傳感器原理及應(yīng)用仿真(共14頁)

1、課程設(shè)計報告(bogo)(20142015年度(nind)第1學期)名稱(mngchng)：傳感器原理及應(yīng)用題目：使用Matlab工具進行仿真驗證院系：控制與計算機學院班級：測控1201班學號：1121160106學生姓名：賈平指導教師：郭鵬設(shè)計周數(shù)：兩周成績： 日期：2014年1月22日 傳感器原理及應(yīng)用綜合(zngh)實驗仿真(fn zhn)部分任 務(wù) 書目的(md)與要求本實驗的目的是配合傳感器原理與應(yīng)用課程的傳感器靜態(tài)特性與動態(tài)特性相關(guān)部分的內(nèi)容，利用 Matlab/Simulink 進行仿真驗證。培養(yǎng)學生利用計算機進行數(shù)據(jù)處理和模型仿真的能力，為今后從事相關(guān)領(lǐng)域的工作打下基礎(chǔ)。要求學

2、生了解傳感器靜態(tài)和動態(tài)特性的基礎(chǔ)知識，掌握 Matlab/Simulink 進行數(shù)據(jù)分析和仿真的基本方法。具體要求為：掌握基于最小二乘法的數(shù)據(jù)處理方法，能夠進行簡單的數(shù)據(jù)處理；掌握傳感器動態(tài)特性的分析手段，了解不同階次特性的基本性質(zhì)，并能夠進行相應(yīng)的仿真實驗，對傳感器動態(tài)特性有感性認識。主要內(nèi)容1、自學 Matlab/Simulink 使用的基本知識，包括信號源、傳遞函數(shù)、信號顯示等內(nèi)容；2、學習使用 Matlab 進行最小二乘法數(shù)據(jù)處理，分別通過自己編寫函數(shù)和使用 Matlab 提供的函數(shù)實現(xiàn)相同功能；3、學習傳感器動態(tài)特性，包括零階、一階和二階傳感器動態(tài)特性，并采用 Matlab/Simu

3、link 進行仿真驗證。（一）數(shù)據(jù)處理（學號單數(shù)做 K型，雙數(shù)做S型熱電偶） S型熱電偶特性（溫度范圍在 0 1700 ，查表溫度間隔為 100 ）如下表所示：溫度（）S型熱電偶分度（mV）001000.6462001.4413002.3234003.2595004.2336005.2397006.2758007.3459008.44910009.587110010.757120011.951130013.159140014.373150015.582160016.777170017.947對熱電偶特性進行(jnxng)曲線擬合，要求：按照(nzho)最小二乘法原理編寫 Matlab 程序(c

4、hngx)；采用 Matlab 自帶的擬合函數(shù)進行線性擬合，對前面的結(jié)果驗證；采用 Matlab 自帶的擬合函數(shù)進行二次曲線擬合，并給出線性擬合的誤差分析。（二）傳感器動態(tài)特性分析利用 Matlab/Simulink 對傳感器動態(tài)特性進行分析，輸入信號分別采用為階躍信號和正弦信號，要求：對零階傳感器的動態(tài)特性進行仿真，并對仿真結(jié)果進行討論；對一階傳感器的動態(tài)特性進行仿真，并對仿真結(jié)果進行討論；對二階傳感器的動態(tài)特性進行仿真，并對仿真結(jié)果進行討論，特別需要對阻尼比系數(shù)分情況進行討論。三、 進度計劃序號實驗內(nèi)容完成時間備注1自學 Matlab/Simulink 軟件的使用方法1月12-13日2學習

5、傳感器靜態(tài)、動態(tài)特性，并采用 Matlab/Simulink 進行驗證1月14-21日3交實驗報告，答辯1月22-23日4注：在不做傳感器實驗的時間內(nèi)完成這部分仿真實驗。四、 實驗成果要求完成實驗報告，實驗報告內(nèi)容應(yīng)包括上述數(shù)據(jù)處理和傳感器動態(tài)特性分析兩部分實驗分析結(jié)果，同時，實驗報告附件中應(yīng)包含： 提供曲線擬合部分的自己編寫的程序和采用 Matlab 自帶函數(shù)進行驗證的代碼；提供 Matlab/Simulink 搭建的仿真圖。五、 考核方式交實驗報告的同時(tngsh)進行答辯，根據(jù)實驗報告和答辯情況(qngkung)綜合評定成績。（一）學習使用 Matlab 進行最小二乘法(chngf)數(shù)

6、據(jù)處理，分別通過自己編寫函數(shù)和使用 Matlab 提供的函數(shù)實現(xiàn)相同功能；S型熱電偶特性（溫度范圍在 0 1700 ，查表溫度間隔為 100 ）如下表所示：溫度（）S型熱電偶分度（mV）001000.6462001.4413002.3234003.2595004.2336005.2397006.2758007.3459008.44910009.587110010.757120011.951130013.159140014.373150015.582160016.777170017.947對熱電偶特性進行曲線擬合，要求：按照最小二乘法原理編寫 Matlab 程序；采用 Matlab 自帶的擬合函

7、數(shù)進行線性擬合，對前面的結(jié)果驗證；采用 Matlab 自帶的擬合函數(shù)進行二次曲線擬合，并給出線性擬合的誤差分析。1.按照最小二乘法原理編寫 Matlab 程序；clcsyms yt xt;m1=0;m2=0;m3=0;m4=0;x=0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700;y=0 0.646 1.141 2.323 3.259 4.233 5.239 6.275 7.345 8.449 9.587 10.757 11.951 13.159 14.373 15.582 16.777

8、17.947;for i=1:16; m1=m1+x(i); m2=m2+y(i); m3=m3+x(i)*y(i); m4=m4+x(i)*x(i);end;k=(18*m3-m1*m2)/(18*m4-m12);a0=(m4*m2-m1*m3)/(18*m4-m12);xt=x;yt=a0+k*xt;%按最小二乘法(chngf)編寫的程序k %out ka0 % out a0k = 0.0104a0 = -0.55442.采用 Matlab 自帶的擬合函數(shù)進行(jnxng)線性擬合，對前面的結(jié)果驗證；clcsyms yt xt;m1=0;m2=0;m3=0;m4=0;x=0 100 200

9、 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700;y=0 0.646 1.141 2.323 3.259 4.233 5.239 6.275 7.345 8.449 9.587 10.757 11.951 13.159 14.373 15.582 16.777 17.947;figure(1);subplot(3,1,1);stem(x,y,fill);xlabel(溫度(wnd)/C);ylabel(s型熱電偶分度/mV);title(原始數(shù)據(jù)點);axis(0 1700 0 18);for i=1:16

10、; m1=m1+x(i); m2=m2+y(i); m3=m3+x(i)*y(i); m4=m4+x(i)*x(i);end;k=(18*m3-m1*m2)/(18*m4-m12);a0=(m4*m2-m1*m3)/(18*m4-m12);xt=x;yt=a0+k*xt;subplot(3,1,2);plot(xt,yt);xlabel(溫度(wnd)/C);ylabel(s型熱電偶分度/mV);title(最小二乘法擬合(n h)曲線);axis(0 1700 0 18);a=polyfit(x,y,1);%使用matlab自帶程序(chngx)近線性擬合xi=0:0.001:1700;yi

11、=polyval(a,xi);subplot(3,1,3);plot(xi,yi);%二者曲線進行比較xlabel(溫度/C);ylabel(s型熱電偶分度/mV);title(matlab自帶擬合函數(shù)擬合曲線)axis(0 1700 0 18);k %out ka0 % out a0a%自帶線性擬合系數(shù)figure(2)stem(x,y,fill);xlabel(溫度/C);ylabel(s型熱電偶分度/mV);axis(0 1700 0 18);hold on;plot(xi,yi);legend(原始數(shù)據(jù)點,擬合曲線);sprintf(自帶函數(shù)擬合直線方程：Y=%0.5gx+%g,a(1

12、),a(2)k =0.0104a0 = -0.5544a = 0.0108 -0.9225ans =自帶函數(shù)擬合直線(zhxin)方程：Y=0.010827x+-0.922491采用(ciyng) Matlab 自帶的擬合函數(shù)進行二次曲線擬合，并給出線性擬合的誤差(wch)分析。clcx=0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700;y=0 0.646 1.141 2.323 3.259 4.233 5.239 6.275 7.345 8.449 9.587 10.757 11.951

13、 13.159 14.373 15.582 16.777 17.947;b=polyfit(x,y,2);xj=0:0.001:1700yj=polyval(b,xj);stem(x,y,fill);xlabel(溫度/C);ylabel(s型熱電偶分度/mV);axis(0 1700 0 18);hold on;plot(xj,yj);legend(原始數(shù)據(jù)點,二次擬合曲線);sprintf(二次曲線方程：Y=(%0.5g)x2+%0.5gx+%0.5g,b(1),b(2),b(3)ans =二次曲線方程：Y=(1.4213e-006)x2+0.0084104x+-0.27817（二）傳感器

14、動態(tài)特性(txng)分析利用(lyng) Matlab/Simulink 對傳感器動態(tài)特性(txng)進行分析，輸入信號分別采用為階躍信號和正弦信號，要求：對零階傳感器的動態(tài)特性進行仿真，并對仿真結(jié)果進行討論；階躍信號零階傳感器動態(tài)特性正弦信號零階傳感器動態(tài)特性零階傳感器輸入與輸出呈正比關(guān)系，并且與頻率無關(guān)，無相位(xingwi)失真和幅值失真問題。對一階傳感器的動態(tài)(dngti)特性進行仿真，并對仿真結(jié)果進行討論；階躍信號一階傳感器動態(tài)(dngti)特性正弦信號一階傳感器動態(tài)(dngti)特性由圖可知，隨時間的推移，輸出最終與輸入(shr)呈正比。一階傳感器具有(jyu)一定的延遲。對二階傳感器的動態(tài)特性進行仿真，并對仿真結(jié)果進行討論，特別需要對阻尼比系數(shù)分情況進行討論。阻尼比=0.5階躍信號二階傳感器動態(tài)特性正弦信號二階傳感器動態(tài)(dngti)特性此為欠阻尼情況，階躍響應(yīng)峰值超過穩(wěn)態(tài)值，出現(xiàn)(chxin)過峰現(xiàn)象。阻尼比=1時階躍信號二階傳感器動態(tài)(dngti)特性正弦信號(xnho)二階傳感器動態(tài)特性此為臨界阻尼系統(tǒng)，階躍響應(yīng)(xingyng)不出現(xiàn)過沖；阻尼比=2階躍信號二階傳感器動態(tài)(dngti)特性正弦(zhn