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1、目录目录I1.说明12.MATLAB语言简介22.1 MATLAB 的应用基础22.2 MATLAB 函数32.3 绘制响应曲线42.4 MATLAB 语言的联机帮助功能63.MATLAB语言基础实验73.1实验一 MATLAB语言平台73.2 实验二 MATLAB数值运算103.3 实验三 MATLAB 绘图133.4 实验四 MATLAB句柄绘图174. 控制理论仿真实验204.1实验五 控制系统的建模204.2 实验六 控制系统的稳定性分析实验264.3 实验七 控制系统的时域分析实验284.4 实验八 控制系统的根轨迹分析304.5 实验九 控制系统的频域分析314.6 实验十 S函数
2、的编写及应用325. 实验作业38IMATLAB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：实验内容学时数实验一 MATLAB语言平台2实验二 MATLAB数值运算2实验三 MATLAB 绘图2实验五 控制系统的建模2实验六 控制系统的稳定性分析实验2实验七 控制系统的时域分析实验2实验八 控制系统的根轨迹分析1实验九 控制系统的频域分析1实验十 S函数的编
3、写及应用2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。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
4、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
5、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：
6、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 , 0.00
7、002 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（0.3333 0.0000 ）format long（ 0.33333333333333 0.00002000000000）format short e（3.3333e-001 2.0000e-005）format long e（3.333333333333333e-001 2.000000000000000e-005）9. 退出MATLAB
8、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
9、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mag,phase=bode(A,B,C,D,w)其中(A,B,C,D)为系统的状态方程模型。尽管两种调用格式是完全不同的，MATLAB 函数还是会自动识别到底是用哪种格式调用该函数的，从而得出正确的结论。在当前版本的控制系统工具箱中还允许用线性模型对象变量G来描述系统
10、，例如mag,phase=bode(G,w)MATLAB 函数在返回变量的格式上也可以不同，例如若上面的语句中若没有返回变量，则将自动地绘制系统的Bode图，否则返回计算结果数据。2.3 绘制响应曲线MATLAB 具有丰富的获取图形输出的程序集。命令plot可以产生线性x-y图形（用命令loglog、semilogx、semilogy或polar取代plot，可以产生对数坐标图和极坐标图）。所有这些命令的应用方式都是相同的，它们只对坐标轴的分度和数据的显示产生影响。1.X-Y图如果X和Y是同一长度的向量，则命令plot(X,Y)将画出Y值对于X值的关系图。2.画多条曲线为了在一幅图上画出多条曲
11、线，采用具有多个自变量的plot命令：plot(X1,Y1,X2,Y2,Xn,Yn)变量X1,Y1,X2,Y2等等是一些向量对。每一个X-Y对都可以图解表示出来，因而在一幅图上形成多条曲线。多重变量的优点是它允许不同长度的向量在同一幅图上显示出来，每一对向量采用不同的线型。在一幅图上画一条以上的曲线时，也可以利用命令hold。hold命令可以保持当前的图形，并且防止删除和修改比例尺。因此，随后的一条曲线将会重叠地画在原曲线上。再次输入命令hold，会使当前的图形复原。3.加进网格线、图形标题、X轴标记和Y轴标记一旦在屏幕上显示出图形，就可以画出网格线，定出图形标题，并且标定x轴标记和y轴标记。
12、MATLAB 中关于网格线、标题、X轴标记和Y轴标记的命令如下：grid(网格线)title(图形标题)xlabel(X轴标记)ylabel(Y轴标记)4.在图形屏幕上书写文本为了在图形屏幕上的点(x,y)书写文本，采用命令：text(x,y,text)例如，利用语句text(3,0.45,sin t)将从点(3, 0.45)开始，水平地写出 sin t。5.图形类型下列语句：plot(x,y,x)将利用标记符号画出一个点状图。MATLAB 能够提供的线和点的类型如下：线的类型点的类型实线-圆点.短划线-加号+虚线:星号*点划线-.圆圈o号x6.颜色下列语句：plot(X,Y,+g)表明用绿色
13、“+”号划线。MATLAB 提供的颜色如下：红色r绿色g蓝色b白色w无色i参见plot的帮助文件。7.自动绘图算法在MATLAB 中，图形是自动定标的。在另一幅图形画出之前，这幅图形作为现行图将保持不变，但是在另一幅图形画出后，原图形将被删除，坐标轴自动地重新定标。8.手工坐标定标如果需要在下列语句指定的范围内绘制曲线：V=x-min x-max y-min y-max则因输入命令 axis(V)，式中V是一个四元向量。 axis(V)把坐标轴定在规定的范围内。2.4 MATLAB 语言的联机帮助功能下面的实验中，我们将较为详细地学习使用MATLAB 的语言基础和控制系统仿真，但是MATLAB
14、 的内容及其丰富，在学习和使用中，可以利用MATLAB的联机帮助功能。MATLAB的联机帮助既可以由help命令来直接获得，又可以由MATLAB图形界面下的Help菜单来查询，还可以用lookfor命令查询有关的关键词：help plotlookfor plot3.MATLAB语言基础实验3.1实验一 MATLAB语言平台一、实验目的1. 学习了解MATLAB语言环境；2. 练习MATLAB命令的基本操作；3. 练习m文件的基本操作。二、实验内容1. 学习了解MATLAB语言环境（1）MATLAB语言操作界面开机双击相应图标即可进入MATLAB命令窗口，如图1.1所示。在命令提示符位置键入命令，完成下述练习。图1.1MATLAB窗口（2）练习DOS相似命令MATLAB语言与DOS操作系统有如下相似的命令，在操作界面上练习这些命令。dirdir(c:windows)typetype expm.mcdcd c:matlab6p5help（3）MATLAB的数据格式合法的数据格式有：short,long,hex,short e,
