MATLAB及控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、-PAGE . z.- - - z -MATLAB與控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)：*：時(shí)間： 2013 年 6 月目 錄實(shí)驗(yàn)一 MATLAB環(huán)境的熟悉與根本運(yùn)算一實(shí)驗(yàn)二 MATLAB環(huán)境的熟悉與根本運(yùn)算二實(shí)驗(yàn)三 MATLAB語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)四 MATLAB的圖形繪制實(shí)驗(yàn)五基于SIMULINK的系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)六控制系統(tǒng)的頻域與時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)七控制系統(tǒng)PID校正器設(shè)計(jì)法實(shí)驗(yàn)八 線性方程組求解及函數(shù)求極值實(shí)驗(yàn)一 MATLAB環(huán)境的熟悉與根本運(yùn)算一一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉MATLAB開發(fā)環(huán)境2掌握矩陣、變量、表達(dá)式的各種根本運(yùn)算二、實(shí)驗(yàn)根本原理1.熟悉MATLAB環(huán)境: MATLAB桌面和命令窗口、命令歷史窗口、

2、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 去除命令窗口中容clear 去除工作空間中變量help 對(duì)所選函數(shù)的功能、調(diào)用格式及相關(guān)函數(shù)給出說明lookfor 查找具有*種功能的函數(shù)但卻不知道該函數(shù)的準(zhǔn)確名稱3.MATLAB變量與運(yùn)算符31變量命名規(guī)則32 MATLAB的各種常用運(yùn)算符表2 MATLAB算術(shù)運(yùn)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(zhuǎn)置. 數(shù)組乘方. 數(shù)組轉(zhuǎn)置表3 MATLAB關(guān)系運(yùn)算符操作符功能說明= 等于= 不等于

3、 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 4生成以下矩陣，并取出方框的數(shù)組元素A=1,2,3,4,5;10,9,8,7,6;11,12,13,14,15;16,17,18,19

4、,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(shí)驗(yàn)三 MATLAB語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉MATLAB程序編輯與設(shè)計(jì)環(huán)境2、掌握各種編程語(yǔ)句語(yǔ)法規(guī)則及程序設(shè)計(jì)方法3、函數(shù)文件的編寫和設(shè)計(jì)4、了解和熟悉跨空間變量傳遞和賦值二、實(shí)驗(yàn)根本原理1、程序流程控制語(yǔ)句for循環(huán)構(gòu)造語(yǔ)法：for i初值：增量：終值語(yǔ)句1 語(yǔ)句n end 說明：1i初值：終值，則增量為1。2初值、增量、終值可

5、正可負(fù)，可以是整數(shù)，也可以是小數(shù)，只須符合數(shù)學(xué)邏輯。while 循環(huán)構(gòu)造語(yǔ)法：while 邏輯表達(dá)式循環(huán)體語(yǔ)句end 說明：1、whiIe構(gòu)造依據(jù)邏輯表達(dá)式的值判斷是否執(zhí)行循環(huán)體語(yǔ)勾。假設(shè)表達(dá)式的值為真，執(zhí)行循環(huán)體語(yǔ)句一次、在反復(fù)執(zhí)行時(shí)，每次都要進(jìn)展判斷。假設(shè)表達(dá)式的值為假，則程序執(zhí)行end之后的語(yǔ)句。2、為了防止因邏輯上的失誤，而陷入死循環(huán)，建議在循環(huán)體語(yǔ)句的適當(dāng)位置加break語(yǔ)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(huì)改變while后面所跟關(guān)系式的值。3、while循環(huán)也可以嵌套、其構(gòu)造如下：while邏輯表達(dá)式1 循環(huán)體語(yǔ)句1 while邏輯表達(dá)式2 循

6、環(huán)體語(yǔ)句2 end 循環(huán)體語(yǔ)句3 end if-else-end分支構(gòu)造if 表達(dá)式1 語(yǔ)句1 else if 表達(dá)式2(可選) 語(yǔ)句2 else(可選) 語(yǔ)句3 end end 說明：1.if構(gòu)造是一個(gè)條件分支語(yǔ)句，假設(shè)滿足表達(dá)式的條件，則往下執(zhí)行；假設(shè)不滿足，則跳出if構(gòu)造。2else if表達(dá)式2與else為可選項(xiàng)，這兩條語(yǔ)句可依據(jù)具體情況取舍。3注意：每一個(gè)if都對(duì)應(yīng)一個(gè)end，即有幾個(gè)if，記就應(yīng)有幾個(gè)end。switch-case構(gòu)造語(yǔ)法：switch表達(dá)式case常量表達(dá)式1 語(yǔ)句組1 case常量表達(dá)式2 語(yǔ)句組2 otherwise 語(yǔ)句組n end 說明：1switch后面

7、的表達(dá)式可以是任何類型，如數(shù)字、字符串等。2當(dāng)表達(dá)式的值與case后面常量表達(dá)式的值相等時(shí)，就執(zhí)行這個(gè)case后面的語(yǔ)句組如果所有的常量表達(dá)式的值都與這個(gè)表達(dá)式的值不相等時(shí)，則執(zhí)行otherwise后的執(zhí)行語(yǔ)句。程序流程控制指令break、return、pause 2、函數(shù)文件的構(gòu)造和編寫方法函數(shù)只能在函數(shù)體對(duì)變量進(jìn)展操作，也就是只能訪問函數(shù)本身工作空間中的變量。M函數(shù)文件的構(gòu)造1函數(shù)定義行function2H1行函數(shù)幫助文本的第一行3函數(shù)幫助文本4函數(shù)體5注釋函數(shù)文件編寫后，保存時(shí)，其文件名必須與函數(shù)名一樣。注意：函數(shù)名不要與MATLAB自身的函數(shù)命令一樣。三、主要儀器設(shè)備及耗材計(jì)算機(jī)四、實(shí)

8、驗(yàn)程序及結(jié)果練習(xí)A 1、熟悉MATLAB程序編輯與設(shè)計(jì)環(huán)境2、用for循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)求1100的和 3、用for循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)編寫一個(gè)求階乘n!的函數(shù)文件4、判斷y向量的元素屬于3n3n+1或3n+2，設(shè)y=3,5,7,9,11,16。(使用函數(shù)rem求余數(shù))。7、數(shù)組A=2,4,6,8,10，B=4,9,6,7,4,求,其中n=5。實(shí)驗(yàn)總結(jié) 在前兩次實(shí)驗(yàn)的根底上，掌握了根本的操作，這次實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步加深了對(duì)軟件功能的探索，讓自己熟悉MATLAB程序編輯與設(shè)計(jì)環(huán)境.實(shí)驗(yàn)四 MATLAB的圖形繪制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)MATLAB圖形繪制的根本方法；2、熟悉和了解MATLAB圖形繪制程序編輯的根本指令；3

9、、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(biāo)注；4、掌握plot、subplot的指令格式和語(yǔ)法。二、實(shí)驗(yàn)根本原理1、根本的繪圖命令plot*,y,2、建立圖形窗口命令figure1；figure2；figure(n)翻開不同的圖形窗口，以便繪制不同的圖形。3、grid on：在所畫出的圖形坐標(biāo)中參加?xùn)鸥駁rid off：除去圖形坐標(biāo)中的柵格。4、hold on：把當(dāng)前圖形保持在屏幕上不變，同時(shí)允許在這個(gè)坐標(biāo)繪制另外一個(gè)圖形。hold off：使新圖覆蓋舊的圖形。5、a*is設(shè)定軸的圍a*is*min *ma* ymin yma*設(shè)定* 軸與y軸的最大、最小坐標(biāo)

10、。a*is(equal)：將*坐標(biāo)軸和y坐標(biāo)軸的單位刻度大小調(diào)整為一樣。6、文字標(biāo)示te*t(*,y,字符串)在圖形的指定坐標(biāo)位置(*,y)處，標(biāo)示單引號(hào)括起來的字符串。gte*t(字符串)利用鼠標(biāo)在圖形的任意位置標(biāo)示字符串。title(字符串)在所畫圖形的最上端顯示說明該圖形標(biāo)題的字符串。*label(字符串)，ylabel(字符串)設(shè)置*，y坐標(biāo)軸的名稱。輸入特殊的文字需要用反斜杠開頭7、subplotm，n，k：分割圖形顯示窗口，在同一個(gè)窗口中顯示多個(gè)圖形。m：上下分割個(gè)數(shù)n：左右分割個(gè)數(shù)k:：子圖編號(hào)8、semilog*：繪制以*軸為對(duì)數(shù)坐標(biāo)以10為底，y軸為線性坐標(biāo)的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖形。

11、semilogy：繪制以y 軸為對(duì)數(shù)坐標(biāo)以10 為底，* 軸為線性坐標(biāo)的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖形。主要儀器設(shè)備及耗材 計(jì)算機(jī)四、實(shí)驗(yàn)程序及結(jié)果1、繪制以下曲線，要求盡可能多地使用二中所列命令。= 4 * GB3 y=sin(t)sin(9t)clf;t=6*pi*(0:100)/100;y=1-e*p(-0.3*t).*cos(0.7*t); tt=t(find(abs(y-1)0.05);ts=ma*(tt); plot(t,y,r-,LineWidth,3) a*is(-inf,6*pi,0.6,inf) set(gca,*tick,2*pi,4*pi,6*pi,Ytick,0.95,1,1.05,

12、ma*(y) grid on title(it y = 1 - e -alphatcosomegat) te*t(13.5,1.2,fontsize12alpha=0.3) te*t(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隸書鎮(zhèn)定時(shí)間; cell_string3=fontsize6 ; cell_string4=fontsize14rmt_s = nu

13、m2str(ts); te*t(ts,0.85,cell_string) *label(fontsize14 bft rightarrow)ylabel(fontsize14 bfy rightarrow)五 實(shí)驗(yàn)總結(jié) 這次實(shí)驗(yàn)掌握了MATLAB圖形繪制的根本方法，熟悉和了解MATLAB圖形繪制程序編輯的根本指令，利用MATLAB圖形編輯窗口編輯和修改圖形界面.實(shí)驗(yàn)五基于SIMULINK的系統(tǒng)仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉SIMULINK 工作環(huán)境及特點(diǎn)2、掌握線性系統(tǒng)仿真常用根本模塊的用法3、掌握SIMULINK 的建模與仿真方法4、子系統(tǒng)的創(chuàng)立和封裝設(shè)計(jì)二、實(shí)驗(yàn)根本原理1、了解SIMULINK模

14、塊庫(kù)中各子模塊根本功能2、SIMULINK 的建模與仿真方法1翻開模塊庫(kù)，找出相應(yīng)的模塊。鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊相應(yīng)模塊，拖拽到模型窗口中即可。2創(chuàng)立子系統(tǒng)：當(dāng)模型大而復(fù)雜時(shí)，可創(chuàng)立子系統(tǒng)。3設(shè)置仿真控制參數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)程序及結(jié)果1、SIMULINK仿真實(shí)際應(yīng)用1雙環(huán)調(diào)速的電流環(huán)系統(tǒng)的方框圖模型為：圖中參數(shù)設(shè)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(hào)作用點(diǎn)處輸入單位給定階躍響應(yīng)信號(hào)，0.3秒后在擾動(dòng)信號(hào)點(diǎn)輸入單位階躍響應(yīng)信號(hào)。并繪制相應(yīng)的響

15、應(yīng)曲線(2)計(jì)算仿真結(jié)果的超調(diào)量、上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差。(3)設(shè)計(jì)PID調(diào)節(jié)器替代圖中的比例積分調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)Kp,Ti,Td，用使系統(tǒng)滿足超調(diào)量15%，上升時(shí)間0.3s，調(diào)節(jié)時(shí)間0.4s的要求。(4)要求對(duì)參加的PID控制器封裝成一個(gè)模塊使用。PID調(diào)節(jié)器 封裝模塊應(yīng)用PID調(diào)節(jié)器后2、用Simulink對(duì)以下系統(tǒng)進(jìn)展仿真其中為系統(tǒng)輸入，y(t)為系統(tǒng)輸出，仿真當(dāng)輸入為正弦信號(hào)時(shí)，輸出的信號(hào)的波形，仿真時(shí)間0=0t0.95*yss)&(y(tm)yss*1.05) tm=tm-1;endts=t(tm);k=1;while y(k) f=-(1+*2)/(1+*4),*=fminsearch(f,0),yma*=(1+*2)/(1+*4)f =-(1+*2)/(1+*4