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控制系统计算机辅助设计实验报告

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控制系统计算机辅助设计实验报告姓名：学号：学院：自动化学院专业：自动化2013-11实验一一、实验要求：1、用matlab语言求下列系统的状态方程、传递函数、零极点增益、和部分分式形式的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式：(1)(2)2、用欧拉法求下面系统的输出响应 y(t)在0≤t≤1 上，h=0.1时的数值。

y ' = -y, y(0) =1要求保留4 位小数，并将结果与真解 y(t) = e-t比较。

3、用二阶龙格库塔法求解 2 的数值解，并于欧拉法求得的结果比较。

二、实验步骤：1、求（1）的M文件如下：clear;num=[1 7 24 24];den=[1 10 35 50 24];sys=tf(num,den)[A,B,C,D]=tf2ss(num,den)[Z,P,K]=tf2zp(num,den)[R,P,H]=residue(num,den)1.1系统系数矩阵A，系统输入矩阵B，系统输出矩阵C，直接传输矩阵D分别为:所以系统的状态方程为: x(t)=A x（t）+B u（t）；y（t）=C x（t）1.2零极点增益模型：G（s）=【（s+2.7306-2.8531i）（s+2.7306+2.8531i）（s+1.5388）】/【（s+4）（s+3）（s+2）（s+1）】1.3系统零点向量Z, 极点向量P,系数H分别为：部分分式形式：G(s)=4/（s+4）-6/（s+3）+2/（s+2）+1/（s+1）2.求（2）的M文件如下：clear;a=[2.25,-5,-1.25,-0.5;2.25,-4.25,-1.25,-0.25;0.25,-0.5,-1.25,-1;1.25,-1.75,-0.25,-0.75];b=[4;2;2;0];c=[0,2,0,2];d=0;sys=ss(a,b,c,d)[num,den]=ss2tf(a,b,c,d)[Z,P,K]=ss2zp(a,b,c,d)[R,P,H]=residue(num,den)2.1传递函数模型参数：G(S)=(4 s^3 + 14 s ^2+ 22 s + 15)/(s^4 + 4 s^3 + 6.25 s ^2+ 5.25 s + 2.25)2.2 系统零点向量Z, 极点向量P,系数K分别为：零极点增益模型参数：G(s)= 【4（s+1-1.2247i ）（s+1+1.2247i）】/【(s+0.5-0.866i)( s+0.5+0.866i s+1.5)】2.3部分分式形式的模型参数：：G （s）=4/（s+1.5）-2.3094i/(s+0.5-0.866i)+2.3094i/(s+0.5+0.866i)3原理：把 f(t,y)在[t k，y k]区间内的曲边面积用矩形面积近似代替M文件如下：cleary=1;h=0.1;j=0;for i=1:11j=j+1;a(j)=yy=y+h*(-y);endj=0;for i=0:0.1:1f=exp(-i);j=j+1;b(j)=f;endfigure(1)x=0:0.1:1;abplot(x,a,'y-*')hold onplot(x,b,'--ro')得到图形：1 0.9000 0.8100 0.7290 0.6561 0.5905 0.5314 0.4783 0.4305 0.3874 0.3487 欧拉真 1 0.9048 0.8187 0.7408 0.6703 0.6065 0.5488 0.4966 0.4493 0.4066 0.36794.原理：把 f(t,y)在[t k，y k]区间内的曲边面积用上下底为f k和f k+1、高为 h 的梯形面积近似代替。

M文件如下：clear;y=1;h=0.1;j=0;for i=1:11j=j+1;a(j)=yk1=-y;k2=-(y+0.5*h*k1);y=y+h*k2;endj=0;for i=0:0.1:1f=exp(-i);j=j+1;b(j)=f;endfigure(2)x=0:0.1:1;abplot(x,a,'y-*')hold onplot(x,b,'--ro')得到图形：1 0.9048 0.8187 0.7408 0.6703 0.6065 0.5488 0.4966 0.4493 0.4066 0.3679 真值1 0.9050 0.8190 0.7412 0.6708 0.6071 0.5494 0.4972 0.4500 0.4072 0.3685 龙库0 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0006 0.0006 0.0007 0.0006 0.0006 误差二阶龙格-库塔法比欧拉法计算精度高。

三、实验总结：此次实验只要平时上课认真听过课，参考课件和书本便能顺利完成实验。

由此实验也可以总结出很多问题都会有多种解法，我们要通过实践总结出最佳解法。

实验二一、实验内容：1、用四阶龙格-库塔法求解题 2-3 数值解，并与前两题结果相比较。

2、已知二阶系统状态方程为（1）写出取计算步长为 h 时，该系统状态变量的四阶龙格-库塔法递推关系式。

（2）令上式中u（t）=0，用试探法选取参数带入（a）所得公式，给出仿真图形。

要求选取两组参数，一组使系统稳定，一组使系统发散。

（注：系统稳定从仿真图形上看，可视为系统的状态曲线x（t）趋于一定的值，发散可视为系统的状态曲线x（t）趋于无穷，当时间t趋于无穷时。

）二、实验步骤：1．求四阶龙格-库塔方法求解函数数值解：M文件：clear;y=1;h=0.1;j=0;for i=1:11j=j+1;a(j)=yk1=-y;k2=-(y+0.5*h*k1);k3=-(y+0.5*h*k2);k4=-(y+h*k3);y=y+h/6*(k1+2*k2+2*k3+k4);endj=0;for i=0:0.1:1f=exp(-i);j=j+1;b(j)=f;endfigure(3)x=0:0.1:1;abplot(x,a,'y-*')hold onplot(x,b,'--ro')得到图形：1 0.9048 0.8187 0.7408 0.6703 0.6065 0.5488 0.4966 0.4493 0.4066 0.3679 真值1 0.9048 0.8187 0.7408 0.6703 0.6065 0.5488 0.4966 0.4493 0.4066 0.3679 龙库误0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0差于二阶龙格库塔法，二阶龙格库塔法求解精度高于欧拉法。

2 当u（t）=0时：. M源程序：clear;h=0.1;i=1;j=1;x=[2;1];A=[-1,0;2,-2]for t=0:h:10disp(x);k1=A*x;k2=A*(x+k1*h/2);k3=A*(x+k2*h/2);k4=A*(x+k3*h);M(i)=x(1,:);T(i)=x(2,:);i=i+1j=j+1m=xx=m+h/6*(k1+2*k2+3*k3+k4);endeig(A)x=0:h:10;plot(x,M)hold onplot(x,T)得到结果：特征根ans =-3.5616 ， 0.5616图像：将A改为[-1,0;2,-2]得到：特征根ans = -2 ，-1 图形为：三、实验总结：此次实验需要耐心调整矩阵A的值，并且h需要设置合适的大小，才能保证图形的圆滑。

实验三一、实验内容：1、针对2-6中问题（b），对所选取的使系统发散的一组参数，设置控制u（t）=Kx（t）使系统稳定，其中K可以设计为一个常数（一般而言是个负数）或者为一个2*2的矩阵（一般而言其特征值均为负）。

2、将上述控制系统在Matlab/Simulink平台上进行仿真，并选取不同的仿真算法，比较所得的结果。

（注：这里的不同仿真算法是指，在Simulink 仿真参数配置对话框中分别选取：定步长和变步长进行仿真，在定步长中又可以分为欧拉法，或其他，变步长中也可以选择其他算法，并比较不同的仿真算法对仿真结果的影响。

）二、实验步骤：。

在Simulink 下建立系统框图如下：X[2；1] ；A[-1，2；2，-2] ；B[1；1] ；K=[-1，-1]在Simulink 仿真参数配置对话框中分别选取不同算法：定步长的Euler 法、Runge-Kutta 法；变步长的Adams 法、Bogacki-Shampine 法、Dormand-Prince 法。

其中定步长时步长为0.2。

变步长模式可以在仿真的过程中改变步长，提供误差控制和过零检测。

固定步长模式在仿真过程中提供固定的步长，不提供误差控制和过零检测。

1．1定步长Euler法如图：1．2定步长Runge-Kutta 法：对于定步长分析可知，定步长Runge -Kutta 的图形比较理想，曲线比较平滑。

2.1变步长Dormand-prince法：2．2变步长Bogachi-Shanpine法：2.3变步长Adams法：对于变步长：通过增大步长以减少运算时间。

变步长的最大值也要设置当然越小越好，但是太小了会仿真的时间很长，浪费时间。

通过上述实验图可以发现变步长对于此系统曲线更加平滑。

二、实验总结：此次实验花费的时间比较长，需要耐心地用尝试法使系统稳定。

此次实验我不仅请教了同学而且自己也通过查阅资料最终完成了实验，收获颇多。

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《计算机辅助教学》实验报告

《计算机辅助教学》实验报告

《计算机辅助教学》实验报告
实验名称：计算机辅助教学
实验目的：通过计算机辅助教学软件，提高学生的学习效果和学习兴趣。

实验步骤：
1. 选择一款计算机辅助教学软件，如微课堂、智慧课堂等。

2. 将该软件安装在教室的电脑上，并确保软件能够正常运行。

3. 将教学内容制作成电子课件并导入到软件中。

4. 让学生在电脑前坐下，打开软件并选择相应的课件。

5. 通过软件展示课件的内容，包括文字、图片、视频等多媒体形式。

6. 让学生跟随课件上的指引，完成相关的学习任务。

7. 在学习过程中，教师可以利用软件提供的互动功能与学生进行互动，解答学生的问题。

8. 根据学生的学习情况，及时调整教学内容和教学方式。

实验结果：通过计算机辅助教学软件，学生的学习效果得到了提高，学生对课程内容表现出了更高的兴趣和积极性。

教师能够更好地掌握学生的学习情况，及时进行教学调整。

实验结论：计算机辅助教学能够有效提高学生的学习效果和学习兴趣，提供了更多的学习资源和互动方式，有助于教师进行个性化教学和差异化指导。

matlab实验报告

matlab实验报告

目录一、基础题 (2)二、绘图题 (3)三、句柄图形和图形用户界面制作 (9)四、Simulink仿真题 (13)五、专题实验总结 (17)六、参考文献 (17)一．基础题实验目的：1、掌握数组的创建和寻访；2、掌握MA TLAB 数组的运算；3、熟悉MA TLAB 关系操作和逻辑操作；4、掌握函数的调用。

实验要求：1、熟练掌握数组运算；2、熟悉MA TLAB 的各种数据类型及函数调用；3、初步了解M 文件及其编写、调试与运行。

实验内容：某公司投资2000万元建成一条生产线。

投产后，在时刻t 的追加成本和追加收益分别为G(t)= (百万元/年), H(t)= (百万元/年)。

试确定该生产线在合适何时停产可获最大利润？最大利润是多少？解：构造函数f(t)=H(t)-G(t)=13-t-3t 2/3=0 ;令t 1/3=x,则f(t)=-t 3-3t 2+13 可得矩阵P=[-1,-3,0,13]求最佳生产时间的源程序如下：p=[-1,-3,0,13]; x=roots(p); t=x.^3运行结果如下： t =3.6768 +21.4316i 3.6768 -21.4316i4.6465考虑到实际情况，显然两个虚数根应该舍掉。

所以将t=4.6425带入，求积分。

代码：t=4.6465; x=0:0.01:t;y=13-x-3*x.^(2/3); trapz(x,y)运行结果： ans =26.32083/225tt ++3/218t-结论：比较以上三组数据，可知最佳生产时间t=4.6465年，可获得的最大收益为 26.3208（百万元/年）。

减去20（百万元）投资，可得最终利润为6.3208（百万元）。

二．作图题实验目的：1、进一步熟悉M 文件调试过程；2、熟练掌握MA TLAB 二维、三维图形的绘制；3、掌握图形的修饰； 实验要求：1、进一步熟悉和掌握MA TLAB 的编程及调试；2、掌握二维、三维图形的绘制；3、掌握图形交互指令的使用；实验内容：1、二维绘图： （1）函数)sin(2x ey x-=,求：a. 绘制[0 ,8]区间内的图形，加注x,y 轴及图形名称；b. 最大值和最小值；c. 零值；求解：a、命令：ezplot('2*exp(-x)*sin(x)',[0,8]) %绘图title(f) , xlabel('x') ,ylabel('y') %加轴名及图名图像:b、先求最小值：从图像上可以看出，在[3,4]之间有最小值，所以命令：[xmin,fmin]=fminbnd(f,3,4)Hold onPlot(xmin,fmin)运行结果：xmin =3.9270 fmin =-0.0279增加一句标注： text(xmin,fmin,'(3.9270,-0.0279)')求最小值求最大值分析：要求最大值，即为求y=-f(x)的最小值，从图像上可以看出，在[0,2]之间有最大值命令：f=inline('-2*exp(-x)*sin(x)') ezplot(f,[0,8][xmin,fmin]=fminbnd(f,0,2) hold onplot(xmin,fmin,'*') Hold onPlot(xmin,fmin)运行结果： xmin = 0.7854 fmin = -0.6448增加标注：text(xmin,fmin,'(0.7854,-0.6448)')（如上图）综上可知：fmax= 0.6448 fmin= -0.0279c 、为了便于观察，首先增加一条直线y=0 命令：hold onezplot('0',[0,8])图像：0123456780.10.20.30.40.50.60.7x2 exp(-x) sin(x)由图像可以看出，在x=0,x=3,x=6附近有零点，所以命令及运行结果如下：fzero(f,0) %求在x=0附近的零点 ans = 0fzero(f,3) %求在x=3附近的零点 ans =3.1416fzero(f,6) %求在x=6附近的零点 ans =6.2832所以零点有三个分别为：x 1=0 x 2=3.1416 x 3=6.2832（2）在同一个画面上建立几个坐标系, 用subplot(m,n,p)命令；把一个画面分成m×n 个图形区域, p 代表当前的区域号，在每个区域中分别画一个图（函数为：;cos sin 2;cos ;sin x x u x z x y ===xxv cos sin =）； 命令：>> subplot(2,2,1)>> ezplot('sin(x)',[-2*pi,2*pi]) >> subplot(2,2,2)>> ezplot('cos(x)',[-2*pi,2*pi]) >> subplot(2,2,3)>> ezplot('2*sin(x)*cos(x)',[-2*pi,2*pi]) >> subplot(2,2,4)>> ezplot('sin(x)/cos(x)',[-2*pi,2*pi])图像：2、三维绘图：（1）绘制[-8 8]区间内函数2222)sin(),(yx y x y x f ++=的三维网格曲面图，给该图加上标题；（2）绘制[-8 8]区间内单叶双曲面 125169222=-+z y x 的三维网格曲面图，给该图加上标题；(3) 求函数 f(x,y) = 3x 2+10y 2+3xy-3x +2y 在原点附近的一个极小值点和极小值；作函数 f(x,y)在|x|<2, |y|<1内的图；解：（1）命令：ezsurf('sin(sqrt(x^2+y^2))/sqrt(x^2+y^2)',[-8,8])title('f=sin(sqrt(x^2+y^2))/sqrt(x^2+y^2)')图像：（2）命令：xa=-8:0.2:8; ya=xa;[x,y]=meshgrid(xa,ya); a=3;b=4;c=5;z1=sqrt(c.^2*(x.^2/(a.^2)+y.^2/(b.^2)-1)); z2=-sqrt(c.^2*(x.^2/(a.^2)+y.^2/(b.^2)-1)); surf(x,y,real(z1)) hold on ;surf(x,y,real(z2)) shading interp图像：(3)求极值点命令：>> f=inline('3*x(1)^2+10*x(2)^2+3*x(1)*x(2)-3*x(1)+2*x(2)')f =Inline function:f(x) = 3*x(1)^2+10*x(2)^2+3*x(1)*x(2)-3*x(1)+2*x(2)>> [x,fval]=fminsearch(f,[0,0])运行结果：x = 0.5946 -0.1892fval = -1.0811所以原点附近的极小值点为（0.5946，-0.1892），极小值为：-1.0811 绘图命令：>> x=-2:0.1:2;>> y=-1:0.1:1;>> [xx,yy]=meshgrid(x,y);>> zz=3.*xx.^2+10.*yy.^2+3.*xx.*yy-3.*xx+2.*yy>> surf(xx,yy,zz)图像：三、句柄图形和图形用户界面制作实验目的：1、熟悉句柄图形体系的对象树结构；2、熟练掌握句柄图形体系的对象属性的创建、设置、查询；3、熟练掌握句柄的获取；4、熟练掌握图形用户界面（GUI）的制作；实验要求：1、会获取和显示图形对象的句柄；2、会设置菜单和子菜单；3、会设置用户控件；实验内容：利用底层绘图指令绘制一条余弦曲线。

计算机辅助设计实验报告

计算机辅助设计实验报告

计算机辅助设计实验报告计算机辅助设计实验报告引言：计算机辅助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）是指利用计算机技术进行设计、绘图和分析的过程。

它可以大大提高设计效率和准确性，广泛应用于各个领域，如建筑、机械、电子等。

本实验旨在通过实际操作，探索计算机辅助设计的原理和应用。

一、实验目的本实验的主要目的是让学生掌握CAD软件的基本操作和应用技巧，培养学生的设计思维和创新能力。

具体的实验目标包括：1. 熟悉CAD软件的界面和基本工具；2. 掌握CAD软件的绘图、编辑和修改功能；3. 学会使用CAD软件进行三维建模和渲染；4. 运用CAD软件解决实际设计问题。

二、实验内容1. CAD软件的安装和配置；2. CAD软件的基本操作：绘图、编辑、修改；3. CAD软件的高级功能：三维建模、渲染；4. CAD软件在实际设计中的应用。

三、实验步骤1. 安装CAD软件并进行配置。

根据实验指导书提供的安装包和教程，完成软件的安装和配置工作。

2. 学习CAD软件的基本操作。

通过实际操作，学习CAD软件的界面布局、工具栏功能、快捷键等基本操作技巧。

3. 进行绘图实验。

根据实验指导书提供的绘图要求，使用CAD软件进行绘图，并进行相应的编辑和修改。

4. 学习CAD软件的高级功能。

通过实际操作，学习CAD软件的三维建模和渲染功能，探索其在设计中的应用。

5. 进行实际设计应用实验。

根据实际设计问题，使用CAD软件进行设计和分析，并得出相应的结论。

四、实验结果与分析在进行实验过程中，我们成功完成了CAD软件的安装和配置，并熟练掌握了CAD软件的基本操作和高级功能。

通过绘图实验，我们能够快速、准确地完成各种图形的绘制，并进行相应的编辑和修改。

在三维建模和渲染实验中，我们能够将平面图形转化为立体模型，并进行真实感渲染，使设计更加生动、逼真。

在实际设计应用实验中，我们选择了一个建筑设计项目作为案例。

通过CAD软件，我们能够将设计师的想法快速转化为图纸，并进行分析和评估。

计算机辅助实验报告

计算机辅助实验报告

计算机辅助实验报告第一章：引言1.1 研究背景计算机辅助实验是利用计算机技术辅助进行实验教学的一种方法，通过将实验与计算机相结合，可以提高实验的效率、准确性和可重复性。

随着计算机技术的不断发展，计算机辅助实验在教学中的应用越来越广泛。

1.2 研究目的本报告旨在探讨计算机辅助实验在实验教学中的应用，并对其效果进行评估和分析，为教师和学生提供参考。

第二章：计算机辅助实验的基本原理2.1 计算机辅助实验的定义计算机辅助实验是指利用计算机技术对实验过程进行辅助，包括实验数据采集、实验数据处理和实验结果分析等环节。

2.2 计算机辅助实验的优势与传统实验相比，计算机辅助实验具有以下优势：（1）提高实验效率，节省实验时间；（2）提高实验准确性，减少人为误差；（3）增强实验可重复性，方便对实验结果进行验证；（4）提供更多实验数据处理和分析的方法。

第三章：计算机辅助实验的应用案例3.1 物理实验计算机辅助物理实验可以通过模拟实验环境、采集实验数据、分析实验结果等方式，提高物理实验的效果。

例如，通过计算机辅助实验可以更好地展示电路实验、力学实验等内容。

3.2 化学实验计算机辅助化学实验可以通过计算机模拟实验过程、提供实验指导、分析实验数据等方式，提高化学实验的安全性和效率。

例如，通过计算机辅助实验可以更好地展示化学反应实验、测量实验等内容。

3.3 生物实验计算机辅助生物实验可以通过计算机模拟生物实验环境、分析实验数据、提供实验指导等方式，提高生物实验的效果。

例如，通过计算机辅助实验可以更好地展示细胞实验、生物鉴定实验等内容。

第四章：计算机辅助实验的效果评估4.1 实验室教学效果评估通过对参与计算机辅助实验的学生进行实验成绩、实验报告质量、学习兴趣等方面的评估，可以评估计算机辅助实验对实验教学的影响。

4.2 学生学习效果评估通过对参与计算机辅助实验的学生进行知识理解、实验操作能力、实验数据分析等方面的评估，可以评估计算机辅助实验对学生学习效果的影响。