《matlab及控制系统仿真》实验报告

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1、MATLABMATLAB 与控制系统仿真与控制系统仿真 实验报告实验报告 班级：班级： 学号：学号： 姓名：姓名： 时间：时间： 20132013 年年6 6 月月 1 目目录录 实验一 MATLAB 环境的熟悉与基本运算（一） 实验二 MATLAB 环境的熟悉与基本运算（二） 实验三 MATLAB 语言的程序设计 实验四 MATLAB 的图形绘制 实验五 基于 SIMULINK 的系统仿真 实验六 控制系统的频域与时域分析 实验七 控制系统 PID 校正器设计法 实验八 线性方程组求解及函数求极值 2 实验一 MATLAB 环境的熟悉与基本运算（一） 一、实验目的一、实验目的 1 熟悉MAT

2、LAB开发环境 2掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算 二、实验基本原理二、实验基本原理 1.熟悉MATLAB环境: MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件和搜索路 径浏览器。 2.掌握 MATLAB 常用命令 表 1MATLAB 常用命令 clc清除命令窗口中内容 clear清除工作空间中变量 help对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明 lookfor查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称 3.MATLAB变量与运算符 31 变量命名规则 32 MATLAB 的各种常用运算符 表 2MATLAB 算术运算符 操作符功能说明操作符功能

3、说明 +加矩阵左除 -减.数组左除 *矩阵乘/矩阵右除 .*数组乘./数组右除 矩阵乘方矩阵转置 .数组乘方.数组转置 表 3 MATLAB 关系运算符 操作符功能说明 =等于 =不等于 大于 =大于等于 A=1,2,3,4;5,6,7,8;9,10,11,12; diag(A) ans = 1 6 11 fliplr(A) ans = 4321 8765 1211109 flipud(A) ans = 9101112 5678 1234 A=1,2;3,4; reshape(A,1,4) ans = 1324 rot90(A) ans = 24 13 det(A) ans =-2 rank(

4、A) ans =2 11 A=1,2,3,4,5;10,9,8,7,6;11,12,13,14,15; 16,17,18,19,20 A= 12345 109876 1112131415 1617181920 A(2,2:3) ans = 98 A(2:4,4) ans = 7 14 19 A(4:5,1:3) ans= 161718 212223 12 实验三实验三 MATLABMATLAB 语言的程序设计语言的程序设计 一、实验目的一、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

5、二、实验基本原理二、实验基本原理 1、程序流程控制语句 for循环结构 语法：for i初值：增量：终值 语句1 语句n end 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语句、 以便程序能正常

6、执行。 （执行循环体的次数不确定； 每一次执行循环体后， 一定会改变while 后面所跟关系式的值。） 3、while循环也可以嵌套、其结构如下： while逻辑表达式1 循环体语句1 while逻辑表达式2 循环体语句2 end 循环体语句3 end if-else-end分支结构 if 表达式 1 语句1 else if 表达式 2(可选) 语句2 else(可选) 语句3 13 end end 说明：1.if结构是一个条件分支语句，若满足表达式的条件，则往下执行；若不满足，则跳出if结构。 2else if表达式2与else为可选项，这两条语句可依据具体情况取舍。 3注意：每一个if都对

7、应一个end，即有几个if，记就应有几个end。 switch-case结构 语法：switch表达式 case常量表达式1 语句组1 case常量表达式2 语句组2 otherwise 语句组n end 说明：1switch后面的表达式可以是任何类型，如数字、字符串等。 2当表达式的值与case后面常量表达式的值相等时，就执行这个case后面的语句组如果所有 的常量表达式的值都与这个表达式的值不相等时，则执行otherwise后的执行语句。 程序流程控制指令 break、return、pause 2、函数文件的结构和编写方法 函数只能在函数体内对变量进行操作，也就是只能访问函数本身工作空间中

8、的变量。 M函数文件的结构 （1） 函数定义行（function） （2） H1行（函数帮助文本的第一行） （3） 函数帮助文本 （4） 函数体 （5）注释 函数文件编写后，保存时，其文件名必须与函数名相同。注意：函数名不要与MATLAB自身的 函数命令相同。 三、主要仪器设备及耗材三、主要仪器设备及耗材 计算机 四、实验程序及结果四、实验程序及结果 练习A 1、熟悉MATLAB程序编辑与设计环境 2、用for循环语句实现求1100的和3、用for循环语句实现编写一个求阶乘n!的函数文件 14 4、判断y向量的元素属于3n 3n+1或3n+2，设y=3,5,7,9,11,16。(使用函数rem

9、求余数)。 7、已知数组A=2,4,6,8,10，B=4,9,6,7,4,求 1 1 inBiA n i ,其中n=5。 五、五、实验总结实验总结 15 在前两次实验的基础上， 掌握了基本的操作， 这次实验进一步 加深了对软件功能的探索， 让自己熟悉MATLAB程序编辑与设计环 境. 16 实验四实验四MATLABMATLAB 的图形绘制的图形绘制 一、实验目的一、实验目的 1、学习MATLAB图形绘制的基本方法； 2、熟悉和了解MATLAB图形绘制程序编辑的基本指令； 3、熟悉掌握利用MATLAB图形编辑窗口编辑和修改图形界面，并添加图形的各种标注； 4、掌握plot、subplot的指令格

10、式和语法。 二、实验基本原理二、实验基本原理 1、基本的绘图命令plot（x,y,） 2、建立图形窗口命令figure（1）；figure（2）；figure(n)打开不同的图形窗口，以便绘制不 同的图形。 3、grid on：在所画出的图形坐标中加入栅格 grid off：除去图形坐标中的栅格。 4、hold on：把当前图形保持在屏幕上不变，同时允许在这个坐标内绘制另外一个图形。 hold off：使新图覆盖旧的图形。 5、axis设定轴的范围 axis（xmin xmax ymin ymax）设定x 轴与y轴的最大、最小坐标。 axis(equal)：将x坐标轴和y坐标轴的单位刻度大小调

11、整为一样。 6、文字标示 text(x,y,字符串) 在图形的指定坐标位置(x,y)处，标示单引号括起来的字符串。 gtext(字符串) 利用鼠标在图形的任意位置标示字符串。 title(字符串) 在所画图形的最上端显示说明该图形标题的字符串。 xlabel(字符串)，ylabel(字符串) 设置x，y坐标轴的名称。 输入特殊的文字需要用反斜杠（）开头 7、subplot（m，n，k）：分割图形显示窗口，在同一个窗口中显示多个图形。 m：上下分割个数 n：左右分割个数 k:：子图编号 8、semilogx：绘制以x轴为对数坐标（以10为底），y轴为线性坐标的半对数坐标图形。 semilogy：

12、绘制以 y 轴为对数坐标（以 10 为底），x 轴为线性坐标的半对数坐标图形。 三、三、主要仪器设备及耗材主要仪器设备及耗材 计算机 四、实验程序及结果四、实验程序及结果 1、绘制下列曲线，要求尽可能多地使用二中所列命令。 17 3 3 x xy 2 2 2 1 x ey try trx cos sin y=sin(t)sin(9t) clf;t=6*pi*(0:100)/100;y=1-exp(-0.3*t).*cos(0.7*t); tt=t(find(abs(y-1)0.05);ts=max(tt); plot(t,y,r-,LineWidth,3) axis(-inf,6*pi,0.6

13、,inf) set(gca,Xtick,2*pi,4*pi,6*pi,Ytick,0.95,1,1.05,max(y) grid on title(it y = 1 - e -alphatcosomegat) text(13.5,1.2,fontsize12alpha=0.3) 18 text(13.5,1.1,fontsize12omega=0.7) hold on;plot(ts,0.95,bo,MarkerSize,10);hold off cell_string1=fontsize12uparrow; cell_string2=fontsize16 fontname隶书镇定时间; ce

14、ll_string3=fontsize6 ; cell_string4=fontsize14rmt_s = num2str(ts); text(ts,0.85,cell_string) xlabel(fontsize14 bft rightarrow) ylabel(fontsize14 bfy rightarrow) 五五 实验总结实验总结 这次实验掌握了 MATLAB 图形绘制的基本方法，熟悉和了解 MATLAB 图形绘制程序编辑的基本指令，利用 MATLAB 图形编辑窗 口编辑和修改图形界面. 19 实验五实验五 基于基于 SIMULINKSIMULINK 的系统仿真的系统仿真 一、实验

15、目的一、实验目的 1、熟悉SIMULINK 工作环境及特点 2、掌握线性系统仿真常用基本模块的用法 3、掌握SIMULINK 的建模与仿真方法 4、子系统的创建和封装设计 二、实验基本原理二、实验基本原理 1、了解SIMULINK模块库中各子模块基本功能 2、SIMULINK 的建模与仿真方法 （1）打开模块库，找出相应的模块。鼠标左键点击相应模块，拖拽到模型窗口中即可。 （2）创建子系统：当模型大而复杂时，可创建子系统。 （3）设置仿真控制参数。 三、实验程序及结果三、实验程序及结果 1、SIMULINK仿真实际应用 （1） 双环调速的电流环系统的方框图模型为： 图中参数设为Ks=44；Ts=0.00167；Ta=0.017；R=1；Tm=0.075；Ce=0.1925；Kt=0.01178；T1=0.049； T2=0.088 (1)在Simulink集成环境下建立模型，在给定信号作用点处输入单位给定阶跃响应信号，0.3秒后在扰 动信号点输入单位阶跃响应信号。并绘制相应的响应曲线 (2)计算仿真结果的超调量、上升时间、调节时间、稳态误差。 (3)设计PID调节器替代图中的比例积分调节器，调节Kp,Ti,Td，用使系统满足超调量15%，上升时间 0.3s，调节时间0.4s的要求。 (4)要求对加入的PID控制器封装成一个模块使用。 20 PID调节器封装模块 应用