华夏college-MATLAB计算机仿真课程实验指导书2010

实验1 数据和函数的可视化

实验要求 ⒈掌握二维、三维绘图指令；

⒉掌握图形标识和精细指令； ⒊学习用编程器编程、程序调试、程序保存和运行程序进行仿真 实验内容

⑴在例3—3的程序的基础上，加入坐标控制、分格线和图形标识等指令，并运行； ⑵在例3—5的程序的基础上，采用精细指令，并加入必要的文本，运行；

⑶绘制如下函数的立体网状图和立体曲面图；

)

(22y x xe

z +-=

参考程序 %df

x=linspace(-2,2,25) ;%在X 轴上取25个点 y=linspace(-2,2,25) ; %在Y 轴上取25个点

[xx,yy]=meshgrid(x,y); %xx 和yy 都是25×25的矩阵 zz=xx.*exp(-xx.^2-yy.^2);%zz 也是25×25的矩阵 figure('name','立体网状图',... 'numbertitle','off');

mesh(xx,yy,zz); %绘制立体网状图 title('立体网状图');

xlabel('X');ylabel('Y');zlabel('Z'); figure('name','立体曲面图',... 'numbertitle','off'); surf(xx,yy,zz); % title('立体曲面图');

xlabel('X');ylabel('Y');zlabel('Z');

⑷绘制peaks 函数的各种效果图

用编程器编辑如下程序，加入注释，分析运行结果； %三维空间立体绘图基本指令演示 figure(1)

peaks; %直接绘制peaks 函数

[x,y,z]=peaks; %对peaks 函数取点 figure(2)

meshc(x,y,z); %同时绘出网状图和等高线

axis([-inf,inf,-inf,inf,-inf,inf])

title('同时绘出网状图和等高线')

figure(3)

contour3(peaks,25); %绘出曲面在三维空间中的等高线

axis([-inf,inf,-inf,inf,-inf,inf])

title('曲面在三维空间中的等高线')

figure(4)

contour(peaks,25); %绘制等高线在X—Y平面的投影

axis([-inf,inf,-inf,inf])

title('等高线在X—Y平面的投影')

figure(5)

meshz(x,y,z); %将曲面加上围裙

axis([-inf,inf,-inf,inf,-inf,inf])

title('曲面加上围裙')

figure(6)

waterfall(x,y,z); %在X方向加上水流效果

axis([-inf,inf,-inf,inf,-inf,inf])

title('在X方向加上水流效果')

figure(7)

waterfall(x',y',z'); %在Y方向加上水流效果

axis([-inf,inf,-inf,inf,-inf,inf])

title('在Y方向加上水流效果')

实验报告要求

⑴按自己的设想编制程序，给出每句程序的注释；

⑵附上仿真的结果；

实验2 动态系统的时域仿真

实验要求

⒈建立动态系统的数学模型，掌握数学模型的MATLAB语言表示和模型转换；

⒉掌握时域仿真的方法和主要的仿真指令；

⒊学习用编程器编程、程序调试、程序保存和运行程序进行仿真。

实验内容

第1项：系统阶跃响应

编写一个简单的M文件，计算二阶动态系统的阶跃响应，ζ值从0.1到1，且绘制出一簇阶跃响应曲线。二阶动态系统的数学模型如下：

2

222)(n

n n

s s s G ωςωω++= 分别设固有频率为1、2。

参考程序： %progsy21.m w=1;

y=zeros(200,1);i=1; num=w*w;

for zeta=0.1:0.1:1

den=[1,2*zeta*w,w*w]; t=[0:0.1:19.9];

y(:,i)=step(num,den,t); i=i+1; end

mesh(fliplr(y),[120 30]) zlabel('Y') ylabel('t') xlabel('\zeta') grid

实验报告要求 ⑴按自己的设想编制程序，给出每句程序的注释； ⑵附上仿真的结果； ⑶回答问题：如果想在窗中输入固有频率，应如何修改程序？

第2项：系统建模、模型转换及仿真 ⑴用MATLAB 语言表示图示系统的模型，并给出三种模型的具体表达； ⑵进行单位阶跃响应和周期为30s 的方波响应。

参考程序： %progsy22.m clear,clf

%建模和模型转换

G1=tf([1,0.5],[1,0.1]);

G2=tf(20,conv(conv([1,0],[1,2]),[1,20])));

sys=feedback(G1*G2,1,-1)

sysz=zpk(sys) %转换为零极点模型 syss=ss(sys) %转换为状态空间模型 %单位阶跃响应 figure(1) step(sys); %方波响应 figure(2)

[u,t]=gensig(‘square’,30,90); %产生周期30s 的方波 lsim(sys,’r’,u,t) %方波响应

hold on plot(t,u,’-.’) hold off

text(1.3,0.8,’输入\rightarrow’) text(5.4,0.8,’\leftarrow 输出’) 实验报告要求 ⑴绘制系统框图，写清实验内容； ⑵写出编制的程序，并附上仿真的结果； ⑶回答问题：为什么输入的方波信号选择30s 的周期？

实验3 动态系统的频域仿真

实验要求

掌握频域仿真的方法和主要的仿真指令；

实验内容

第1项：系统频率特性分析

已知单位负反馈系统的开环传递函数为

)

5.01)(1.01()(s s s K

s G k ++=

⑴绘制当K =5、30时系统的开环Bode 图，计算幅值裕度、相位裕度，并分析对应闭环系统的稳定性；

⑵利用图形属性功能，在开环Bode 图上，显示幅值裕度、相位裕度； ⑶绘制对应闭环系统的阶跃响应曲线，显示动态性能参数。

参考程序：

教材中，例7—3、4、5的程序。