实验一Simulink仿真基础

一、实验目的

二、实验内容

2.1MATLAB中常用的绘图函数

2.2Simulink仿真基础

三、练习

一、实验目的

复习巩固MATLAB中常用的绘图函数；
掌握Simulink仿真环境；
熟悉Simulink模块库；
掌握Simulink基本操作、系统建模以及仿真运行。

二、实验内容

2.1MATLAB中常用的绘图函数

2.1.1二维图形绘制

l、plot(x,y)是绘制一维曲线的基本函数，但在使用此函数之前，需先定义曲线上每一点的座标。例1用MATLAB画出y=sin(x)的图形。

x=linspace(0,2*pi,100); %100个点的x座标

y=sin(x); %对应的y座标

plot(x,y);

执行后得到的曲线，如图1-1所示

若要画出多条曲线，只需将座标对依次放入plot函数即可。

plot(x,sin(x),x,cos(x));

若要改变颜色，在座标对后面加上相关字串即可。

plot(x,sin(x),'c',x,cos(x),'g');

若要同时改变颜色及图线型态，也是在座标后面加上相关字串即可。

plot(x,sin(x),'co',x,cos(x),'g*');

对图形加上各种注解与处理：

xlabelflnputValue');%x轴注解;

ylabel('FunctionValue');%y轴注解；

title('TwoTrigonometricFunctions');%图形标题；

legend('y=sin(x)','y=cos(x)');%图形注解;

gridon;%显示格线；

subplot来同时画出数个小图形放同一个视窗之中

例2用MATLAB绘制y=sinx,y=cosx,y=sinhx,y=coshx的图形，并放在同一个窗口中。»x=linspace(0,2*pi,100);

»subplot(2,2,1),plot(x,sin(x))

»subplot(2,2,2),plot(x,cos(x))

»subplot(2,2,3),plot(x,sinh(x))

>>subplot(2,2,4),plot(x,cosh(x))执行后得到的曲线，如图1-2所示。

2.1.2三维图形绘制

plot3(x,y,z)函数可绘制三维图形，与plot(x,y)用法类似。

例如，输入

»t=linspace(0,20*pi,500);

»plot3(sin(t),cos(t),t)

执行后可得到简单的三维曲线，如图1-3所示。

又如对于多峰函数，可在三维空间中画出三维曲线，程序为[x,y]=meshgrid(-3:0.1:3);%产生x,y的数据矩阵

»z=peaks(x,y);

»figure(l)»plot3(x,y,z)

则执行后得到的三维曲线如图1-4所示。

mesh和surf是三度空间立体绘图的基本命令，mesh可画出立体网状图，surf则可画出立体曲面图，两者产生的图形都会依高度而有不同颜色。

画岀由函数 $z=x * e^{\left(-x^{2}-y^{2}\right)}$

形成的立体网状图。

>>x=linspace(-2,2,25);%在x轴上取25点

>>y=linspace(-2,2,25);%在y轴上取25点

[xx,yy]=meshgrid(x,y)；%产生xx和yy的矩阵

zz=xx.*exp(-xx.A2-yy.A2);%计算函数值

mesh(xx,yy,zz);%画出立体网状图

图1-5三度空间立体绘图

surf和mesh有相同的用法，surf(xx,yy,zz)可画出立体曲面图。

2.2Simulink仿真基础

2.2.1熟悉Simulink仿真环境

Simulink是完成MATLAB机器人仿真一个关键扩展产品。其仿真环境包括Simulink模块库和

Simulink仿真平台。

在MATLAB命令窗口输入Simulink,按回车键，启动Simulink模块库浏览器，如图1-6所示。

单击Simulink模块库浏览器窗口工具栏的NewModel按钮冬，进入Simulink仿真平台界面,如图1-7所示。仿真平台标题栏上的untitled表示一个尚未命名的新模型文件。

Simulink模块操作

添加和删除模块

用鼠标之间拖动图1-6中所需模块到图1-7中即可添加模块，如需删除某个模块，就直接选中后按delete键即可删除。

模块移动

拖动鼠标即可实现移动模块，若要同时移动多个模块则要利用框选或按住shift键多选。

模块旋转

右键点击模块，选择Rotate&flip,下一级菜单中会有Clockwise、CounterClockwise、FlipBlock,FlipBlockName四个选项。

参数设置

双击需要修改参数的模块，就会弹出参数调节对话框，来修改参数。

模块连线

选中模块1后按住Ctrl键，然后点击模块2即可自动连接两个模块。

引出支线

当需要在模块1和模块2间的连线中引岀一条支线到模块3时，可以按住鼠标右键从模块1和2间的某个位置拖拽出一条线到模块3。

Simulink仿真实例

给图1-8所示的RLC电路系统建立模型。

在这个系统中，有用的数据除了电阻值R、电感值L和电容值C,还有就是输入电压久和输出电压兀这两个变量。

该系统模型为(1-1)

用Simulink建立仿真模型，对公式(1.1)整理得到：(1-2)

然后启动MATLAB,新建Simulink模型文件，建立图1-9所示的仿真模型。

上述模型建立之后，双击Constant模块和两个Gain模块，打开参数调节对话框，对公式(区)

中的参数赋值如下：Ur=1,1/LC=1,RC=1,得到图1-10所示仿真模型图形。

三、练习

3.1熟悉MATLAB的各种图形绘制命令，除了实验指导书提供的命令外，再找3种涉及机电系统仿真、控制理论的绘图命令。

仿真1—质量弹簧阻尼系统

质量弹簧阻尼系统如图所示，弹簧弹力与质量块位移x成正比，粘性阻力与质量块速度成正比，弹簧弹力与粘性阻力均与弹簧运动方向相反，x=0是质量块初始位置，此时瘫痪弹力为0，质量块静止。

其受力分析如图所示

其控制方程式为 $\sum f_{x}=F(t)-b \dot{x}-k x=m \ddot{x}$

设质量块质量为1kg，弹簧弹性系数为1N/s，阻尼系数b=0.2Ns/m，拉力F=1N，则系统传递函数为

3.2对公式(1-2)中参数，取S=5,1/LC=10,RC=10,重新赋值，进行Simulink仿真。

3.3对自己感兴趣的控制系统，进行Simulink仿真

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