《MATLAB及应用》实验指导书Word文档下载推荐.docx
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义和用途的变量，见下表：
（1）数值型向量（矩阵）的输入
1）．任何矩阵（向量），可以直接按行方式输入每个元素：
同一行中的元素用逗号（，）
或者用空格符来分隔；
行与行之间用分号（；
）分隔。
所有元素处于一方括号（[]内；
例1：
Time=[111212345678910]
X_Data=[2.323.43；
4.375.98]
2）．系统中提供了多个命令用于输入特殊的矩阵：
4、数组（矩阵）的点运算
运算符：
+（加）、-（减）、./（右除）、.\（左除）、.^（乘方），
例2：
g=[1234]；
h=[4321]；
s1=g+h,s2=g.*h,s3=g.^h,s4=g.^2,s5=2.^h
5、矩阵的运算
+（加）、-（减）、*（乘）、/（右除）、\（左除）、^（乘方）、’（转置）等；
常用函数：
det（行列式）、inv（逆矩阵）、rank（秩）、eig（特征值、特征向量）、rref
（化矩阵为行最简形）
例3：
A=[20–1;
132];
B=[17–1;
423;
201];
M=A*B%矩阵A与B按矩阵运算相乘
det_B=det（B）%矩阵A的行列式
rank_A=rank（A）%矩阵A的秩
X=A/B%矩阵右除，A/B是B左乘A的逆
Y=B\A%矩阵左除，B\A其计算结果是矩阵B的逆和矩阵A相乘
6、平面绘图
MATLAB能绘制表现非常丰富的平面图形，以下是一些常用的MATLAB绘图函数，以绘制不同平面图元和实现不同的平面图形绘制功能：
可以使用gridon绘图网格线和holdon同时绘制两个图形，还可以给图形加上各种注解和
处理：
例4：
x=-2*pi:
pi/10:
2*pi;
y=sin（x）;
plot（x,y,’r*:
’）
gridon%绘制网格线
holdon
y2=2*cos（x）;
plot（x,y2,’b+-‘）
xlabel（'
x轴'
）;
%x轴注解
ylabel（'
y轴'
%y轴注解
title（'
正弦和余弦函数'
%图形标题
legend（{'
y=sin（x）'
'
y2=cos（x）'
}）;
%图形注解
（2）．MATLAB还可以在同一图形窗口完成多个子图的功能，如：
y2=cos（x）;
y3=2*cos（x）;
y4=sin（x）+cos（x）;
subplot（2,2,1）;
plot（x,y,‘r*:
subplot（2,2,2）;
plot（x,y2,‘b+-’）
subplot（2,2,3）;
plot（x,y3,‘gp:
subplot（2,2,4）
plot（（x,y4,‘kx’）
四、实验内容与步骤：
1．练习数据和符号的输入方式，将前面的命令在命令窗口中执行通过；
2．输入A=[715；
256；
315]，B=[111;
222;
333]，在命令
窗口中执行下列表达式，掌握其含义：
A（2,3）A*BA.*BA^2A.^2B/AB./A
3．输入C=1:
2:
20，则C（i）表示什么？
其中i=1,2,3,…,10；
4.建立全1矩阵（ones）；
建立对角线为1的矩阵（eye）
zeros（3）ones（2,3）
5．.练习把y=sin（x）./x，z=cos（x），u=2*sin（x），v=sin（x）./cos（x）在[0,2π]区间内的四个子图分别用不同的颜色、点型和线型绘制在同一个窗口中，并给其中加上纵坐标,标题、图例和网格线。
A=[715;
256;
315];
B=[111;
333];
A（2,3）;
A（2,3）
ans=
6
A*B
242424
303030
202020
A^2
661766
423370
381346
A.^2
49125
42536
9125
B/A
0.18420.2105-0.2368
0.36840.4211-0.4737
0.55260.6316-0.7105
B./A
0.14291.00000.2000
1.00000.40000.3333
1.00003.00000.6000
C=1:
20
C=
135791113151719
ones（3）
111
zeros（3）
000
ones（2,3）
x=-2*pi:
y=sin（x）./x;
z=cos（x）;
u=2*sin（x）;
v=sin（x）./cos（x）;
subplot（2,2,1）;
plot（x,y,'
rp'
）
plot（x,z,'
b*'
subplot（2,2,3）;
plot（x,u,'
g:
'
subplot（2,2,4）;
plot（x,v,'
y-'
五、实验报告要求：
1、简述实验目的、实验原理、实验内容和实验过程
2、总结实验中的主要结论、实践技能和心得体会
3、附上实验过程中所用的程序
实验二控制系统的时域分析
1、熟悉控制系统的时域分析方法；
2、掌握常用连续信号的MATLAB描述方法；
3、掌握控制系统的时域响应的MATLAB编程求解方法；
4、利用MATLAB为工具，通过控制系统定性及定量分析了解参数变化对动态特性的影响。
三、实验内容与步骤：
1：
已知系统模型如下：
MATLAB编程求出该系统在单位速度信号、单位加速度、正弦信号、方波的响应曲线。
num=[251];
den=[1,2,3];
G=tf（num,den）;
t=0:
0.1:
8;
r=t;
lsim（G,r,t）
figure
（2）
r=1/2*t.^2;
figure（3）
[u,t]=gensig（'
sin'
4,20,0.2）;
G=tf（[251],[123]）;
lsim（G,u,t）
figure（4）
square'
2：
典型二阶系统如下所示：
其中ωn为自然频率，ζ为阻尼系数。
要求:
（1）仿真观察
对时域响应的影响。
实验参数选择：
自然频率wn=2，阻尼比ζ＝-0.1，0,0.2,1,2
（2）仿真观察附加闭环零点对时域响应的影响：
附加零点，设系统传递函数为
参数设置：
自然频率wn=2，阻尼比ζ=0.5，附加零点：
Z=-10，-2，-0.25
wn=2
zn=[-0.100.212]
9
holdon
fori=1:
length（zn）
sys=tf（wn^2,[1,2*zn（i）*wn,wn^2]）
step（sys,t）
end
holdoff
gridon
gtext（'
sigma=-0.1'
gtext（'
sigma=0'
sigma=0.2'
sigma=1'
sigma=2'
zeta=0.5;
wn=[2];
r=[0.1,0.5,4];
6;
length（r）
sys1=tf（wn^2/r（i）,[1,2*zeta*wn,wn^2]）;
sys2=tf（[1r（i）],[1]）;
sys=sys1*sys2;
subplot（2,2,i）;
zero=-10'
zero=-2'
zero=-0.25'
subplot（2,2,4）;
step（sys1）;
原始系统'
四、实验报告要求：
2、总结出二阶系统参数变化对时域系统响应特性影响的规律。
3、总结实验中的主要结论、实践技能和心得体会
4、附上实验过程中所用的程序。
实验三控制系统的根轨迹图
1、熟悉控制系统的根轨迹图分析方法；
2、掌握控制系统的根轨迹图的MATLAB编程求解方法；
3、利用MATLAB为工具，通过根轨迹图分析控制系统性能。
3、实验内容与步骤：
利用MATLAB编程绘制下例各控制系统根轨迹：
1、G（s）=ks/（s2+2s+2）；
2、G（s）=（s3+s2+4）/（s3+3s2+7s）;
3、G（s）=k（s2+2s+4）/[s（s+4）（s+6）（s2+1.4s+1）]
4、.给定控制系统如下图,其中K
0:
画出系统的根轨迹图，
1）准确记录根轨迹的起点、终点与根轨迹条数；
2）确定根轨迹的分离点与相应的K值；
3）确定稳定时的K取值范围；
4）分析K取值对系统阻尼特性的影响。
num=[10];
den=[122];
rlocus（num,den）
num=[114];
den=[1370];
num=[conv（[10],[124]）];
den=[conv（conv（conv（[10],[14]）,[16]）,[11.41]）];
控制系统框图
4、一种具有高性能的机器手的微型机器人的传递函数为：
z=[-1-2-3];
p=[0001];
k=1;
sys=zpk（z,p,k）;
rlocus（sys）
（1）画出系统的根轨迹图。
（2）求使闭环系统稳定的增益范围。
四、实验报告要求迹图；
2、总结实验中的主要结论、实践技能和心得体会,总结出MATLAB对系统轨迹分析的帮助
3、附上实验过程中所用的程序。
实验四控制系统的频率特性分析
1、熟悉控制系统的频域分析方法；
2、掌握控制系统伯德图和奈奎斯特图的MATLAB编程求解方法；
3、以MATLAB为工具，利用频域分析法分析控制系统性能。
利用MATLAB编程绘制下例各控制系统伯德图和奈奎斯特图：
1、G=1/[s（s+1）];
2、G（s）=（2s2）/[（0.04s+1）（0.4s+1）];
3、一系统开环传递函数为：
，绘制系统伯德图，并求出系统的相角稳定裕量和幅值稳定裕量。
4、已知单位负反馈控制系统开环传递函数为：
，试用奈奎斯特稳定判据判定开环放大系数K为10和50时闭环系统的稳定性，并求系统脉冲响应。
2、总结实验中的主要结论、实践技能和心得体会,总结出MATLAB对系统频域分析的帮助
1
num=1
den=[110]
bode（num,den）
nyquist（num,den）
2
num=[200]
den=conv（[0.041],[0.41]）
3
num=500*[0.01671]
den=conv（conv（conv（[0.00251],[0.0011]）,[0.051]）,[10]）
G0=tf（num,den）
w=logspace（0,4,50）
bode（G0,w）
margin（G0）
[Gm,Pm,wcp]=margin（G0）
4
num=10
num0=50
den=conv（[11],conv（[0.51],[0.21]））
[num1,den1]=feedback（num,den,1,1）
[num2,den2]=feedback（num0,den,1,1）
figure
nyquist（num0,den）
impulse（num1,den1,20）
impulse（num2,den2,20）
开环放大系数K为10
开环放大系数K为50
实验五控制系统的校正
1、学习控制系统工具箱Simulink;
2、建立SIMULINK动态结构图对控制系统进行串联超前校正实验；
3、建立SIMULINK动态结构图对控制系统进行PID参数整定实验。
1、串联超前校正实验：
1）设控制系统如图所示，建立Simulink动态结构图，观察其响应曲线。
2）加入超前校正装置，进行串联超前校正设计，观察响应曲线，进行校正前后系统性能指标对比。
2、PID参数整定
2.已知被控对象传递函数为
试用Z-N整定方法确定PID控制器的参数，并绘制整定后系统阶跃响应曲线。
2、超前校正对改善系统性能有什么作用？
什么情况下不宜采用串联超前校正？
3、调整PID各参数对系统性能有什么影响？
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