù)值計(jì)算一樣,微分方程的解法也有選擇步長(zhǎng)的問(wèn)題。 源程序: r=5; numo=[1];deno=[1 4 8 5]; numh=1;denh=1; [num,den]=feedback(numo,deno,numh,denh); [A,b,C,d]=tf2ss(num,den); Tf=input(仿真時(shí)間 Tf= );h=input(計(jì)算步長(zhǎng) h=); x=[zeros(length(A),1)];y=0;t=0; for i=1:Tf/h; K1=A*x+b*r; K2=A*(x+h*K1/2)+b*r; K3=A*(x+h*K2/2)+b*r; K4=A*(x+h*K3)+b*r; x=x+h*(K1+2*K2+2*K3+K4)/6; y=[y;C*x];t=[t;t(i)+h]; end plot(t,y) Tf=5 h=0.02 五、思考題 1. 試說(shuō)明四階龍格-庫(kù)塔法與計(jì)算步長(zhǎng)關(guān)系,它與歐拉法有何區(qū)別。 計(jì)算步長(zhǎng)對(duì)龍格-庫(kù)塔法的影響:?jiǎn)螐拿恳徊娇?,步長(zhǎng)越小,截?cái)嗾`差就越小,但隨著步長(zhǎng)的縮小,在一定求解范圍內(nèi)所要完成的步數(shù)就增加,不但引起計(jì)算量的增大,而且可能導(dǎo)致舍入誤差嚴(yán)重積累,因此同積分的數(shù)值計(jì)算一樣,微分方程的解法也有選擇步長(zhǎng)的問(wèn)題。 區(qū)別:四階龍格庫(kù)塔法與歐拉法都是基于在初值附近展開成泰勒級(jí)數(shù)的原理,所不同的是取泰勒級(jí)數(shù)的項(xiàng)數(shù),歐拉公式僅取到h項(xiàng),四階龍格庫(kù)塔法取到h4項(xiàng)。 實(shí)驗(yàn)二 面向結(jié)構(gòu)圖的仿真 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 掌握連接矩陣及系統(tǒng)狀態(tài)方程的確定方法; 2. 掌握面向結(jié)構(gòu)圖的仿真方法。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 計(jì)算機(jī)、MATLAB軟件 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 假設(shè)某系統(tǒng)由三個(gè)典型環(huán)節(jié)組成,如下圖所示,求輸出量y的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 _ + r=10 y 仿真基本步驟: 1. 給定輸入信號(hào),確定典型環(huán)節(jié)及環(huán)節(jié)參數(shù); 2. 確定連接矩陣; 3. 輸入仿真時(shí)間和計(jì)算步長(zhǎng); 4. 求H,H-1和Q陣,確定A、B陣; 5. 根據(jù)龍格-庫(kù)塔法求狀態(tài)方程的解; 6. 根據(jù)1~5編寫仿真程序。 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 源程序: r=10; P=[0 1 1 0;2 1 2 0;10 1 10 0]; W=[0 0 -1;1 0 0; 0 1 0]; W0=[1;0;0]; Wc=[0 0 1]; Tf=input(仿真時(shí)間 Tf =);h=input( 計(jì)算步長(zhǎng) h=); A1=diag(P(:,1));B1=diag(P(:,2));C1=diag(P(:,3));D1=diag(P(:,4)); H=B1-D1*W;Q=C1*W-A1; A=inv(H)*Q;B=inv(H)*C1*W0; x=[zeros(length(A),1)];y=[zeros(length(Wc(:,1)),1)]; t=0; for i=1:Tf/h; K1=A*x+B*r; K2=A*(x+h*K1/2)+B*r; K3=A*(x+h*K2/2)+B*r; K4=A*(x+h*K3)+B*r; x=x+h*(K1+2*K2+2*K3+K4)/6; y=[y;Wc*x];t=[t;t(i)+h]; end plot(t,y) 仿真時(shí)間Tf=10 計(jì)算步長(zhǎng)h=0.05 圖一 仿真曲線 五、思考題 1. 典型環(huán)節(jié)的確定必須滿足什么條件? 答: G(S)=式中u為典型環(huán)節(jié)的輸入,x為典型環(huán)節(jié)的輸出。 1. 為了保證H的逆存在,應(yīng)嚴(yán)格按照0的原則確定每個(gè)典型環(huán)節(jié),既避免以純比例、純微分環(huán)節(jié)作為典型環(huán)節(jié)。 2. 在輸入向量不全為階躍函數(shù)的情況下,只要在確定典型環(huán)節(jié)時(shí),注意使含有微分項(xiàng)系數(shù)即(0)的環(huán)節(jié)不直接與參考輸入連接。 實(shí)驗(yàn)三 連續(xù)系統(tǒng)的快速仿真 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 熟悉增廣矩陣的構(gòu)建方法; 2. 掌握連續(xù)系統(tǒng)的快速仿真基本原理。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 計(jì)算機(jī)、MATLAB軟件 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 假設(shè)某系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下,要求采用快速仿真方法求系統(tǒng)輸出響應(yīng)。 _ + r=10 y 仿真基本步驟: 1. 給定輸入信號(hào),確定典型環(huán)節(jié)及環(huán)節(jié)參數(shù); 2. 確定連接矩陣; 3. 輸入仿真時(shí)間和計(jì)算步長(zhǎng); 4. 求H,H-1和Q陣,確定A、B陣; 5. 構(gòu)建增廣矩陣; 6. 采用增廣矩陣法求齊次方程的解和系統(tǒng)輸出響應(yīng)。 根據(jù)1~6編寫仿真程序。 4、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析 源程序: r=10; [num,den]=series(1,[1,0],2,[1,2]); [num,den]=series(num,den,10,[1,10]); [num,den]=cloop(num,den); [A1,B1,C1,D1]=tf2ss(num,den); A=[A1,B1;0,0,0,0]; C=[C1,0]; Tf=10; h=0.05; k1=eye(size(A)); k2=A*h; k3=k2*k2/2; k4=k3*k2/3; k=k1+k2+k3+k4; x=[zeros(size(A1,1),1);10]; y=0; t=0; for i=1:Tf/h x=k*x; y=[y,C*x]; t=[t,i*h]; end plot(t,y) 五、思考題 1.增廣矩陣法和四階龍格-庫(kù)塔法有何區(qū)別? 答: 如果取的泰勒級(jí)數(shù)前五項(xiàng),則增廣矩陣的計(jì)算與四階龍格庫(kù)塔法相同。 四階龍格庫(kù)塔法具有很高的精度,但運(yùn)行速度很慢,而增廣矩陣法既滿足了精度又滿足了速度。 實(shí)驗(yàn)四 離散相似法仿真 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 掌握離散化的基本原理; 2. 掌握非線性系統(tǒng)的離散化仿真方法。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 計(jì)算機(jī)、MATLAB軟件 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 已知非線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下,求系統(tǒng)輸出響應(yīng)。 y _ + r=10 滯環(huán)非線性特性 y 1. 給定參考輸入,輸入仿真時(shí)間,采樣周期(T=0.1s); 2. 將被控對(duì)象離散化; 3. 給定參數(shù)初始值; 4. 計(jì)算誤差和非線性環(huán)節(jié)輸出; 5. 計(jì)算系統(tǒng)輸出; 6. 參數(shù)值更新; 7. 若仿真時(shí)間到,則結(jié)束,否則轉(zhuǎn)1。 編寫仿真程序,求解系統(tǒng)輸出響應(yīng)。 4、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 源程序: %backlash.m function [x,u1]=backlash(u1,u,x1,s) if (u>u1) if ((u-s)>=x1) x=u-s;else x=x1;end else if (u- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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