《MATLAB與控制系統(tǒng)仿真》實驗報告

1、MATLAB與控制系統(tǒng)仿真實驗報告班級： 學號： 姓名： 時間： 2013 年 6 月請預覽后下載！目 錄實驗一 MATLAB環(huán)境的熟悉與基本運算（一）實驗二 MATLAB環(huán)境的熟悉與基本運算（二）實驗三 MATLAB語言的程序設計實驗四 MATLAB的圖形繪制實驗五 基于SIMULINK的系統(tǒng)仿真實驗六 控制系統(tǒng)的頻域與時域分析實驗七 控制系統(tǒng)PID校正器設計法實驗八 線性方程組求解及函數(shù)求極值請預覽后下載！ 實驗一 MATLAB環(huán)境的熟悉與基本運算（一）一、實驗目的1 熟悉MATLAB開發(fā)環(huán)境2掌握矩陣、變量、表達式的各種基本運算二、實驗基本原理1.熟悉MATLAB環(huán)境: MATLAB桌面

2、和命令窗口、命令歷史窗口、幫助信息瀏覽器、工作空間瀏覽器、文件和搜索路徑瀏覽器。2.掌握MATLAB常用命令表1 MATLAB常用命令clc 清除命令窗口中內(nèi)容clear 清除工作空間中變量help 對所選函數(shù)的功能、調用格式及相關函數(shù)給出說明lookfor 查找具有某種功能的函數(shù)但卻不知道該函數(shù)的準確名稱3.MATLAB變量與運算符31變量命名規(guī)則32 MATLAB的各種常用運算符表2 MATLAB算術運算符操作符 功能說明 操作符 功能說明 + 加 矩陣左除- 減. 數(shù)組左除* 矩陣乘/ 矩陣右除.* 數(shù)組乘./ 數(shù)組右除 矩陣乘方 矩陣轉置. 數(shù)組乘方. 數(shù)組轉置表3 MATLAB關系運

3、算符操作符 功能說明 = 等于= 不等于 大于= 大于等于 A=1,2;3,4; reshape(A,1,4)ans = 1 3 2 4 rot90(A)ans = 2 4 1 3 det(A)ans = -2 rank(A)ans = 2 A=1,2,3,4;5,6,7,8;9,10,11,12; diag(A)ans = 1 6 11 fliplr(A)ans = 4 3 2 1 8 7 6 5 12 11 10 9 flipud(A)ans = 9 10 11 12 5 6 7 8 1 2 3 44、 生成下列矩陣，并取出方框內(nèi)的數(shù)組元素請預覽后下載！A=1,2,3,4,5;10,9,8

4、,7,6;11,12,13,14,15;16,17,18,19,20A = 1 2 3 4 5 10 9 8 7 6 11 12 13 14 1516 17 18 19 20 A(2,2:3)ans = 9 8 A(2:4,4)ans = 7 1419 A(4:5,1:3)ans= 16 17 18 21 22 23實驗三 MATLAB語言的程序設計請預覽后下載！一、實驗目的1、熟悉MATLAB程序編輯與設計環(huán)境2、掌握各種編程語句語法規(guī)則及程序設計方法 3、函數(shù)文件的編寫和設計 4、了解和熟悉跨空間變量傳遞和賦值 二、實驗基本原理1、程序流程控制語句 for循環(huán)結構語法：for i初值：增量

5、：終值 語句1 語句n end 說明：1i初值：終值，則增量為1。 2初值、增量、終值可正可負，可以是整數(shù)，也可以是小數(shù)，只須符合數(shù)學邏輯。while 循環(huán)結構 語法：while 邏輯表達式 循環(huán)體語句 end 說明：1、whiIe結構依據(jù)邏輯表達式的值判斷是否執(zhí)行循環(huán)體語勾。若表達式的值為真，執(zhí)行循環(huán)體語句一次、在反復執(zhí)行時，每次都要進行判斷。若表達式的值為假，則程序執(zhí)行end之后的語句。2、為了避免因邏輯上的失誤，而陷入死循環(huán)，建議在循環(huán)體語句的適當位置加break語句、以便程序能正常執(zhí)行。（執(zhí)行循環(huán)體的次數(shù)不確定；每一次執(zhí)行循環(huán)體后，一定會改變while后面所跟關系式的值。） 3、whi

6、le循環(huán)也可以嵌套、其結構如下： while邏輯表達式1 循環(huán)體語句1 while邏輯表達式2 循環(huán)體語句2 end 循環(huán)體語句3 end if-else-end分支結構if 表達式 1 語句1 else if 表達式 2(可選) 語句2 else(可選) 語句3 end end 請預覽后下載！說明：1.if結構是一個條件分支語句，若滿足表達式的條件，則往下執(zhí)行；若不滿足，則跳出if結構。2else if表達式2與else為可選項，這兩條語句可依據(jù)具體情況取舍。3注意：每一個if都對應一個end，即有幾個if，記就應有幾個end。switch-case結構語法：switch表達式case常量表

7、達式1 語句組1 case常量表達式2 語句組2 otherwise 語句組n end 說明：1switch后面的表達式可以是任何類型，如數(shù)字、字符串等。2當表達式的值與case后面常量表達式的值相等時，就執(zhí)行這個case后面的語句組如果所有的常量表達式的值都與這個表達式的值不相等時，則執(zhí)行otherwise后的執(zhí)行語句。程序流程控制指令break、return、pause 2、函數(shù)文件的結構和編寫方法 函數(shù)只能在函數(shù)體內(nèi)對變量進行操作，也就是只能訪問函數(shù)本身工作空間中的變量。M函數(shù)文件的結構（1） 函數(shù)定義行（function） （2） H1行（函數(shù)幫助文本的第一行） （3） 函數(shù)幫助文本（

8、4） 函數(shù)體（5） 注釋函數(shù)文件編寫后，保存時，其文件名必須與函數(shù)名相同。注意：函數(shù)名不要與MATLAB自身的函數(shù)命令相同。三、主要儀器設備及耗材計算機四、實驗程序及結果練習A 1、熟悉MATLAB程序編輯與設計環(huán)境2、用for循環(huán)語句實現(xiàn)求1100的和 3、用for循環(huán)語句實現(xiàn)編寫一個求階乘n!的函數(shù)文件請預覽后下載！ 4、判斷y向量的元素屬于3n 3n+1或3n+2，設y=3,5,7,9,11,16。(使用函數(shù)rem求余數(shù))。 7、已知數(shù)組A=2,4,6,8,10，B=4,9,6,7,4,求,其中n=5。 5、 實驗總結請預覽后下載！ 在前兩次實驗的基礎上，掌握了基本的操作，這次實驗進一步

9、加深了對軟件功能的探索，讓自己熟悉MATLAB程序編輯與設計環(huán)境.請預覽后下載！實驗四 MATLAB的圖形繪制一、實驗目的1、學習MATLAB圖形繪制的基本方法； 2、熟悉和了解MATLAB圖形繪制程序編輯的基本指令； 3、熟悉掌握利用MATLAB圖形編輯窗口編輯和修改圖形界面，并添加圖形的各種標注； 4、掌握plot、subplot的指令格式和語法。二、實驗基本原理1、基本的繪圖命令plot（x,y,）2、建立圖形窗口命令figure（1）；figure（2）；figure(n)打開不同的圖形窗口，以便繪制不同的圖形。3、grid on：在所畫出的圖形坐標中加入柵格grid off：除去圖形

10、坐標中的柵格。4、hold on：把當前圖形保持在屏幕上不變，同時允許在這個坐標內(nèi)繪制另外一個圖形。hold off：使新圖覆蓋舊的圖形。5、axis設定軸的范圍axis（xmin xmax ymin ymax）設定x 軸與y軸的最大、最小坐標。axis(equal)：將x坐標軸和y坐標軸的單位刻度大小調整為一樣。6、文字標示l text(x,y,字符串)在圖形的指定坐標位置(x,y)處，標示單引號括起來的字符串。l gtext(字符串)利用鼠標在圖形的任意位置標示字符串。l title(字符串)在所畫圖形的最上端顯示說明該圖形標題的字符串。l xlabel(字符串)，ylabel(字符串)設

11、置x，y坐標軸的名稱。l 輸入特殊的文字需要用反斜杠（）開頭7、subplot（m，n，k）：分割圖形顯示窗口，在同一個窗口中顯示多個圖形。l m：上下分割個數(shù)l n：左右分割個數(shù)l k:：子圖編號8、semilogx：繪制以x軸為對數(shù)坐標（以10為底），y軸為線性坐標的半對數(shù)坐標圖形。semilogy：繪制以y 軸為對數(shù)坐標（以10 為底），x 軸為線性坐標的半對數(shù)坐標圖形。3、 主要儀器設備及耗材 計算機四、實驗程序及結果1、繪制下列曲線，要求盡可能多地使用二中所列命令。請預覽后下載！ y=sin(t)sin(9t) clf;t=6*pi*(0:100)/100;y=1-exp(-0.3*

12、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,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) 請預覽后下載！text(13.5,1.1,fontsize12omega=0.7) hold on;plot(ts,0.95,bo

13、,MarkerSize,10);hold off cell_string1=fontsize12uparrow; cell_string2=fontsize16 fontname隸書鎮(zhèn)定時間; cell_string3=fontsize6 ; cell_string4=fontsize14rmt_s = num2str(ts); text(ts,0.85,cell_string) xlabel(fontsize14 bft rightarrow)ylabel(fontsize14 bfy rightarrow)五 實驗總結 這次實驗掌握了MATLAB圖形繪制的基本方法，熟悉和了解MATLAB圖

14、形繪制程序編輯的基本指令，利用MATLAB圖形編輯窗口編輯和修改圖形界面.請預覽后下載！實驗五 基于SIMULINK的系統(tǒng)仿真一、實驗目的1、熟悉SIMULINK 工作環(huán)境及特點2、掌握線性系統(tǒng)仿真常用基本模塊的用法3、掌握SIMULINK 的建模與仿真方法4、子系統(tǒng)的創(chuàng)建和封裝設計二、實驗基本原理1、了解SIMULINK模塊庫中各子模塊基本功能 2、SIMULINK 的建模與仿真方法（1）打開模塊庫，找出相應的模塊。鼠標左鍵點擊相應模塊，拖拽到模型窗口中即可。（2）創(chuàng)建子系統(tǒng)：當模型大而復雜時，可創(chuàng)建子系統(tǒng)。（3）設置仿真控制參數(shù)。三、實驗程序及結果1、SIMULINK仿真實際應用（1） 雙

15、環(huán)調速的電流環(huán)系統(tǒng)的方框圖模型為： 圖中參數(shù)設為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集成環(huán)境下建立模型，在給定信號作用點處輸入單位給定階躍響應信號，0.3秒后在擾動信號點輸入單位階躍響應信號。并繪制相應的響應曲線(2)計算仿真結果的超調量、上升時間、調節(jié)時間、穩(wěn)態(tài)誤差。(3)設計PID調節(jié)器替代圖中的比例積分調節(jié)器，調節(jié)Kp,Ti,Td，用使系統(tǒng)滿足超調量15%，上升時間0.3s，調節(jié)時間0.4s的要求。(4)要求對加入的PID控制器封裝成一個模塊使用。請預覽后下載！PID調節(jié)器 封裝模塊應用PID調節(jié)器后請預覽后下載！2、用Simulink對以下系統(tǒng)進行仿真 其中為系統(tǒng)輸入，y(t)為系統(tǒng)輸出，仿真當輸入為正弦信號時，輸出的信號的波形，仿真時間0=0t0.95*yss)&(y(tm)yss*1.05) tm=tm-1;endts=t(tm);k=1;while y(k) f=-(1+x2)/(1+x4),x=fminsearch(f,0),ymax=(1+x2)/(1+x4)f =-(1+x2)/(1+x4)x = 0.6436ymax = 1.20712） f=-sin(x)