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1、1自动控制与系统仿真课程标准（课程类型：职业技能训练课，1 周）一、 实习的目标和任务 自动控制原理理论性强，现实模型在实验室较难建立，因此利用MATLAB 进行仿真实验，可以加深我们学生对课程的理解，调动我们学习的积极性，同时大大提高了我们深入思考问题的能力和创新能力。本文针对自动控制系统的设计很大程度上还依赖于实际系统的反复实验、调整的普遍现象，结合具体的设计实例，介绍了利用较先进的MATLAB 软件工具来实现对自动控制系统建模、分析与设计、仿真的方法。它能够直观、快速地分析系统的动态性能、和稳态性能。并且能够灵活的改变系统的结构和参数，通过快速、直观的仿真达到系统的优化设计二、实习内容实
2、验一 MATLAB 基本内容及图形绘制1.实验目的1) 掌握 MATLAB 仿真软件的安装及启动。2) MATLAB 指令窗口，包括工具条以及菜单选项的使用；MATLAB 语言的基本规定，包括数值的表示、变量命名规定、基本运算符、预定义变量以及表达式等。3) MATLAB 在仿真中的应用。4) 图形绘制功能以及和控制系统分析中的应用等。2.实验仪器计算机一台3.实验内容1) MATLAB 的启动这里介绍 MATLAB 装入硬盘后，如何创建 MATLAB 的工作环境。2) MATLAB 指令窗2（1） 工具条直接打开 Editor/Debugger 编辑/调试窗通过选中 M 文件打开 Edito
3、r/Debugger 编辑/调试器或通过选中 MDL 文件打开 SIMULINK 模型窗打开 Simulink Library Browser 浏览器打开 Help Window 分类帮助窗图 1-1 在英文 Windows 平台上的 MATLAB6.5 指令窗（2） 菜单选项MATLAB 工作窗具有标准的 Windows 界面，因此，可以通过工作菜单中的各种选项来实现对工作窗中内容的操作，此处仅介绍使用较多的菜单操作。 基本文件操作【File】选项New 打开编辑/调试器、新图形窗、Simulink 用的 MDL文件Open 通过已有 M 文件打开编辑/调试器 编辑操作【Edit】选项Cut
4、 剪切Copy 复制Paste 粘贴Clear Session 清除命令窗里的显示内容，但它不清除工作存中的变量 MATLAB 环境下工作窗管理【Windows】选项如果没有图形的话，则只有一个【1. MATLAB Command Window】选项；如果有图形的话，则会有相应的图形窗选项。 帮助【Help】选项Help Windows 打开分类帮助窗Help Tips 打开函数文件指令名帮助窗Help Desk 打开以 html 超文本形式存储的帮助文件主页Examples and Demos 打开 MATLAB 演示窗主页About MATLAB MATLAB 注册图标、版本、制造商和用户
5、信息3) MATLAB 在仿真中的应用3（1） 简单数学计算(i) 37217428/24(ii) abs(-27)(iii) 63*(3+2)（2） 简单赋值运算(i) x=18(ii) y=3*x2-78(iii) u=x+y（3） 矩阵赋值和运算(i) A=1,2,3,4,5(ii) B=1;2;3;4(iii) C=2,3,1,5;5,3,2,7;9,5,6,24) MATLAB 的基本规定（1） 数值的表示MATLAB 的数值采用十进制，可以带小数点或负号。以下表示都合法。0 -100 0.008 12.752 1.8e-6 8.2e52（2） 变量命名规定i) 变量名、函数名：字母
6、大小写表示不同的变量名。如 A 和 a 表示不同的变量名； sin 是 MATLAB 定义的正弦函数，而 Sin，SIN 等都不是。ii) 变量名的第一个字母必须是英文字母，最多可包含 31 个字符（英文、数字和下连字符）。如 A21 是合法的变量名，而 3A21 是不合法的变量名。iii) 变量名中不得包含空格、标点，但可以有下连字符。如变量名 A _b21 是合法变量名，而 A，21 是不合法的。（3） 基本运算符MATLAB 表达式的基本运算符见表 1-1。表 1-1 MATLAB 表达式的基本运算符数学表达式 MATLAB 运算符 MATLAB 表达式加 a + b + a + b减
7、ab ab4乘 ab * a*b除 ab /或 a/b 或 ab幂 ab ab说明MATLAB 用左斜杠或右斜杠分别表示“左除”或“右除”运算。对标量而言，这两者的作用没有区别；对矩阵来说，“左除”和“右除”将产生不同的结果。（4） MATLAB 默认的预定义变量在 MATLAB 中有一些预定义变量（predefined variable）。每当 MATLAB 启动，这些变量就被产生。用户在定义变量时，尽量避开表 1-2 所列预定义变量名，以免产生混淆。表 1-2 MATLAB 的预定义变量预定义变量 含义 预定义变量含义ans 计算结果的缺省变量名eps 机器零阈值NaN 或nan未定式，如
8、 0/0flops 浮点运算次数 nargin 函数输入宗量数目Inf 或 inf 无穷大，如 1/0 nargout 函数输出宗量数目i 或 j 虚单元 I = j = 1realmax 最大正实数pi 圆周率 realmin 最小正实数（5） 表达式MATLAB 书写表达式的规则与“手写算式”几乎完全相同。i) 表达式由变量名、运算符和函数名组成。ii) 表达式将按常规相同的优先级自左至右执行运算。iii) 优先级的规定为：指数运算级别最高，乘除运算次之，加减运算级别最低。iv) 括号可以改变运算的次序。5) MATLAB 图形绘制在二维曲线绘制中，最基本的指令是 plot（ ）函数。如果
9、用户将 x 和 y 两组数据分别在向量 x 和 y 中存储，且它们的长度相同，调用该函数的格式为：plot（ x， y）5这时将在一个图形窗口上绘出所需要的二维图形，可在 MATLAB 的 HELP 中查找 plot（ ）函数的相关内容，如曲线颜色和线型的改变。在三维曲线绘制中，最基本的指令是 plot 3（ ）函数。它使用格式与 plot（ ）十分相似。该函数的调用格式为：plot 3（ x， y， z，选项）其中 x， y， z 分别为维数相同的向量，分别存储曲线的三个坐标的值；选项可以定义曲线的线型、颜色等信息。（1） 绘制一个周期内的正弦曲线。i) 先产生自变量 t 向量。ii) 由给
10、出的自变量向量求取其正弦函数值向量。iii) 调用 plot（ ）函数绘制曲线。输入 ;*2:01.pit);sin(ty),(ytplo（2） 在一个绘图窗口上同时绘制多条曲线;:.it );cs(;it),(tl（3） 假设有一个时间向量 t，对该向量进行下列运算可以构成三个坐标的值向量x = sin ( t ), y = cos ( t ), z = t如果要用粗实线绘制该曲线，可键入下面的程序段t = 0 : pi / 50 : 2*pi;x = sin ( t ); y = cos ( t ); z = t; h = plot 3 (x, y, z, g )g“中，g表示绿色， 表示
11、转型。6) MATLAB 语言在控制系统分析中的应用若要在 MATLAB 环境下得到传递函数的形式，可以调用 tf ( )函数。该函数的调用格式为G = tf ( num, den );其中 num, den 分别为系统传递函数的分子和分母多项式系数向量。返回的 G 为传递函数形式。（1） 设系统传递函数613425234ssG输入下面的命令num = 1, 5, 3, 2; den = 1, 2, 4, 3, 1;G = tf ( num, den )（2） 设系统传递函数43254ss输入下面的命令 num = 1, 5; den = 1, 2, 0, 3, 4;G = tf ( num,
12、 den )4.实验报告1） 写出 MATLAB 仿真软件的工作环境特点。2） 如何使用帮助文件。3） 实现五个实验内容的所有题目，并将答案记录。4） 整理在实验过程中遇到的问题及如何解决的。5.预习要求1）阅读实验内容及实验目的。2）完成对 MATLAB 软件的熟悉工作。实验二 M 文件的缩写（一） 实验环境 计算机 MATLAB 软件（二） 实验目的 1. 学习 MATLAB 中的关系运算和逻辑运算，掌握它们的表达形式和用法。2. 掌握 MATLAB 中的选择结构和循环结构。3. 学会用 MATLAB 进行 M 文件的编写和调用。（三） 预备知识 71.关系和逻辑运算 MATLAB 常用的
13、关系符有：、=、=、=、=。2.选择结构 if 语句和 switch 语句3.循环结构 for 语句一般用于循环次数已知的情况，while 语句一般用于循环次数未知的情况（四） 实验内容和步骤1. 创建一个矩阵，用函数 all 和 any 作用于该矩阵，比较结果。创建一个矩阵 a=1,2,0,3;2,0,1,4; b=all(a),c=any(a),d=all(b),e=any(b)比较结果 b=1 0 0 1 c= 1 1 1 1 d=0 e=12. 编写一个 switch 语句，判断输入数的奇偶性。n=input(n=);switch mod(n,2);case 1A=奇case 0A=偶
14、otherwiseA=空end3. 编写一个程序画出某一分段函数所表示的曲面，并用 M 文件存储。步骤 1：打开 MATLAB 的 M 文件编辑器 file/new/M-file,编写内容。8步骤 2：选择 file/save 命令，将文件保存并命名。步骤 3：在 command window 窗口输入文件名，可看到图形。（五） 练习1. 编写一个程序计算 n 的阶乘。functionN=input(N=);result=1;for i=1:Nresult=result*i;endresult; aaaN=3ans =62. 编写一个程序求出阶乘大于或等于 的最小整数。9999function
15、 m=feim=1;max=9999n=1;while mm=1feimax=3.6973e+197n=120ans=6.6895e+198n=119;jiech(119)m=5.5746e+196ans=5.5746e+196实验三 Matlab程序设计基本方法（一）实验目的：1、熟悉MATLAB 程序编辑与设计环境2、掌握各种编程语句语法规则及程序设计方法3、函数文件的编写和设计4、了解和熟悉跨空间变量传递和赋值（二）实验基本知识： for循环结构语法：for i初值：增量：终值 语句1 语句n 10end 说明：1i初值：终值，则增量为1。 2初值、增量、终值可正可负，可以是整数，也可以是小数，只须符合数学逻辑。 while 循环结构 语法：while 逻辑表达式 循环体语句 end 说明：1、whiIe结构依据逻 辑 表 达 式 的 值 判 断 是 否 执 行 循 环 体 语 勾 。 若 表 达 式 的 值 为 真 ，执 行 循 环 体 语 句 一 次 、 在 反 复 执 行 时 ， 每 次 都 要 进 行 判 断 。 若 表 达 式 的 值 为 假 ，则 程 序 执 行 end之 后 的 语 句 。2、 为 了 避 免 因 逻 辑 上 的 失 误 ， 而 陷 入 死 循 环 ， 建议在循环体语句的适当位置加break语
