MATLAB语言及其应用实验报告.doc

MATLAB 语言及其应用实验报告目录实验一 Matlab 使用方法和程序设计. 实验二 控制系统的模型及其转换. 实验三 控制系统的时域、频域和根轨迹分析. 实验四 动态仿真集成环境-Simulink. 实验一 Matlab使用方法和程序设计一、 实验目的1、掌握Matlab软件使用的基本方法；2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制4、熟悉Matlab程序设计的基本方法二、 实验内容：1、帮助命令使用help命令，查找 sqrt（开方）函数的使用方法；答：help sqrt2、矩阵运算（1） 矩阵的乘法已知A=1 2;3 4; B=5 5;7 8;求A2*B解： A=1 2;3 4;B=5 5;7 8;A2*Bans = 105 115 229 251（2） 矩阵除法已知 A=1 2 3;4 5 6;7 8 9;B=1 0 0;0 2 0;0 0 3;AB,A/B解： A=1 2 3;4 5 6;7 8 9;B=1 0 0;0 2 0;0 0 3; AB ans = 1.0e+016 * -0.4504 1.8014 -1.3511 0.9007 -3.6029 2.7022 -0.4504 1.8014 -1.3511 A/Bans = 1.0000 1.0000 1.0000 4.0000 2.5000 2.0000 7.0000 4.0000 3.0000（3） 矩阵的转置及共轭转置已知A=5+i,2-i,1;6*i,4,9-i;求A., A解： A=5+i,2-i,1;6*i,4,9-i; A.ans = 5.0000 + 1.0000i 0 + 6.0000i 2.0000 - 1.0000i 4.0000 1.0000 9.0000 - 1.0000i Aans = 5.0000 - 1.0000i 0 - 6.0000i 2.0000 + 1.0000i 4.0000 1.0000 9.0000 + 1.0000i（4） 使用冒号表达式选出指定元素已知： A=1 2 3;4 5 6;7 8 9;求A中第3列前2个元素；A中所有列第2，3行的元素； A=1 2 3;4 5 6;7 8 9; B=A(1:2,3)B = 3 6 B1=A(2:3,:)B1 = 4 5 6 7 8 9用magic函数生成一个4阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列 A=magic(4)A = 16 2 3 13 5 11 10 8 9 7 6 12 4 14 15 1 B=A(:,1:3)B = 16 2 3 5 11 10 9 7 6 4 14 153、多项式（1）求多项式 的根 p=1 0 -2 -4; r=roots(p)r = 2.0000 -1.0000 + 1.0000i -1.0000 - 1.0000i（2）已知A=1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4 ，求矩阵A的特征多项式; A=1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4 ; p=poly(A)p = 1.0000 -6.9000 -77.2600 -86.1300 604.5500把矩阵A作为未知数代入到多项式中； A=1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4 ; syms x;P=x3-2*x-4; P1=subs(P,x,A)P1 = -4.6720 17.0000 111.0000 -5.0710 111.0000 -2.4870 111.0000 200.0000 17.0000 707.0000 -4.0000 -5.0000 -5.0000 0 17.0000 52.00004、基本绘图命令（1）绘制余弦曲线 y=cos(t)，t0，2（2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)，t0，2解：（1）程序为：t=0:0.05:2*pi;y=cos(t);plot(t,y) （2）程序如下：x=0:0.05:2*pi;y1=cos(x-0.25);y2=sin(x-0.5);plot(x,y1,x,y2)绘制曲线如下：5、基本绘图控制绘制0，4区间上的x1=10sint曲线，并要求：（1） 线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号；（2）坐标轴控制：显示范围、刻度线、比例、网络线（3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本；程序为： t=0:0.05:4*pi;x1=10*sin(t);plot(t,x1,r-.+)grid on;axis(0,15,-10,10);title(曲线x1=10sint);xlabel(T轴);ylabel(X1轴);set(gca,xminortick,on);set(gca,yminortick,on); 6、基本程序设计（1）编写命令文件：计算1+2+n s=1;n=1;while(s2000-n),n=n+1;s=s+n;end,s,nans = 1953 62（2） 编写函数文件：分别用for和while循环结构编写程序，求2的0到n次幂的和。1）function s=spc(n)s=0;i=0;while(i s=spc(10)s = 20472）function s=spc(n)s=0;for i=0:n s=s+2i;end s=spc1(10)s = 2047（3）如果想对一个变量x自动赋值。当从键盘输入y或Y时（表示是），x自动赋为1；当从键盘输入n或N时（表示否），x自动赋为0；输入其他字符时终止程序。str=input(please input Y or N ：,s);if str=y|str=Y x=1elseif str=n|str=N x=0else error(error);endplease input Y or N ：nx = 0三、 实验报告要求：编写实验内容中的相关程序在计算机中运行，程序、运行结果及相关图形一并写在报告上。实验二 控制系统的模型及其转换一、 实验目的1、掌握建立控制系统模型的函数及方法；2、掌握控制系统模型间的转换方法及相关函数；3、熟悉控制系统模型的连接方法；4、掌握典型系统模型的生成方法。二、 实验内容：1. 控制系统模型1.1 系统的模型为试建立系统的传递函数模型。 s=tf(s);G=4*(s+2)*(s2+6*s+6)/(s*(s+1)3*(s3+32+2*s+5) Transfer function: 4 s3 + 32 s2 + 72 s + 48-s7 + 3 s6 + 5 s5 + 21 s4 + 48 s3 + 44 s2 + 14 s1.2 已知单输入双输出系统的零极点模型 建立系统的零极点模型。方法一： s=zpk(s); g1=3*(s+12)/(s+3)*(s+4)*(s+5); g2=4*(s+5)*(s+3)/(s+3)*(s+4)*(s+5); G=g1;g2 Zero/pole/gain from input to output. 3 (s+12) #1: - (s+3) (s+4) (s+5) 4 (s+5) (s+3) #2: - (s+3) (s+4) (s+5)方法二： z1=-12;z2=-5;-3;p=-3;-4;-5; g1=zpk(z1,p,3); g2=zpk(z2,p,4); G=g1;g2 Zero/pole/gain from input to output. 3 (s+12) #1: - (s+3) (s+4) (s+5) 4 (s+5) (s+3) #2: - (s+3) (s+4) (s+5)1.3 给定系统的状态空间表达式， 建立系统的状态空间模型。 A=-2.8,-1.4,0,0;1.4,0,0,0;-1.8,-0.3,-1.4,-0.6;0,0,0.6,0; B=1;0;1;0; C=0 0 0 1;D=0; G=ss(A,B,C,D)a = x1 x2 x3 x4 x1 -2.8 -1.4 0 0 x2 1.4 0 0 0 x3 -1.8 -0.3 -1.4 -0.6 x4 0 0 0.6 0b = u1 x1 1 x2 0 x3 1 x4 0 c = x1 x2 x3 x4 y1 0 0 0 1 d = u1 y1 0 Continuous-time model.2. 控制系统模型的转换2.1 将1.1的模型转换为零极点模型 s=tf(s); G=4*(s+2)*(s2+6*s+6)/(s*(s+1)3*(s3+32+2*s+5) Transfer function: 4 s3 + 32 s2 + 72 s + 48-s7 + 3 s6 + 5 s5 + 21 s4 + 48 s3 + 44 s2 + 14 s G1=zpk(G)Zero/pole/gain: 4 (s+4.732) (s+2) (s+1.268)-s (s+2.135) (s+1)3 (s2 - 2.135s + 6.558)2.2 将1.2的模型转换为状态空间模型 z1=-12;z2=-5;-3;p=-3;-4;-5; g1=zpk(z1,p,3); g2=zpk(z2,p,4); G=g1;g2Zero/pole/gain from input to output. 3 (s+12) #1: - (s+3) (s+4) (s+5) 4 (s+5) (s+3) #2: - (s+3) (s+4) (s+5) G1=ss(G)a = x1 x2 x3 x1 -3 4 0 x2 0 -4 16 x3 0 0 -1 b = u1 x1 0 x2 0 x3 2 c = x1 x2 x3 y1 0.2109 0.09375 0 y2 0 0.125 2 d = u1 y1 0 y2 0 Continuous-time model.2.3 将1.3 的模型转换为零极点模型 A=-2.8,-1.4,0,0;1.4,0,0,0;-1.8,-0.3,-1.4,-0.6;0,0,0.6,0; B=1;0;1;0; C=0,0,0,1;D=0; G=ss(A,B,C,D) a = x1 x2 x3 x4 x1 -2.8 -1.4 0 0 x2 1.4 0 0 0 x3 -1.8 -0.3 -1.4 -0.6 x4 0 0 0.6 0 b = u1 x1 1 x2 0 x3 1 x4 0 c = x1 x2 x3 x4 y1 0 0 0 1 d = u1 y1 0 Continuous-time model. G1=zpk(G) Zero/pole/gain: 0.6 (s2 + s + 1.54)-(s+1.4)2 (s+1.061) (s+0.3394)3. 控制系统模型的连接:已知两个系统 求按串联、并联、系统2联接在反馈通道时的负反馈系统的状态方程。 A1=0 1;1 -2;B1=0;1;C1=1 3;D1=1; A2=0 1;-1 -3;B2=0;1;C2=1 4;D2=0; G1=ss(A1,B1,C1,D1); G2=ss(A2,B2,C2,D2); G=G2*G1a = x1 x2 x3 x4 x1 0 1 0 0 x2 -1 -3 1 3 x3 0 0 0 1 x4 0 0 1 -2 b = u1 x1 0 x2 1 x3 0 x4 1 c = x1 x2 x3 x4 y1 1 4 0 0 d = u1 y1 0 Continuous-time model. G=G1+G2 a = x1 x2 x3 x4 x1 0 1 0 0 x2 1 -2 0 0 x3 0 0 0 1 x4 0 0 -1 -3 b = u1 x1 0 x2 1 x3 0 x4 1 c = x1 x2 x3 x4 y1 1 3 1 4 d = u1 y1 1 Continuous-time model. G=feedback(G1,G2) a = x1 x2 x3 x4 x1 0 1 0 0 x2 1 -2 -1 -4 x3 0 0 0 1 x4 1 3 -2 -7 b = u1 x1 0 x2 1 x3 0 x4 1 c = x1 x2 x3 x4 y1 1 3 -1 -4 d = u1 y1 1 Continuous-time model.4、典型系统的生成：4 典型二阶系统 试建立 时的系统传递函数模型。 s=tf(s); w=6;e=0.1; H=w2/(s2+2*e*w*s+w2) Transfer function: 36-s2 + 1.2 s + 365、连续系统的离散化：对连续系统 在采样周期 T=0.1 时进行离散化。 z=-3;p=-1;-2;-5; G=zpk(z,p,6); G1=c2d(G,0.1) Zero/pole/gain: 0.025525 (z+0.8468) (z-0.7408)-(z-0.9048) (z-0.8187) (z-0.6065) Sampling time: 0.1实验三 控制系统的时域、频域和根轨迹分析一、 实验目的1、掌握如何使用Matlab进行系统的时域分析2、掌握如何使用Matlab进行系统的频域分析3、掌握如何使用Matlab进行系统的根轨迹分析二、 实验内容：1、时域分析1.1、某系统的开环传递函数为 试编程求系统在单位负反馈下的阶跃响应曲线，并求最大超调量。 num=20;den=1,8,36,40,0; G=tf(num,den); G1=feedback(G,1); step(G1,30)1.2、典型二阶系统 编程求：当 分别取值为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0时的单位阶跃响应曲线。 s=tf(s); wn=6;zet=0.2:0.2:1.0,1.5,2.0; for z=zetG=wn2/(s2+2*z*wn*s+wn2);step(G,5);hold on;end1.3、典型二阶系统传递函数为： 绘制当：分别取2、4、6、8、10、12时的单位阶跃响应曲线。 wn=2:2:12;zet=0.7; s=tf(s); for w=wnG=w2/(s2+2*zet*w*s+w2);step(G,5);hold on;end2、根轨迹分析根据下面负反馈系统的开环传递函数，绘制系统根轨迹，并分析使系统稳定的K值范围。 s=tf(s); num=1;den=1,4,3,0; G=tf(num,den); rlocus(G)3、频域分析 典型二阶系统传递函数为： 3.1 绘制当：取2、4、6、8、10、12时的伯德图 zet=