武汉理工大学-Matlab 课程设计1
基于MATLAB 的二自由度和四自由度汽车振动模型分析
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第17期·67·文章编号：2095－6835（2020）17－0067－03基于MATLAB 的二自由度和四自由度汽车振动模型分析金琦珺，罗骞＊（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070）摘要：以普通乘用车为例，将汽车简化成独立悬架整车二自由度与四自由度动力学模型，根据牛顿第二定律求出系统的运动微分方程，并利用MATLAB 研究了汽车振动的频率响应特性，求解得到该振动系统的固有频率和各主振型，绘制出车身、前后轴振动对前后轮激励的频率响应曲线图。
并着重研究了轮胎阻尼对汽车平顺性的影响。
该研究能够对减轻汽车振动及提高汽车行驶平顺性提供一定有益的参考。
关键词：MATLAB ；二自由度：四自由度；自由振动中图分类号：TH701文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.17.0261引言机械振动对于人类的生产生活来说是一把双刃剑，既可以服务于人类，又对人类的生产活动有重大危害。
机械振动既有有利的一面也有有害的一面。
需对振动进行动态分析，通过研究物体偏离平衡位置的位移、速度、加速度等的动态变化来达到目的。
在物体的平衡点附近出现的物体的来回运动，有线性和非线性两种振动模式。
由于外界对系统的激励或作用，使得机械设备产生噪声及有损于机械结构的动载荷，从而影响设备的工作性能和寿命。
尤其是发生共振情况时，可能使机器设备受到损坏，所以急需对机械振动的相关原理进行研究。
为了合理减小振动对设备的危害，充分利用振动进行机器运作，对机械振动产生的规律进行了探讨和研究。
随着计算机智能系统的快速发展，相关的仿真技术都出现了极大的提升空间，在日常的生产活动中，人们经常用到的相关软件有adams 、abaqus 等。
目前MATLAB 计算机软件在计算机的仿真方面使用更加广泛一些，MATLAB 是一款拥有强大绘图能力的工程计算高级计算机语言。
第9讲 MATLAB图形用户界面( GUI)
武汉理工大学数学系 尹强
CreateFcn = DeleteFcn = BusyAction = queue HandleVisibility = on HitTest = on Interruptible = on Parent = [0] Selected = off SelectionHighlight = on Tag = Type = figure UIContextMenu = [] UserData = [] Visible = on
获得当前所有对象句柄
H=Findobj Findobj(‘Property’,PropertyValue)
武汉理工大学数学系 尹强
位置（position)和单位(units) Units:inches;centimeters
武汉理工大学数学系 尹强
根对象的位置属性： 根对象的位置属性： Position 由ScreenSize代替 代替 [left,bottom] [1,1] [width,height] 屏幕实际尺寸 例：get(0,'screensize') ans = 1 1 800 600
武汉理工大学数学系 尹强
控制框类型
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
按纽框：执行一个动作（ 按纽框：执行一个动作（如open, close) 无线按纽：设置参数的开关（ 无线按纽：设置参数的开关（0 或1） ） 检查框： 检查框：切换按纽 静态文本框：显示标示﹑用户信息及当前值 静态文本框：显示标示﹑ 可编辑文本框： 可编辑文本框：容许用户输入文本或特定值 滑标（滚动条） 滑标（滚动条）：用于选取某一范围内的值 弹出式菜单： 弹出式菜单：向用户提供一些可选的清单 框架：带色彩的矩形区域， 框架：带色彩的矩形区域，提供视觉的分隔性
基于matlab高斯光束经透射型体光栅后的光束传输特性分析(附源程序)
目录1 基本原理 (1)1.1耦合波理论 (1)1.2高斯光波的基本理论 (9)2 建立模型描述 (10)3仿真结果及分析 (10)3.1角度选择性的模拟 (10)3.2波长选择性的模拟 (13)3.3单色发散光束经透射型布拉格体光栅的特性 (15)3.4多色平面波经透射型布拉格体光栅的特性 (17)4 调试过程及结论 (18)5 心得体会 (20)6 思考题 (20)7 参考文献 (20)8 附录 (21)高斯光束经透射型体光栅后的光束传输特性分析1 基本原理1.1耦合波理论耦合波理论分析方法基于厚全息光栅产生的布拉格衍射光。
当入射波被削弱且产生强衍射效率时，耦合波理论分析方法适用耦合波理论分析方法适用于透射光栅。
1.1.1耦合波理论研究的假设条件及模型耦合波理论研究的假设条件：(1) 单色波入射体布拉格光栅；(2) 入射波以布拉格角度或近布拉格角度入射；(3)入射波垂直偏振与入射平面；(4)在体光栅中只有两个光波：入射光波 R 和衍射光波 S；(5)仅有入射光波 R 和衍射光波 S 遵守布拉格条件，其余的衍射能级违背布拉格条件，可被忽略；(6)其余的衍射能级仅对入射光波 R 和衍射光波 S 的能量交换有微小影响；(7)将耦合波理论限定于厚布拉格光栅中；图1为用于耦合波理论分析的布拉格光栅模型。
z 轴垂直于介质平面，x 轴在介质平面内，平行于介质边界，y 轴垂直于纸面。
边界面垂直于入射面，与介质边界成Φ角。
光栅矢量K垂直于边界平面，其大小为2/=Λ，Λ为光栅周期，θ为入射角。
Kπ图1布拉格光栅模型R —入射波，S —信号波，Φ—光栅的倾斜角，0θ—再现光满足布拉格条件时的入射角（与z 轴所夹的角），K —光栅矢量的大学，d —光栅的厚度，r θ和s θ—再现光波和衍射光波与z 轴所夹的角度，Λ—光栅周期。
光波在光栅中的传播由标量波动方程描述：220E k E ∇+= （1）公式（2）中(),E xz 是y 方向的电磁波的复振幅，假设为与y 无关，其角频率为ω。
P-Q法潮流计算
1.系统概述1.1 设计目的及要求设计目的1. 掌握电力系统潮流计算的基本原理；2. 采用计算机语言对潮流计算进行计算机编程计算（MATLAB语言或C语言）；3. 采用计算机语言对潮流计算进行计算机编程计算。
设计要求1. 程序源代码；2. 给定题目的输入，输出文件；3. 程序说明；4. 给定系统的程序计算过程；1.2 设计题目用牛顿-拉夫逊法或P-Q 分解法进行电力系统潮流计算（四节点四支路）1.3 设计内容1.根据电力系统网络推导电力网络数学模型，写出节点导纳矩阵；2.赋予各节点电压变量（直角坐标系形式）初值后，求解不平衡量；3.形成雅可比矩阵；4.求解修正量后，重新修改初值，从2开始重新循环计算；5.求解的电压变量达到所要求的精度时，再计算各支路功率分布、功率损耗和平衡节点功率;6.上机编程调试；7.计算分析给定系统潮流分析并与手工计算结果作比较分析。
8.准备答辩，打印该课程设计说明书。
2．实验内容2.1．理论分析：P-Q 分解法是从改进和简化牛顿法潮流程序的基础上提出来的，它的基本思想是：把节点功率表示为电压向量的极坐标方程式，抓住主要矛盾，以有功功率误差作为修正电压向量角度的依据，以无功功率误差作为修正电压幅值的依据，把有功功率和无功功率迭代分开来进行。
牛顿法潮流程序的核心是求解修正方程式，当节点功率方程式采取极坐标系统时，修正方程式为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆V V L N J H Q P /δ 或展开为：VV L J Q V V N H P //∆⋅+∆⋅=∆∆⋅+∆⋅=∆δδ (4)以上方程式是从数学上推倒出来的，并没有考虑电力系统这个具体对象的特点。
电力系统中有功功率主要与各节点电压向量的角度有关，无功功率则主要受各节点电压幅值的影响。
大量运算经验也告诉我们，矩阵N 及J 中各元素的数值相对是很小的，因此对牛顿法的第一步简化就是把有功功率和无功功率分开来进行迭代，即将式(4)化简为：VV L Q H P /∆⋅=∆∆⋅=∆δ (5)这样，由于我们把2n 阶的线性方程组变成了二个n 阶的线性方程组，因而计算量和内存方面都有改善。
二维热传导方程有限容积法的MATLAB实现
温度/(℃)
参数类型 无限大板厚度 L 厚度方向坐标 x 密度 ρ 比热 c 大板初始温度 Ti 流体温度 T f 热传导系数 λ 换热系数 h
N n
[8]
界类型定义不同源项 S， 并将其代入到方程组的迭代 求解中， 从而在数学物理模型上体现不同方式向物 理介质内的有限容积单元传递热量， 下面分三种情 况进行讨论： （1） 给定热流密度 q 边界条件 T 2 j - T1 j 热流密度 q = - λ ， 边界温度系数 aW = δx w 又有源项 S u 2 j = q aW 2 j = 0 ， 元温度： T1 j = q
基金项目： 国家自然科学基金 （No.10901067） ； 中央高校基本科研业务费专项资金 （No.2011-1a-023） 。 作者简介： 薛琼 （ 1980— ） ， 女， 博士， 讲师， 主要研究领域为微分几何及其应用； 肖小峰 （ 1979— ） ， 男， 讲师。E-mail： 18986258401@ 收稿日期： 2011-12-08 修回日期： 2012-01-30 CNKI 出版日期： 2012-05-21 DOI： 10.3778/j.issn.1002-8331.2012.24.044 /kcms/detail/11.2127.TP.20120521.1142.073.html
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通过式 （1） 和式 （3） 推导出， 具体如下式：
ì ρ c ¶T = ¶ æ λ ¶T ö + S ï ¶τ ¶x è ¶x ø ï ¶T | | = h T - T ¶T | =0 ï ¶x | |x = 0 λ 1 f ¶x |x = 0.06 ï 0 ía P T P = a E T E + aW TW + S u Dx + a0 PT P ï 0 ïa P = a E + aW + a P - S P Dx ï 0 ρcDV λe λw ïa P = Dτ a E = δx aW = δx e w î
异步电动机动态数学模型的建模与仿真
概述 (1)1课程设计任务与要求 (2)2异步电动机动态数学模型 (3)2.1三相异步电动机的多变量非线性数学模型 (4)2.2 坐标变换 (6)2.2.1坐标变换的基本思路 (6)2.2.2三相-两相变换（3/2变换） (6)2.2.3 静止两相-旋转正交变换（2s/2r变换） (8)2.3状态方程 (9)3模型实现 (11)3.1AC Motor模块 (11)3.2坐标变换模块 (12)3.3仿真原理图 (15)4仿真结果及分析 (17)5结论 (20)参考文献 (21)异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。
异步电动机按照转子结构分为两种形式：有鼠笼式、绕线式异步电动机。
异步电动机的转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高。
但它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率，因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如传动轧机、卷扬机、大型机床等），不如直流电动机经济、方便。
因此，在需要高动态性能的调速系统或伺服系统，异步电动机就不能完全适应了。
要实现高动态性能的系统，必须首先认真研究异步电机的动态数学模型。
系统建模与仿真一直是各领域研究、分析和设计各种复杂系统的有力工具。
建模可以超越理想的去模拟复杂的现实物理系统；而仿真则可以对照比较各种控制策略和方案，优化并确定系统参数。
长期以来，仿真领域的研究重点是放在仿真模型建立这一环节上，即在系统模型建立以后，设计一种算法，以使系统模型为计算机所接受，然后再将其编制成计算机程序，并在计算机上运行。
显然，为达到理想的目的，在这一过程中编制与修改仿真程序十分耗费时间和精力，这也大大阻碍了仿真技术的发展和应用。
近年来逐渐被大家认识的Matlab软件则很好的解决了系统建模和仿真的问题。
基于MATLAB与C#混合编程的遗传算法优化设计斜齿轮
运用 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ和 ｃ 等软件来优化设计斜齿轮 ， ＃ 来有效 的 降低成本 ， 提高设计效率 。
ＭＡ Ｅ Ｂ是 由 Ｍａ Ｗ。 ｓ公 司 开发 的一 种 主要 用 于 ＴＡ ｔ ｒ ｈ ｋ
用高斯赛德尔法求节点电压
目录摘要 (1)1.设计目标 (2)2．设计原理 (2)2.1 高斯-赛德尔迭代法 (2)2.2 MTLAB与MATPOWER (3)2.3 节点导纳矩阵与节点类型 (4)2.3.1 节点导纳矩阵 (4)2.3.2 节点类型 (5)2.4 潮流计算 (6)3 计算过程及步骤 (7)4 MATPOWER中建模解决问题 (8)4.1 MATPOWER的技术规则 (8)4.1.1.数据文件格式 (8)4.1.2.控制选项 (9)4.2 MATPOWER实际建模 (10)4.2.1 建模中的实际问题 (10)4.2.3 建模结果显示 (12)小结 (17)参考文献 (18)摘要大型线性方程组的求解是大规模科学与工程计算的核心。
随着计算机的飞速发展，迭代法已取代直接法成为求解大型线性方程组的最重要的一类方法。
而判断迭代法好坏的标准通常是通过迭代法的收敛速度刻画的，从而迭代法的收敛速度成为一个很重要的问题，因此我们应该找收敛速度比较快的迭代方法，这样才有实际价值。
因此，本文就通过数值实验说明，求线性方程组的近似解时，高斯-赛德尔迭代法的收敛速度比雅可比迭代法的收敛速度要快一些。
随着科学技术的发展，生产实际中出现了大量的大型稀疏线性代数方程组，同时，用差分方法逼近微分方程的过程中，也需要求解这类线性方程组。
因而，研究大型稀疏线性方程组的解法成了人们所关注的焦点。
由于迭代法能够充分利用矩阵的稀疏性，从而节省存储单元，因而它是解大型稀疏线性代数方程组的比较实用的方法之一。
众所周知，构造一个迭代法，它的收敛性和收敛速度是一个关键问题，不收敛的格式自然不能用，而收敛满的方法同样由于其费时且不一定能得出结果使得人们无法使用，这样在实际使用迭代法求解问题时就必须寻求收敛性好且收敛速度较快的方法。
20世纪50年代是用数字计算机求解电力系统潮流问题的开始阶段，人们普遍采用以节点导纳矩阵为基础的高斯-赛德尔迭代法。
这个方法的原理比较简单，要求的数字计算机的内存量也比较小，适应当时的电子数字计算机制作水平和电力系统理论水平。
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课程设计任务书学生姓名： xxx 专业班级：信息xxx班指导教师： xxx 工作单位：信息工程学院题目:MATLAB课程设计要求完成的主要任务:1.在数字信号处理平台上（PC机﹑MATLAB仿真软件系统）进行软件仿真设计，并进行调试和数据分析。
2. 利用MATLAB仿真软件系统结合频率取样法设计一个数字高通FIR滤波器。
课程设计的目的：1．理论目的课程设计的目的之一是为了巩固课堂理论学习，并能用所学理论知识正确分析信号处理的基本问题和解释信号处理的基本现象。
2．实践目的课程设计的目的之二是通过设计具体的图像信号变换掌握图像和信号处理的方法和步骤。
时间安排：指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签字：年月日目录1 引言 (1)1.1MATLAB介绍 (1)1.2MATLAB信号处理工具箱函数介绍 (1)1.3滤波器的介绍 (2)2 FIR数字滤波器设计原理 (3)3 FIR数字滤波器设计方法 (4)3.1窗函数法 (4)3.2频率取样法 (5)4 频率采样法实际FIR高通滤波器 (7)4.1设计原理 (7)4.2设计步骤 (9)5 MATLAB环境下设计FIR数字高通滤波器 (9)5.1设计要求 (9)5.2 FIR数字高通滤波器程序设计 (10)5.3调试结果 (11)5.4 高通FIR数字滤波器的进一步设计 (12)6 高通FIR数字滤波器性能测试 (14)6.1高通FIR数字滤波器性能测试程序 (14)6.2 性能测试结果 (15)7 FDATOOL工具箱设计高通FIR滤波器 (16)7.1 FDATOOL工具箱 (16)7.2 FIR滤波器参数设置 (17)8心得体会 (19)参考文献 (20)附件：MATLAB程序 (21)数字滤波是语音和图象处理、模式识别、频谱分析等应用中的一个基本处理算法，数字滤波技术是信号消噪的基本方法。
根据噪声频率分量的不同，可选用具有不同滤波特性的数字滤波器。
当噪声的频率低于信号的频率时，就应该选用高通滤波器。
本设计采用了频率抽样法设计的FIR高通数字滤波器，其目的是为了让中高频率的信号通过，而且利用频率抽样法的优点是可以在频域直接设计，并且适合最优化设计。
FIR滤波器为有限长冲激响应滤波器，因其在线性相位特性方面具有独特的优点，因此也越来越受到广泛的重视。
MATLAB是一种面向科学和工程计算的语言，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，具有编程效率高、调试手段丰富、扩展能力强等特点，MATLAB的信号处理工具箱具有强大的函数功能，它不仅可以用来设计数字滤波器，还可以使设计达到最优化，是数字滤波器设计的强有力工具。
关键词：FIR数字滤波器频率抽样高通MATLABThe digital filter is the voice and image processing, pattern recognition, spectrum analysis in the application of a basic algorithm, digital filtering technology is the basic method of signal denoising. According to different frequency components of noise, can be used with different filtering characteristics of digital filter. When the noise of high frequency below the signal frequency, should choose a high-pass filter. This design uses the frequency sampling design method of FIR high pass digital filter, its purpose is to make the high frequency signal through, and by using the frequency sampling method can be directly in the frequency domain design, and is suitable for optimization design. FIR filter for finite impulse response filters, due to its linear phase characteristic has unique advantages, so it attracts more and more attention.MATLAB is a science and engineerin-oriented computing language,which set numerical analysis,matrix xomputing,graphics and signal processing in one,the program has a highly efficient means of debugging a rich,strong,and other characteristics of the expansion,MATLAB signal processing tools Box features a powerful function,which not only can be used to design is a powerful tool.Key word: FIR digital filter Frequency sampling High passt. MATLAB1.1MATLAB介绍MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。
在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，JA V A的支持。
可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。
1.2MATLAB信号处理工具箱函数介绍以下就本课程设计所用到的MATLAB函数进行简要介绍。
1、freqs 求模拟滤波器H a(s)的频率响应函数。
H=freqs(B,A,w) 计算由向量w(rad/s)指定的频率点上模拟滤波器Ha(s)的频率响应Ha(jw)，结果存于H向量中。
向量B和A分别为模拟滤波器系统()aHs 的分子和分母多项式系数。
[H,w]=freqs(B,A,w) 计算出M个频率点上的频率响应存于H向量中，M个频率存放在向量w 中。
freqs函数自动将这M个频点设置在适当的频率范围。
默认w和M时freqs自动选取200个频率点计算。
不带左端输出向量时，freqs 函数将自动绘出幅频和相频曲线。
1.3滤波器的介绍1.3.1滤波器功能及分类滤波器主要功能是对信号进行处理，保留信号中的有用成分，去除信号中的无用成分。
其按处理的信号可分为数字滤波器（Digital Filter,DF）和模拟滤波器（AnalogFilter,AF），按频域特性分为低通、高通、带通、带阻滤波器，按时域特性可分为有限长冲激响应（FIR）滤波器和无限长冲激响应（IIR）滤波器。
1.3.2模拟滤波器设计理论模拟滤波器的理论和设计方法已发展得相当成熟，且有若干典型的模拟低通滤波器的设计原型可供选择，如巴特沃斯（Butterworth）滤波器、切比雪夫（Chebyshev）滤波器、椭圆（Ellips）滤波器、贝塞尔（Bessel）滤波器等。
这些滤波器各有特点，巴特沃斯滤波器具有通带内最平坦且单调下降的幅频特性；切比雪夫滤波器的幅频特性在通带或阻带内有波动，可以提高选择性；贝塞尔滤波器通带内有较好的线性相位特性；而椭圆滤波器的选择性相对前三种是最好的。
模拟低通滤波器的设计是最基本的，而高通、带通、带阻滤波器则可利用频率转换的方法由低通滤波器映射而得到。
模拟滤波器的设计是根据一组设计规范来设计模拟系统函数Ha(s)，使其逼近某个理想滤波器的特性。
其中可以由幅度平方函数确定系统函数。
下面介绍两种常用的低通滤波器特性。
一般以低通滤波器为基础来讨论逼近函数，而高通、带通、带阻滤波器则可用变换方法有低通滤波器映射而得到。
一种是巴特沃斯低通逼近，另一种是切比雪夫低通逼近。
本设计中选用第一种方法巴特沃斯低通逼近。
由模拟低通滤波器系统函数确定模拟高通滤波器系统函数的方法如下：(1)定低通系统函数H LP (s)，其参考角频率Ωc （一般为截止频率）由高通参考角频率（一般为截止频率）Ωc 选定，一般都选Ωc=1的归一化原型低通滤波器；(2)所得到的H LP (s)中代入变换关系式p j cc ΩΩ-=s 中，得到高通系统函数ps LP HP c c s H P H ΩΩ==)()( （1）故模拟高通滤波器的实现可由模拟低通滤波器的归一化原型再经频率变换得到。
1.3.3数字滤波器介绍数字滤波器是在模拟滤波器的基础上发展起来的，从结构上看，数字滤波器可以分内递归型（IIR ）与非递归型（FIR ）两大类。