基于Matlab的归一化二阶系统课程设计

Matlab 实训设计（一）

二阶系统变阻尼比的动态仿真系统的设计

一.设计一个二阶系统的变阻尼比的动态仿真系统

二.步骤

（1）程序功能描述

1. 典型二阶系统的传递函数为

ωωω

ξ22

22)(n n n

S s ++=Φ

2. 归一化二阶系统的单位阶跃响应

1、ζ=0（无阻尼）时，系统处于等幅振荡，超调量最大，为100%，并

且系统发生不衰减的振荡，永远达不到稳态。

2、0<ζ<1（欠阻尼）时，系统为衰减振荡。为了获得满意的二阶系统

的瞬态响应特性，通常阻尼比在0.4~0.8的范围内选择。这时系统在响

应的快速性、稳定性等方面都较好。

3、在ζ=1（临界阻尼）及ζ>1（过阻尼）时，二阶系统的瞬态过程具

有单调上升的特性，以ζ=1时瞬态过程最短。

（2）程序界面设计

图形界面中的grid on 、grid off 分别是网格和绘图框的打开和关闭按钮

（3）程序测试运行

在编辑框中+还可以输入如0:0.1:0.8的阻尼系数数组，这表示把0到0.8之间的长度以0.1为跨距等份，再以每点的数据得到响应曲线，上式就包含了ze-ta=0、0.1、0.2···、0.8总共8个阻尼比下的响应曲线

三.控件属性设置

（1）String %显示在控件上的字符串

（2）Callback 回调函数

（3）enable 表示控件是否有效

（4）Tag 控件标记，用于标识控件

四.设计：实现如下功能的系统界面

（1）在编辑框中，可以输入表示阻尼比的标量成行数组、数值，并在按了Enter 键后，在轴上画出图形，坐标范围x[1，15],y[0，2]。

（2）在点击grid on或者grid off键时，在轴上显示或删除“网格线”。（3）在菜单[options]下，有两个下拉菜单[Box on]和[Box off]，缺省值为off。（4）所设计界面和其上图形，都按比例缩放。

五.各个控件属性设置

（1）在图形窗中设置

Name 我的设计

Rize on %图窗可以缩放

Tag figure1 %生成handles. figure1

（2）在轴框中

Units normalizen

Box off坐标轴不封闭

Tag axes1

XLim[0,15]%x范围

YLim[1,2]%y范围

（3）静态文件框1

fontsize 0.696

fritunits normalizen

String“归一化二阶阶跃响应”

Tag text1

Horizontalignment Center

Unit normalizen

(4）静态文件框2

同上

(5)可编辑文本框

fontsize 0.626

Tag zeta

(6)按钮1

Fontsize 0.485

String Grid on

Tag Grid_on

(7)同上

（8）创建菜单

①在菜单编辑窗，点击左上方“New menu”，右侧出现whtilea，点击图标，在右侧引出填写栏，在label中写“options”，在Tag中写“options”

②点击“option”，菜单右侧label中填写Box on，在Tag中填写Box_on

③重复Box off

六.程序

（1）在Zeta_Callback中Z=Str2num（get（handles.zeta：‘string’））

t=0:0.1:15

Cla

for K=1：length（Z）

y(:K)=step(1,[1 Z*Z(K),1],t)

Line(t,y(:,K))

End

(2)Grid_on_Pushback_Callback

grid on

(3) Grid_off_Pushback_Callback

grid off

(4)对Box_on与Box_off编辑

Box_on Callback

Box on

Set（handles.box_on,enable,’off’）

Set（handles.box_off,enable,’on’）

Box off同上

七.总结

1.程序运行的人机界面友好,交互性强,较好地体现了Matlab的GUI的设计思想"由于运行时赋值.可以观察不同阻尼比时的响应曲线。

2.程序设计思想统一，物理意义明确。用Matlab作为平台研究二阶系统的阶跃响应模拟演示，其基本目的应该体现在物理意义的准确阐述上。本文的程序设计，以拉普拉斯变换为基础，将临界阻尼和无阻尼状态作为响应曲线的特例，纳入统一的物理框架中，给出统一的算法，较为完整的揭示了阻尼比系数与响应曲线之间的关系。