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1、课课 程程 设设 计计 课程名称：课程名称：MATLAB 语言及系统仿真 设计题目：设计题目：MATLAB 应用及系统仿真 学学院：院：电气信息学院 学学系：系：电气自动化研究所 专专业：业：电气工程及其自动化 年年级：级：2011 级 学学号：号：2011052431 姓姓名：名：陈平应 指导老师：指导老师：严 东 松 2012年年12月月30日日 课程设计课程设计 暨南大学课程设计报告暨南大学课程设计报告 2MATLAB 语言及系统仿真课程设计 课程设计任务书课程设计任务书 一本课程设计的目的一本课程设计的目的 （1）熟练掌握 MATLAB 的基本知识和技能，解决简单系统的仿真问题； （2
2、）掌握基本 MATLAB 的绘图与 GUI 的设计方法； （3）掌握线性微分方程的求解方法及控制系统的分析方法； （4）掌握 Simulink 的模型建立和仿真方法； （5）理解电气系统仿真、虚拟现实仿真和机构系统仿真的应用； （6）培养分析、解决问题的能力，提高实验报告和科技论文写作能力。 二课程设计的时间二课程设计的时间 第 14 周至 16 周，在第 18 周的周末(2013 年 1 月 6 日)前提交到课程网站上。 三课程设计的任务三课程设计的任务 应用 MATLAB 和工具箱完成以下的系统设计与仿真。 1绘图与 GUI 的设计； （20 分） 2利用 Simulink 建立以下的模型
3、并进行仿真分析： （40 分） 1） 线性微分2） 时域分析3） 频域分析4） 误差分析 3工具箱的应用； 1） 电路图仿真分析（8 分） 2） 利用 Stateflow 实现简单的计数器（8 分） 3） 利用 VR 完成飞机围绕大树作环形飞行； （8 分） 4） 球体的变形仿真； （8 分） 5） 建立平面四连杆连杆仿真模型。 （8 分） 四课程设计的要求四课程设计的要求 1.系统软件界面设计美观，控件摆放整齐，通过菜单能打开相应模型，并 能进行分析； 2.程序调试通过后，完成程序文档的处理，源代码添加必要的注释和功能 说明； 3.粘贴所建立的模型图， 开始运行的视图和结束时的视图(可粘多个
4、用以说 明操作过程或参数设置，每个图的下方要有文字说明图的标题)； 4.写出心得体会； 5.按照课程设计模板的规格书写本课程设计报告； 6.提交文件格式:(XXXX-为学号后四位) 将课程设计报告的电子文档单独提交，将系统开发的所有文件放到一个文件 夹里打包后上传到课程网站上； 1课程设计报告：MXXXX.doc 2系统开发文件打包为 MXXXX.rar。 五五、创新要求、创新要求 在完成本课题的基础上，如有能力和时间可以增加一些创新特色，完成更多 功能和界面设计得更加完美。 评阅人：成绩： 年月日 暨南大学课程设计报告暨南大学课程设计报告 MATLAB 语言及系统仿真课程设计3 课程设计报告
5、课程设计报告 MATLAB 应用及系统仿真 一一. 绘图与绘图与 GUI 的的设计设计 1参照例题，完成如下的 GUI 界面设计 2参照下表设计系统菜单 MenuMenu item备注 LableTagLableTag 文件File 打开Open 保存Save 打印Print 关闭Close 系统仿真Simulat 线性微分Diff 时域分析Times 暨南大学课程设计报告暨南大学课程设计报告 4MATLAB 语言及系统仿真课程设计 频域分析Frequency 误差分析err_ansy 工具应用Tools_APP 电气仿真 计数器CounterStateflo w 飞行FlyVR 变形Tran
6、sfVR 四连杆Fourbar 关于About 退出Exit “关于”菜单能够打开一个新的窗口，显示你的软件信息，至少包含你的学号和姓名。 “退出”菜单直接退出系统。 “关闭”菜单，应能弹出一对话框，确认是否退出。 说明：课程设计中 a1.fig 为主要的 GUI 界面。 二二. 利用利用 Simulink 建立以下建立以下的的模型并进行仿真分析模型并进行仿真分析 （一） 建立线性微分方程的模型,并绘制仿真结果曲线. 1建立习题 5.7 第 4 题的模型： 2系统仿真参数设置： 在模型的 initFcn 回调函数中加入初始条件:t=1; 在系统菜单中添加响应函数: if(findobj(use
7、rdata,gcb) disp(仅可打开一个模型); else open_system(ex4_2); end 设置四个积分器的初始值，从左到右及y0=1,y01=y02=1/2,y03=0.2; 在模型的Stopfcn回调函数中加入命令：plot(tout,yout); 3仿真结果分析:（图及简单说明） 微分系统模型 diff 框图为： 暨南大学课程设计报告暨南大学课程设计报告 MATLAB 语言及系统仿真课程设计5 diff 环节系统模型图 输出 y 与时间的曲线为： y 的输出曲线 另外输出 y 的各阶微分与时间的曲线为： y 的各阶微分输出曲线 （二二） 时域分析 1建立模型:建立起如
8、下图所示的非线性系统的 Simulink 框图，并观察在单位阶 跃信号输入下系统的输出曲线和误差曲线。 2系统仿真参数设置： 把第一个非线性模块 Lookup Table 的拐点横坐标设置为-1,-0.5,-0.5,0.5,0.5,1； 暨南大学课程设计报告暨南大学课程设计报告 6MATLAB 语言及系统仿真课程设计 观点纵坐标设置为-2.5,-2.5,0,0,2.5,2.5； 把时延模块 Transport Delay 的时间延迟参数设为-4； 其他传递函数模块则根据题目所给参数修改即可。 在模型的Stopfcn回调函数中输入代码： plot(tout,yout); legend(error
9、 curve,output curve,0); xlabel(t); ylabel(y); 3仿真结果分析:（图及简单说明） 输出曲线和误差曲线图为： 系统仿真输出曲线图 暨南大学课程设计报告暨南大学课程设计报告 MATLAB 语言及系统仿真课程设计7 （三） 频域分析 1 题目:单位负反馈系统的开环传递函数为 )1)(15 . 0( 1 )( sss sG,试绘制闭环系统的 Bode 图、Nyquist 图和 Nichols 图。 2系统仿真参数设置及程序代码： 在模型的 Stopfcn 回调函数中输入代码： s=tf(s); Gk=1/s/(0.5*s+1)/(s+1); G=feedba
10、ck(Gk,1); w=logspace(-1,1); mag,phase,w=bode(G,w); Mp,k=max(mag); resonantPeak=20*log10(Mp) resonantFreq=w(k) n=1; while 20*log10(mag(n)=-3 n=n+1; end bandwidth=w(n) figure(1); bode(G,w),grid; figure(2); nyquist(G); figure(3); nichols(G); 3仿真结果分析:（图及简单说明） 时域分析模型 times 的 simulink 框图为： 系统 times 模型图 运行
11、模型后，会得到三个图形窗口： 该单位负反馈的 Bode 图为： 暨南大学课程设计报告暨南大学课程设计报告 8MATLAB 语言及系统仿真课程设计 系统 Bode 图 该单位负反馈的 Nyquist 图： 系统 Nyquist 图 该单位负反馈的 nichols 图： 暨南大学课程设计报告暨南大学课程设计报告 MATLAB 语言及系统仿真课程设计9 系统 nichols 图 （四） 误差分析 1 题目： 对如下系统模型， 假设已知误差信号 e(t)， 试增加求取 ITAE， ISE， ISTE 准则的封装模块。要求：误差信号 e(t)为该模块的输入信号，双击该模块弹出一 个对话框，允许用户用列表
12、框的方式选择输出信号形式、待选定的 ITAE，ISE， ISTE 之一作为模块的输出端显示出来。在系统回调函数中，绘制所选定准则的 曲线图。 控制系统框图 c5mitae.mdl output 1 2 output 1 plant model 1 s +3s +3s+1 32 controller 0.5s+0.6 s Transport Delay Subsystem ITAE ISE ISTE Step 系统模型图 2系统仿真参数设置及程序代码： 在模型err_ansy的Icon Drawing comands中输入语句disp(ITAEnISEnISTE)； 给子系统设置两个变量， 变量
13、key用来控制子系统中模块Multiport Switch 的选择，根据key的值来控制输出信号形式，且变量的类型都设置为popup。变 量key的具体参数设置如下图所示： 暨南大学课程设计报告暨南大学课程设计报告 10MATLAB 语言及系统仿真课程设计 变量 key 的参数设置对话框 在模型 Stopfcn 的回调函数中输入命令： plot(tout,yout(:,2); xlabel(t); ylabel(y); 在 err_ansy.mdl 窗口下将 simulation parameters 的 stop time 改成 30. 3仿真结果分析:（图及简单说明） 封装模块的子系统模型
14、图为： 封装模块子系统结构模型图 双击分装模块，跳出参数选择框图为: 暨南大学课程设计报告暨南大学课程设计报告 MATLAB 语言及系统仿真课程设计11 输出信号形式选择框图 分别选择 ITAE，ISE，ISTE 时的输出曲线： ITAE 的输出曲线 暨南大学课程设计报告暨南大学课程设计报告 12MATLAB 语言及系统仿真课程设计 ISE 的输出曲线 ISTE 的输出曲线 三三. 应用工具箱进行仿真应用工具箱进行仿真 （一）.实现习题 7.6 第 4 题电路图的仿真 操作过程描述 a) 根据题目所给的电路图，将所需要的电阻、三极管等电器元件复制到 模型窗口中，并按照题目要求连线。 暨南大学课
15、程设计报告暨南大学课程设计报告 MATLAB 语言及系统仿真课程设计13 b) 修改参数，具体见以下参数设置，最后保存运行。 仿真模型 电气仿真模型 dianqi 的 simulink 框图为： (a)图 (b)图 （c）图 系统模型图 仿真参数设置： 暨南大学课程设计报告暨南大学课程设计报告 14MATLAB 语言及系统仿真课程设计 R1=R2=10K,R3=R4=20K,R5=30K,R6=40K,R7=5K,R8=4K,R9=24K, R10=R17=12K,R11=R13=R14=R15=R16=R18=R19=6K,R12=2.2K , 在模型 Stopfcn 的回调函数中输入命令：
16、 plot(tout,yout); xlabel(t); ylabel(Uo); 在 Configuration Parameters 中将 slover 的算法设置为 ode15(stlff/NDF) 系统仿真分析及结果图: 程序运行仿真图程序运行仿真图 暨南大学课程设计报告暨南大学课程设计报告 MATLAB 语言及系统仿真课程设计15 (a)的仿真图的仿真图 （b）的仿真图）的仿真图 暨南大学课程设计报告暨南大学课程设计报告 16MATLAB 语言及系统仿真课程设计 （c）的仿真图）的仿真图 （二（二） 用 Stateflow 实现一个简单的计数器 操作过程描述： 先在模型中添加如下模块 Scope Pulse GeneratorChart 在 stateflow 编辑器中点 too
