Matlab实验：Simulink构建与小车系统仿真详解

本篇实验讲义主要介绍了Simulink在Matlab中的应用，旨在帮助学生深化理解系统建模、仿真和分析。以下是主要内容的详细解析： **实验目的** 1. **环境熟悉与操作技能**：学生需要通过实践操作，熟悉Simulink的工作环境，学会如何构建系统模型，包括数学模型的转换和仿真分析。 2. **系统建模**：通过实例，学习如何将简单的数学模型（如传递函数G=tf(4,[1,2,3,4])和Gc=tf([1,-3],[1,3])）转化为系统仿真模型，并运用反馈控制（如G_c=feedback(G_o,H)）。 3. **子系统封装**：掌握如何在Simulink中创建子系统模型并实现封装，以便重复利用和管理复杂的系统组件。 **预习要求** 1. 学生需利用Matlab控制系统工具箱的函数计算开环和闭环系统的阶跃响应，观察其稳定性能。通过系统特征方程根的实部判断稳定性，以及了解等幅振荡与稳定性之间的关系。 **实验概述** Simulink是Matlab中的一个重要工具，它提供了图形化界面来设计和模拟动态系统，其应用范围广泛，涵盖通信、航天、生物系统等多个领域。通过图形化编辑，可以直观地设计复杂系统的模型，并进行实时仿真和分析。 **例题讲解** 1. **小车系统示例**：学生被引导设计一个简单的小车系统，其中外力F为正弦激励，质量m=0.5千克。需要求解0~15s时间段内小车的位移、速度和加速度响应曲线。这涉及从给定的模块（如SineWave、Gain和Integrator）构建系统模型，并进行数值计算。 在这个实验过程中，学生不仅能提升Simulink的使用技巧，还能加深对动态系统动力学的理解，包括控制理论和信号处理的基础概念。同时，通过解决实际问题，锻炼了模型构建、系统分析和问题解决的能力。 通过这个实验，学生将掌握如何利用Simulink工具箱中的组件进行系统建模，理解和应用基本的控制原理，以及进行实际系统的仿真和性能评估。这对于任何希望从事工程、科研或者数据分析的学生来说都是非常有价值的技能。