MATLAB在单自由度振动的应用

1、问题：一单自由度系统，固有频率wn=1，初始条件，y0=1，v0=5，系统的阻尼大小可变，讨论系统在过阻尼、小阻尼和无阻尼情况下的自由振动。

2、分析1：当系统的阻尼为0，称为无阻尼，此时系统的振动响应如下图公式所示：

3、分析2：当系统的阻尼比介于0~1之间，称为小阻尼，此时系统的振动响应如下图公式所示：

4、分析3：当系统的阻尼比大于1，称为过阻尼，此时系统的振动响应如下图公式所示：

5、MATLAB计算假设：过阻尼时阻尼比为1.5，过阻尼时阻尼比为0.5，无阻尼时阻尼比为0，则MATLAB计算命令如下所姨胀兽辱示：cleart=0:0.01:20;wn=5;y0=1;v0=5;%%阻尼比znb=0时，计算无阻尼响应znb=0;A1=sqrt(y0^2+(v0/wn)^2);phi1=atan(v0/(y0*wn));y1=A1*cos(wn*t-phi1);subplot(3,1,1);plot(t,y1);ylabel('{\ity}_1');grid on%%阻尼比znb=0.1时，计算小阻尼响应znb=0.1;wd=wn*sqrt(1-znb^2);A2=sqrt(y0^2+(v0+znb*wn*y0)^2/wn^2);phi2=atan(v0+znb*wn*y0)/(y0*wd);y2=A2*exp(-znb*wn*t)*diag(cos(wd*t-phi2));%使用diag函数生成对角阵满足矩阵乘法运算。subplot(3,1,2);plot(t,y2);ylabel('{\ity}_2');grid on%%阻尼比znb=1.5时，计算过阻尼响应znb=1.5;r1=(-znb+sqrt(znb^2-1))*wn;r2=(-znb-sqrt(znb^2-1))*wn;A=(v0-r2*y0)/(r1-r2);B=(v0-r1*y0)/(r2-r1);y3=A*exp(r1*t)+B*exp(r2*t);subplot(3,1,3);plot(t,y3);ylabel('{\ity}_3');xlabel('{\itt}');grid on