MATLAB与控制系统仿真试验

MATLAB与控制系统仿真实验 MATLABMATLAB 及控制系统仿真及控制系统仿真 实验指导书实验指导书 （2011 年第一版） 西安邮电学院自动化学院西安邮电学院自动化学院 20112011 年年 6 6 月月 1 / 241 / 24 MATLAB与控制系统仿真实验 目目录录 前言.1 MATLAB语言实验项目3 实验一熟悉 MATLAB 集成环境及基础运算 .3 实验二 MATLAB 的基本计算7 实验三 MATLAB 图形系统9 实验四 MATLAB 程序设计13 实验五 MATLAB 函数文件15 实验六MATLAB 数据处理及多项式计算 17 实验七 SIMULINK 仿真实验21 MATLAB与控制系统仿真实验 前言前言 MATLAB 产品家族是美国 MathWorks 公司开发的用于概念设计、算法开发、建 模仿真、实时实现的理想的集成环境。是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简 称，是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数 据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和 SIMULINK 两大部分。 MATLAB 由于其完整的专业体系和先进的设计开发思路，使得 MATLAB 在多种 领域都有广阔的应用空间，特别是在科学计算、建模仿真以及系统工程的设计开发 上已经成为行业内的首选设计工具，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以 及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境 中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种 全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、 Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB 软件工具在自动化专业、测控技术及仪器和电气工程及其自动化等专 业的本科生学习中，经常用来计算、仿真和设计， 尤其是 MATLAB 软件的仿真功能， 能使学生对所学知识有更加深入的理解和分析。 MATLAB 及控制系统仿真课程， 和自动控制原理 、 现代控制理论 、 数字信号处理 、 电力电子技术等重要 的专业课程相互支撑、相辅相成，同时也有利于学生完成课程设计和毕业设计等实 践教学环节。 本实验指导书共设置了 12 个实验项目，分别从 MATLAB 工作环境熟悉、MATLAB 的基本计算、MATLAB 绘图功能、MATLAB 基本程序设计、SIMULINK 仿真实验、滤波 器设计及仿真、控制系统仿真及电力电子系统仿真等实验项目，通过选取的上机实 验，可使学生更好的熟悉 MATLAB 软件的功能，掌握 MATLAB 程序设计的一般方法， 培养学生的应用开发能力。 每个实验 2 个小时左右，不同的专业可根据需求自行选择。 1 / 241 / 24 MATLAB与控制系统仿真实验 实验注意事项实验注意事项 1．实验开始前，应先检查本组电脑设备是否工作正常，MATLAB 软件工作是否 正常。 2．实验时每位同学应独立完成实验任务，避免抄袭。 3．实验后应及时将实验数据进行记录及存盘，避免因电脑故障或其它原因造 成实验数据的丢失。 4．测量数据或观察现象要认真细致，实事求是。 5．实验结束后，实验记录交指导教师查看并认为无误后，方可关掉电脑离开。 6．自觉遵守学校和实验室管理的其它有关规定。 实验报告要求（包含预习报告要求和最终报告要求）实验报告要求（包含预习报告要求和最终报告要求） 每次实验后，应对实验进行总结，即实验数据进行整理，绘制波形和图表，分 析实验现象，撰写实验报告。实验报告除写明实验名称、日期外，还包括 1．实验名称 2．实验目的 3．实验设备及条件 4．实验内容及要求 5．实验程序设计 程序代码 6．实验结果及结果分析 实验结果要求必须客观,有数据的可以记录数据，没有数据的简单描述实 验现象。结果分析是对实验结果的理论评判。 7．实验中出现的问题及解决方法 8．实验的收获及体会 2 / 242 / 24 MATLAB与控制系统仿真实验 MATLAB MATLAB 语言实验项目语言实验项目 实验一实验一熟悉熟悉 MATLABMATLAB 集成环境及基础运算集成环境及基础运算 一、实验目的一、实验目的 1. 熟悉启动和退出 MATLAB 软件的方法、熟悉 MATLAB 软件的运行环境。 2. 熟悉 MATLAB 命令窗口的组成。 3. 熟悉 MATLAB 的基本操作。 4. 掌握建立矩阵的方法。 5. 掌握 MATLAB 各种表达式的书写规则以及常用函数的使用。 二、实验设备及条件二、实验设备及条件 计算机一台（带有 MATLAB6.5 或以上版本的软件环境） 。 三、实验原理三、实验原理 1．MATLAB 的启动 MATLAB 系统的启动有三种常见方法 1）使用 Windows“开始”菜单。 2）运行 MATLAB 系统启动程序 matlab.。 3）利用快捷方式。 2．MATLAB 系统的退出 要退出 MATLAB 系统，也有三种常见方法 1）在 MATLAB 主窗口 File 菜单中选择 Exit matlab 命令。 2）在 MATLAB 命令窗口输入 Exit 或 Quit 命令。 3 / 243 / 24 MATLAB与控制系统仿真实验 3）单击 MATLAB 主窗口的“关闭”按钮。 3．MATLAB 帮助窗口 进入帮助窗口可以通过以下三种方法 1）单击 MATLAB 主窗口工具栏中的 help 按钮。 2）在命令窗口中输入 helpwin、helpdesk 或 doc。 3）选择 help 菜单中的“matlab help”选项。 4．MATLAB 帮助命令 1）help 命令 在 MATLAB 命令窗口直接输入 help 命令将会显示当前帮助系统中所包含的所有 项目，即搜索路径中所有的目录名称。同样，可以通过 help 加函数名来显示该函 数的帮助说明。 2）lookfor 命令 help 命令只搜索出那些关键字完全匹配的结果， lookfor 命令对搜索范围内的 m 文件进行关键字搜索，条件比较宽松。 3）模糊查询 用户只要输入命令的前几个字母，然后按 tab 键，系统就会列出所有以这几个字母 开头的命令。 5．赋值语句 1）变量＝表达式 2）表达式 6．矩阵的建立 1）直接输入法将矩阵的元素用方括号括起来，按矩阵行的顺序输入各元素， 4 / 244 / 24 MATLAB与控制系统仿真实验 同一行的各元素之间用空格或逗号分开，不同行的元素之间用分号分开。 2）利用 m 文件建立矩阵 3）利用冒号表达式建立一个向量 e1e2e3 4利用 linspace 函数产生行向量 linspacea,b,n. 四、实验内容四、实验内容 1．练习下面指令 cd, clear, help, who, whos, dir, path, save, load。 2．建立自己的工作目录 MYWORK 和 MYDATA，并将它们分别加到搜索路径的前面 或者后面。 3．求[12 2*74]32的算术运