控制系统MATLAB仿真实验指导书

目录

目录 ...........................................................................................................I 1.说明 ........................................................................................................ 1 2.MATLAB语言简介 ..................................................................................... 2

2.1 MATLAB 的应用基础 ........................................................................ 2 2.2 MATLAB 函数 .................................................................................. 3 2.3 绘制响应曲线 .................................................................................... 4 2.4 MATLAB 语言的联机帮助功能 ............................................................. 6 3.MATLAB语言基础实验 ............................................................................... 7

3.1实验一 MATLAB语言平台 .................................................................. 7 3.2 实验二 MATLAB数值运算 ................................................................. 10 3.3 实验三 MATLAB 绘图....................................................................... 13 3.4 实验四 MATLAB句柄绘图 ................................................................. 17 4. 控制理论仿真实验 ................................................................................... 20

4.1实验五 控制系统的建模..................................................................... 20 4.2 实验六 控制系统的稳定性分析实验...................................................... 26 4.3 实验七 控制系统的时域分析实验......................................................... 28 4.4 实验八 控制系统的根轨迹分析 ........................................................... 30 4.5 实验九 控制系统的频域分析 .............................................................. 31 4.6 实验十 S函数的编写及应用 ................................................................ 32 5. 实验作业 ............................................................................................... 38

I

MATLAB语言与控制系统仿真实验

1.说明

《MATLAB语言与控制系统仿真实验指导书》包括四部分内容：MATLAB语言基础、MATLAB语言基础实验、控制理论仿真实验和实验作业。要求每位学生完成规定的实验内容后，独立做完实验作业，以巩固知识，增强应用能力。

本课程上机实验学时为16学时，建议分配如下：

实验内容 实验一 MATLAB语言平台 实验二 MATLAB数值运算 实验三 MATLAB 绘图 实验五 控制系统的建模 实验六 控制系统的稳定性分析实验 实验七 控制系统的时域分析实验 实验八 控制系统的根轨迹分析 实验九 控制系统的频域分析 实验十 S函数的编写及应用

上述学时仅为参考学时，学生可根据自己对MATLAB的熟悉程度作适当的调整。

学时数 2 2 2 2 2 2 1 1 2 1

2.MATLAB语言简介

MATLAB 是MathWorks 公司于1982 年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。MATLAB 的推出得到了各个领域专家学者的广泛关注，其强大的扩展功能为各个领域的应用提供了基础，现已成为国际控制界应用最广的首选计算机工具。控制界的很多知名学者度为其擅长的领域写出工具箱，而其中很多工具箱已经成为该领域的标准。

和其它的程序设计语言不同，MATLAB 语言的基本变量单元是复数矩阵，其矩阵处理功能和图形处理功能是其最显著的特色，这里介绍一些简单实用的MATLAB 命令及操作。

2.1 MATLAB 的应用基础

1. 如何应用MATLAB

通常以命令驱动方式应用MATLAB 。当输入单个命令时，MATLAB 会立即对其进行处理，并且显示处理结果。MATLAB 也能够执行存储在文件中的命令序列。

通过键盘输入的命令，可以用上下箭头键存取。 2. MATLAB 的变量

MATLAB 的一个特点是变量在应用前不必确定维数。在MATLAB 中，变量一旦被采用，会自动产生（如果必要，变量的维数以后还可改变），并保留在存储器中。

为了得到工作空间内的变量清单，可以通过键盘输入命令 who ，当前存放在工作空间内的所有变量便会显示在屏幕上。

命令 clear 能从工作空间中清除所有非永久性变量。如果只需要从工作空间中清除某个特定变量，比如“x”，则应输入命令 clear x。 3. 以“%”开始的程序行

在MATLAB 中以“%”开始的行表示注解和说明，这些注解和说明是不执行的。如果注解和说明需要一行以上程序行，则每一行均需以“%”为起始。 4. 分号操作符

分号用来取消打印（显示）。如果语句的最后一个符号是分号，则打印被取消，但是命令仍在执行，而结果不再显示。此外，在输入矩阵时，分号表示一行的结束。 5. 冒号操作符

冒号操作符在MATLAB 中起着重要作用。该操作符用来建立行向量，赋予矩阵下标和规定叠代。例如：j : k 表示 [j j+1 ? k-1 k]，A( : , j ) 表示矩阵A 的第 j 列。 6. 输入超过一行的长句

2

如果输入的语句太长，超出了一行，则在语句的末尾输入3个小圆点（?），以表明语句将延续到下一行。 7. 在一行内输入数个语句

如果语句之间用豆号或分号隔开，则可以把数个语句放在一行内。例如： plot ( 1 , 3 , 'o') , text ( 1 , 20 , 'system 1' ) , text ( 1 , 15 , 'system 2' ) 8. 选择输出格式

MATLAB 中的所有计算都是以双精度方式完成的，但是显示输出可以是具有4个小数位的定点输出。例如，对于向量

x = [1/3 , 0.00002] MATLAB 有下列输出

x =

0.3333 0.0000

如果在矩阵中至少有一个元素不是严格的整数，则有多种可能的输出格式。显示的输出量可以用【File】菜单的【Preferences】命令设置，或用下列命令加以控制：

format short format long format short e format long e

（0.3333 0.0000 ）

（ 0.33333333333333 0.00002000000000） （3.3333e-001 2.0000e-005）

（3.333333333333333e-001 2.000000000000000e-005）

9. 退出MATLAB 时如何保存变量

当退出MATLAB 时，工作空间中的所有变量都将消失。如果在退出之前输入命令 save ，则所有的变量都被保存在磁盘文件 matlab.mat 文件中。当再次进入MATLAB 时，命令 load 将使工作空间恢复到以前的状态。

如果要保存/恢复部分变量，可用如下命令：

save 文件名 变量名（变量名之间用空格分割）/load 文件名

参见save命令的帮助文件。

2.2 MATLAB 函数

在当前的MATLAB 5.0 及以上版本中，MATLAB 函数的调用格式和其它编程语言是不同的，其典型的调用格式为

[返回变量列表]=func_name（输入变量列表）

其中等号左边的变量为返回变量，等号右边的变量为输入变量。MATLAB 允许在函数调用时返回多个变量。而一个函数又可以由多种格式进行调用，例如 bode ( ) 函数可以由下面的格式调用

[mag,phase]=bode(num,den,w)

其中bode( ) 函数用来求取或绘制系统的Bode图，而系统在这里由传递函数分子num和分母den表示，还可以用下面的格式调用此函数

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