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1、matlab練習(xí)題和答案限制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)Matlab局部實(shí)驗(yàn)結(jié)果目錄實(shí)驗(yàn)一 MATLAES本操作1實(shí)驗(yàn)二Matlab編程5實(shí)驗(yàn)三Matlab底層圖形控制6實(shí)驗(yàn)四 限制系統(tǒng)古典分析12實(shí)驗(yàn)五 限制系統(tǒng)現(xiàn)代分析15實(shí)驗(yàn)六PID限制器的設(shè)計(jì)19實(shí)驗(yàn)七 系統(tǒng)狀態(tài)空間設(shè)計(jì)23實(shí)驗(yàn)九 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真25實(shí)驗(yàn)一 MATLAES本操作1用MATLABT以識(shí)別的格式輸入下面兩個(gè)矩陣1233, , 1443678, i , , ,2357,2335542, i, A,1357B,2675342,i,3239,189543, , ,1894 ,再求出它們的乘積矩陣C,并將C矩陣的右下角2X3子矩陣賦給D矩陣

2、.賦值 完成后,調(diào)用相應(yīng)的命令查看MATLABC作空間的占用情況.A=1,2,3,3;2,3,5,7;1,3,5,7;3,2,3,9;1,8,9,4;B=1+4i,4,3,6,7,8;2,3,3,5,5,4+2i;2,6+7i,5,3,4,2;1,8,9,5,4,3;C=A*B;D=C(4:5,4:6);whosName Size Bytes Class AttributesA 5x4 160 doubleB 4x6 384 double complexC 5x6 480 double complexD 2x3 96 double complex 2選擇適宜的步距繪制出下面的圖形,其中 sin

3、(/)1tt,(,)11t=-1:0.1:1;y=sin(1./t);plot(t,y)3對(duì)下面給出的各個(gè)矩陣求取矩陣的行列式、秩、特征多項(xiàng)式、范數(shù)、特征根、特征向量和逆矩陣.5765753500.,71087833410., B,A,681090910315,.,579100037193.,一,12343324,56785518, C,D,910111211857,131415165131,A=7.5,3.5,0,0;8,33,4.1,0;0,9,103,-1.5;0,0,3.7,19.3;B=5,7,6,5;7,10,8,7;6,8,10,9;5,7,9,10; C=1:4;5:8;9:1

4、2;13:1rtf6;D=3,-3,-2,4;5,-5,1,8;11,8,5,-7;5,-1,-3,-1;det(A);det(B);det(C);det(D);rank(A);rank(B);rank(C);rank(D);a=poly(A);b=poly(B);c=poly(C);d=poly(D);norm(A);2norm(B);norm(C);norm(D);v,d=eig(A,'nobalance');v,d=eig(B,'nobalance');v,d=eig(C,'nobalance');v,d=eig(D,'nobala

5、nce');m=inv(A);n=inv(B);p=inv(C);q=inv(D);4求解下面的線性代數(shù)方程,并驗(yàn)證得出的解真正滿足原方程.72124,1321390, ,721264,915327,(a), (b)X,X,91532117,221151,2211521132130,(a)A=7,2,1,-2;9,15,3,-2;-2,-2,11,5;1,3,2,13;B=4;7;-1;0;X=AB;C=A*X;(b)A=1,3,2,13;7,2,1,-2;9,15,3,-2;-2,-2,11,5;B=9,0;6,4;11,7;-2,-1;X=AB;C=A*X;5.(1)初始化 10*

6、10矩陣,其元素均為1 ones(10,10);(2)初始化 10*10矩陣,其元素均為0 zeros(10,10);(3)初始化 10*10對(duì)角矩陣v=1:10;diag(v);,執(zhí)行以下命(4)輸入 A=7 1 5;2 5 6;3 1 5, B=1 1 1; 2 2 2; 3 3 3令,理解其含義A(2, 3) 表示取A矩陣第2行、第3列的元素；3A(:,2) 表示取A矩陣的第,列全部元素；A(3,:) 表示取A矩陣第,行的全部元素；A(:,1:2:3)表示取A矩陣第1、3列的全部元素；A(:,3).*B(:,2) 表示A矩陣第3列的元素點(diǎn)乘B矩陣第2列的元素A(:,3)*B(2,:) 表

7、示A矩陣第3列的元素乘以B矩陣第2行A*B矩陣AB相乘A.*B矩陣A點(diǎn)乘矩陣BAA2矩陣A的平方AA2矩陣表示求矩陣A的每一個(gè)元素的平方值B/A表示方程AX=B的解XB./A表示矩陣B的每一個(gè)元素點(diǎn)除矩陣 A的元素6在同一坐標(biāo)系中繪制余弦曲線y=cos(t-0.25)和正弦曲線y=sin(t-0.5),t?0 , 2 冗,用不同顏色,不同線的類型予以表示,注意坐標(biāo)軸的比例限制.t=0:0.01:2*pi;y1=cos(t-0.25);plot(t,y1,'r-')hold ony2=sin(t-0.5);plot(t,y2,'k')Pi gnrc- I31. E

8、djt 7lh«Uili 心口1 ,i,品. 皿串日» 、0通中/*Sl 畫(huà)！E30 MH Lt* tflsihsr butti&as 八 . 1"或“ t -J 1 ni t X：S n,-.-“山.346674實(shí)驗(yàn)二Matlab編程1分別用for和while循環(huán)結(jié)構(gòu)編寫(xiě)程序,求出63i236263 K, , 2122222? ,i0并考慮一種防止循環(huán)的簡(jiǎn)潔方法來(lái)進(jìn)行求和.(a才=1;n=0;sum=1;for n=n+1:63for i=1:nj=j*2;endsum=sum+j;j=1;endsum(b)j=1;n=1;sum=1;while n=6

9、4i=1;while i<n+1j=j*2;i=i+1;endn=n+1;sum=sum+j;j=1;endSum(c)i=0:63;k=sum(2.Ai);2計(jì)算1+2+門(mén)4.時(shí)的最大n值s=0;m=0;while(s<=2000),m=m+1;s=s+m;end,m3用MATLA的言實(shí)現(xiàn)下面的分段函數(shù),hxD,yfxhDx,()/,xD,hxD, 存放于文件 ff.m 中,令 D=3, h=1 求出,f(-1.5), f(0.5), f(5).D=3;h=1;x=-2*D:1/2:2*D;y=-h*(x<-D)+h/D./x.*(x>=-D)&(x<=

10、D)+h*(x>D);5plot(x,y);grid onf1=y(find(x=-1.5)f2=y(find(x=0.5)f3=y(find(x=5)實(shí)驗(yàn)三Matlab底層圖形限制1在MATLA命令行中編程得到y(tǒng)=sin(t)和 y1=cos(t)函數(shù),plot(t,y);figure(10);plot(t,y1);> > t=-pi:0.05:pi;> > y=sin(t);> > y1=cos(t);> > plot(t,y)> > figure(10);> > plot(t,y1)2在MATLA晞令行中鍵入h

11、=get(0),查看根屏幕的屬性,h此時(shí)為根屏幕句 柄的符號(hào)表示,0為根屏幕對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào).> > h=get(0)h =BeingDeleted: 'offBusyAction: 'queue'ButtonDownFcn:''CallbackObject:Children: 2x1 doubleClipping: 'on'CommandWindowSize: 89 27CreateFcn: ''DeleteFcn:''Diary: 'offDiaryFile: 'diary'

12、;Echo: 'offFixedWidthFontName: 'Courier NewFormat: 'short'FormatSpacing: 'loose'HandleVisibility: 'on'HitTest: 'on'Interruptible: 'on'Language: 'zh_cn.gbk'MonitorPositions: 1 1 1440 900More: 'off'6Parent: PointerLocation: 1048 463Pointe

13、rWindow: 0RecursionLimit: 500ScreenDepth: 32ScreenPixelsPerInch: 96ScreenSize: 1 1 1440 900Selected: 'off'SelectionHighlight: 'on'ShowHiddenHandles: 'off'Tag:Type: 'root'UIContextMenu:Units: 'pixels'UserData:Visible: 'on'3 h1=get(1);h2=get(10), 1, 10分別

14、為兩圖形窗口對(duì)應(yīng)標(biāo)號(hào),其中 1為Matlab自動(dòng)分配,標(biāo)號(hào)10已在figure(10)中指定.查看h1和h2屬性,注意 CurrentAxes 和 CurrenObject 屬性.>> h1=get(1)h1 =Alphamap: 1x64 doubleBeingDeleted: 'off'BusyAction: 'queue'ButtonDownFcn: ''Children: 170.0012Clipping: 'on'CloseRequestFcn: 'closereq'Color: 0.8000

15、 0.8000 0.8000Colormap: 64x3 doubleCreateFcn: ''CurrentAxes: 170.0012CurrentCharacter: ''CurrentObject: DeleteFcn:''DockControls: 'on'FileName:''FixedColors: 10x3 doubleHandlevisibility: 'on'HitTest: 'on'IntegerHandle: 'on'Interruptible

16、: 'on' InvertHardcopy: 'on'7KeyPressFcn: ''KeyReleaseFcn: ''MenuBar: 'figure'MinColormap: 64Name: ''NextPlot: 'add'NumberTitle: 'on'PaperOrientation: 'portrait'PaperPosition: 0.6345 6.3452 20.3046 15.2284PaperPositionMode: '

17、manual'PaperSize: 20.9840 29.6774PaperType: 'A4'PaperUnits: 'centimeters'Parent: 0Pointer: 'arrow'PointerShapeCData: 16x16 doublePointerShapeHotSpot: 1 1Position: 440 378 560 420Renderer: 'painters'RendererMode: 'auto'Resize: 'on'ResizeFcn:'

18、9;Selected: 'off'SelectionHighlight: 'on'SelectionType: 'normal'Tag: ''ToolBar: 'auto'Type: 'figure'UIContextMenu:Units: 'pixels'UserData: Visible: 'on'WindowButtonDownFcn: ''WindowButtonMotionFcn: ''WindowButtonUpFcn: &

19、#39;'WindowKeyPressFcn: ''WindowKeyReleaseFcn: ''WindowScrollWheelFcn: ''WindowStyle: 'normal'WVisual: '00 (RGB 32 GDI, Bitmap, Window)'WVisualMode: 'auto' >> h2=get(10) h2 =8Alphamap: 1x64 doubleBeingDeleted: 'off'BusyAction: 'qu

20、eue'ButtonDownFcn: ''Children: 342.0011Clipping: 'on'CloseRequestFcn: 'closereq'Color: 0.8000 0.8000 0.8000Colormap: 64x3 doubleCreateFcn: ''CurrentAxes: 342.0011CurrentCharacter: ''CurrentObject: CurrentPoint: 0 0DeleteFcn: ''DockControls: 'on

21、'FileName: ''FixedColors: 10x3 doubleHandleVisibility: 'on'HitTest: 'on'IntegerHandle: 'on'Interruptible: 'on'InvertHardcopy: 'on'KeyPressFcn:''KeyReleaseFcn:''MenuBar: 'figure'MinColormap: 64Name: ''NextPlot: 'a

22、dd'NumberTitle: 'on'PaperOrientation: 'portrait'PaperPosition: 0.6345 6.3452 20.3046 15.2284PaperPositionMode: 'manual'PaperSize: 20.9840 29.6774PaperType: 'A4'PaperUnits: 'centimeters'Parent: 0Pointer: 'arrow'PointerShapeCData: 16x16 doublePointer

23、ShapeHotSpot: 1 1Position: 440 378 560 420Renderer: 'painters'RendererMode: 'auto'Resize: 'on'ResizeFcn:''9Selected: 'offSelectionHighlight: 'on'SelectionType: 'normal'Tag:''ToolBar: 'auto'Type: 'figure'UIContextMenu: 口Units

24、: 'pixels'UserData: Visible: 'on'WindowButtonDownFcn: ''WindowButtonMotionFcn: ''WindowButtonUpFcn: ''WindowKeyPressFcn: ''WindowKeyReleaseFcn: ''WindowScrollWheelFcn: ''WindowStyle: 'normal'WVisual: '00 (RGB 32 GDI, Bitmap,

25、 Window)'WVisualMode: 'auto'4輸入h.Children ,觀察結(jié)果.>> h.Childrenans =105鍵入gcf,得到當(dāng)前圖像句柄的值,分析其結(jié)果與h, hl, h2中哪個(gè)一致,為什么? ans =1結(jié)果與h的一致6鼠標(biāo)點(diǎn)擊Figure 1窗口,讓其位于前端,在命令行中鍵入 gcf,觀察此時(shí)的 值,和上一步中有何不同,為什么？ans =17 觀察 hl.Children 和 h2.Children , gca 的值.>> h1.Childrenans =170.001210>> h2.Childre

26、nans =342.0011>> gcaans =170.00128觀察以下程序結(jié)果h3=h1.Children;set(h3,'Color','green');h3_1=get(h3,'children');set(h3_1,'Color','red');h3_1=h3.Children 命令獲得.其中h3_1為Figurel中線對(duì)象句柄,不能直接采用9命令行中鍵入plot(t,sin(t-pi/3) ,觀察曲線出現(xiàn)在哪個(gè)窗口h4=h2.Children;axes(h4);plot(t,sin(t-p

27、i/3),看看此時(shí)曲線顯示在何窗口.plot(t,sin(t-pi/3)后,曲線出現(xiàn)在 figure1 窗口；h4=h2.Children;axes(h4); plot(t,sin(t-pi/3)后,曲線出現(xiàn)在 figure1011實(shí)驗(yàn)四 限制系統(tǒng)古典分析103G(s),(二階系統(tǒng)2s, 2s, 10(1)編寫(xiě)程序求解系統(tǒng)的階躍響應(yīng)； a=sqrt(10);zeta=(1/a);num=10;den=1 2*zeta*a 10;sys=tf(num,den);t=0:0.01:3;figure(1)step(sys,t);grid修改參數(shù),實(shí)現(xiàn)和的階躍響應(yīng)；,1,2時(shí):,1a=sqrt(10)

28、;zeta=1;num=10;den=1 2*zeta*a 10;sys=tf(num,den);t=0:0.01:3;figure(1)step(sys,t);grid時(shí):,2a=sqrt(10);zeta=2;num=10;den=1 2*zeta*a 10;sys=tf(num,den);t=0:0.01:3;figure(1)step(sys,t);grid1,2,10修改參數(shù),實(shí)現(xiàn)和的階躍響應(yīng)()n1nn2nn2a=sqrt(10);zeta=(1/a);num=0.25;den=1 2*zeta*0.5*a 0.25; sys=tf(num,den);t=0:0.01:3;figu

29、re(1)step(sys,t);grid時(shí)：,2,n2na=sqrt(10);zeta=(1/a);num=40;den=1 2*zeta*2*a 40;sys=tf(num,den);t=0:0.01:3;figure(1)step(sys,t);grid(2)試做出以下系統(tǒng)的階躍響應(yīng),并比擬與原系統(tǒng)響應(yīng)曲線的差異與特點(diǎn),作出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果.222s, 10s, 0.5s, 10s, 0.5sG(s),G(s),G(s), ; 123222s, 2s, 10s, 2s,10s 2s 10sG(s), 22s 2s 10要求：分析系統(tǒng)的阻尼比和無(wú)阻尼振蕩頻率對(duì)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響分析響應(yīng)曲

30、線的零初值、非零初值與系統(tǒng)模型的關(guān)系分析響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值與系統(tǒng)模型的關(guān)系；分析系統(tǒng)零點(diǎn)對(duì)階躍響應(yīng)的影響；a=sqrt(10);zeta=(1/a);num=10;den=1 2*zeta*a 10;sys=tf(num,den);t=0:0.01:3;step(sys,t);hold onnum1=0 2 10;sys1=tf(num1,den);step(sys1,t);num2=1 0.5 10;sys2=tf(num2,den);13step(sys2,t);num3=1 0.5 0;sys3=tf(num3,den);step(sys3,t);num4=0 1 0;sys4=tf(nu

31、m4,den);step(sys4,t);grid5k(s , 1)G(s), 2s(0.1s , 1)令k,1作Bode圖,應(yīng)用頻域穩(wěn)定判據(jù)確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并確定使系統(tǒng)獲得最大相位裕度的增益k值G=tf(1 1,0.1 1 0 0 ); figure(1)margin(G);grid14M 5FS (ll QnMK), Pni * *4,5 帕)fit '.SU tsAM黨5Q可：！ LmLmw即時(shí)崢qcy lEO/wi：實(shí)驗(yàn)五限制系統(tǒng)現(xiàn)代分析Bode圖法判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性：兩個(gè)單位負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)分別為2.7s' + 5s2 -4,v傷2 75二,:£ +5

32、s +4s用Bode圖法判斷系統(tǒng)閉環(huán)的穩(wěn)定性.G1=tf(2,7,1 5 4 0 );figure(1) margin(G);gridG2=tf(2.7,1 5 -4 0 );figure(2)margin(G2);gridE)MFigaro I國(guó)&七1F3ID：X * 事,i* ,金 j 川 q 5架 rmFl«Q*QT (nKMMC2系統(tǒng)能控性、能觀性分析連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型-s + 2G (s) = -廠4 !()< +275 MX當(dāng)a分別取,1 , 0, , 1時(shí),判別系統(tǒng)的能控性與能觀性. 當(dāng)a取-1時(shí): num=1 -1;den=1 10 27 18;G=

33、tf(num,den);G1=ss(G) a=-10 -3.375 -2.25; 8 0 0;0 1 0; b=0.5;0;0; Uc=b,a*b,aA2*b;rank(Uc) a = x1 x2 x3 x1 -10 -3.375 -2.25 x2 8 0 0 x3 0 1 0 b = u1 x1 0.5 x2 0 x3 0 c = x1 x2 x3 y1 0 0.25 -0.25 d = u1Continuous-time model. rankUc = 3 rankUo = 3由此,可以得到系統(tǒng)能控性矩陣 Uc的秩是3,等于系統(tǒng)的維數(shù),故系統(tǒng)是能控 的.能觀性矩陣Uo的秩是3,等于系統(tǒng)的維

34、數(shù),故系統(tǒng)能觀測(cè)的. 當(dāng)a取0時(shí)： 17 a = x1 x2 x3 x1 -10 -3.375 -2.25 x2 8 0 0 x3 0 1 0 b = u1 x1 0.25 x2 0 x3 0 c = x1 x2 x3 y1 0 0.5 0 d =y1 0Continuous-time model. rankUc = 3 rankUo = 3由此,可以得到系統(tǒng)能控性矩陣 Uc的秩是3,等于系統(tǒng)的維數(shù),故系統(tǒng)是能控 的.能觀性矩陣Uo的秩是3,等于系統(tǒng)的維數(shù),故系統(tǒng)能觀測(cè)的.當(dāng)a取1時(shí)： a = x1 x2 x3x1 -10 -3.375 -2.25x2 8 0 0x3 0 1 0 b = u1

35、 x1 0.5 x2 0 x3 0 c = x1 x2 x3 18y1 0 0.25 0.25d =u1y1 0rankUc =3rankUo =2由此,可以得到系統(tǒng)能控性矩陣 Uc的秩是3,等于系統(tǒng)的維數(shù),故系統(tǒng)是能控 的.能觀性矩陣Uo的秩是2,小于系統(tǒng)的維數(shù),故系統(tǒng)不能觀測(cè)的.實(shí)驗(yàn)六PID限制器的設(shè)計(jì)31(三階對(duì)象模型,利用 MATLA踹寫(xiě)程序,研究閉環(huán)系統(tǒng)在不同控Gss()1/,制情況下的階躍響應(yīng),并分析結(jié)果.(1) TT,0 時(shí),在不同K值下,閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)；Pids=tf('s');G=1/(s+1)A3;for K=0:0.5:2;hold onstep(fe

36、edback(G*K,1)end限制器比例環(huán)節(jié)：成比例地反映限制系統(tǒng)的偏差信號(hào) e( t),偏差一旦產(chǎn)生,立即產(chǎn)生限制作用,以減小偏差.比例系數(shù)越大,誤差越小.TKT,10,(2) 時(shí),在不同值下,閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)；ipds=tf('s');G=1/(s+1)A3;for Ti=1:0.5:3;hold onG1=1+tf(1,Ti,0);step(feedback(G*G1,1)end積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差,提升系統(tǒng)的無(wú)差度.積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI ,TI越大,積分作用越弱,反之那么越強(qiáng).TKT,1(3)時(shí),在不同值下,閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)；dpis=tf(

37、's');G=1/(s+1)A3;for Td=1:0.5:3;hold onG1=1+tf(1,1,0)+tf(Td 0,Td/10 1); step(feedback(G*G1,1)end* it.ff微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率),并能在偏差信號(hào)變得太大之 前,在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào),從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度,減少調(diào)節(jié) 時(shí)間.2(被控對(duì)象同上,選擇適宜的參數(shù)進(jìn)行模擬PID限制(PID參數(shù)整定)s=tf('s');G=1/(s+1)A3;K1,L1,T1,G1=getfolpd(1,G);G1N=10;K=1.014;T=2.101;

38、L=1.1;a=K*L/T;Kp=1.2/a,Ti=2*L,Td=0.5*L,G2=Kp*(1+tf(1,Ti,0)+tf(Td 0,Td/N1);step(sys1=feedback(G*G2,1);gridhold onstep(feedback(G,1)J Fxturr I回伙Eil« t II e* Zfuert阪立電好且必松,EeIj*高寸箏實(shí)驗(yàn)七系統(tǒng)狀態(tài)空間設(shè)計(jì)3(對(duì)象模型,03010052.,一,xtxtut().()(), 10100, ,15890054,一,yx,123,(1)如果我們想將閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)配置到-1,-2,-3 ,利用MATLA既計(jì)限制器,并繪出閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線.(說(shuō)明：用兩種方法配置極點(diǎn))采用Ackermann公式計(jì)算:A=-0.3 0.1 -0.05;1 0.1 0;-1.5 -8.9 -0.05; B=2;0;4;C=1 2 3;D=0;P=-1 -2 -3;k=acker(A,B,P)Ac=A-B*keig(Ac)G=ss(Ac,B,C,D) G1=tf(G) t=0:0.01:3;step(G1,