MATLAB语言及其应用实验指导书renew1.doc

MATLAB 语言及其应用实验指导书目录实验一 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；2、矩阵运算（1） 矩阵的乘法已知A=1 2;3 4; B=5 5;7 8;求A2*BA=1 2; 3 4 ;B=5 5;7 8A2*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 A=1 2 3;4 5 6;7 8 9;B=1 0 0;0 2 0;0 0 3;ABWarning: Matrix is close to singular or badly scaled. Results may be inaccurate. RCOND = 2.203039e-018.ans = 1.0e+016 * 0.3152 -1.2609 0.9457 -0.6304 2.5218 -1.89130.3152 -1.2609 0.9457A/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 A=5+i,2-i,1;6*i,4,9-i;A.A.ans = 5.0000 + 1.0000i 0 + 6.0000i 2.0000 - 1.0000i 4.0000 1.0000 9.0000 - 1.0000iAans = 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；方括号用magic函数生成一个4阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列 B=A(1,2,3); BB = 3 6 B=A(2,3,1,2,3)B = 4 5 6 7 8 9 C=magic(4)C = 16 2 3 13 5 11 10 8 9 7 6 12 4 14 15 1 C(1,2,3,4,1,2,3)ans = 16 2 3 5 11 10 9 7 6 4 14 153、多项式（1）求多项式 的根p=roots(1 0 -2 -4)p = 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;把矩阵A作为未知数代入到多项式中； AA=sym(A);poly(AA) ans = x4 - (69*x3)/10 - (3863*x2)/50 - (8613*x)/100 + 12091/20 A3-2*A-4ans = 408.6880 450.0300 508.2400 490.7260 601.2500 777.3130 669.0500 691.5900 430.7200 859.9100 557.6000 502.2400 342.9400 441.7800 413.7000 412.78004、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)，t0，2t=0:0.1:2*pi ;y=cos(t);plot(t,y);hold on t=0:0.1:2*pi ;y=cos(t-0.25);plot(t,y);hold on t=0:0.1:2*pi ;y=sin(t-0.5);plot(t,y);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；t=0:0.1:4*pi;x1=sin(t);plot(t,x1,r-.+)title(试验一);xlabel(t);ylabel(y=10*sin(t);6、基本程序设计（1）编写命令文件：计算1+2+n while(s=2000),m=m+1;s=s+m;end,s-m,m-1ans = 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。 M-File:function s,n = Untitled3(k)s=0;n=0;while(n s=tf(s);G=4*(s+2)*(s2+6*s+6)/s/(s+1)3/(s3+3*s2+2*s+5) Transfer function: 4 s3 + 32 s2 + 72 s + 48-s7 + 6 s6 + 14 s5 + 21 s4 + 24 s3 + 17 s2 + 5 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。 s=tf(s);g11=3*(s+12)/(s+3)/(s+4)/(s+5);g21=4/(s+4);G=g11;g21 Transfer function from input to output. 3 s + 36 #1: - s3 + 12 s2 + 47 s + 60 4 #2: - s + 4 s=zpk(s);g11=3*(s+12)/(s+3)/(s+4)/(s+5);g21=4/(s+4);G=g11;g21 Zero/pole/gain from input to output. 3 (s+12) #1: - (s+3) (s+4) (s+5) 4 #2: - (s+4)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 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.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+3*s2+2*s+5);GG=zpk(G) Zero/pole/gain: 4 (s+4.732) (s+2) (s+1.268)-s (s+2.904) (s+1)3 (s2 + 0.09584s + 1.722)2.2 将1.2的模型转换为状态空间模型 s=tf(s);g11=3*(s+12)/(s+3)/(s+4)/(s+5);g21=4/(s+4);G=g11;g21;GG=ss(G) a = x1 x2 x3 x4 x1 -12 -5.875 -3.75 0 x2 8 0 0 0 x3 0 2 0 0 x4 0 0 0 -4 b = u1 x1 2 x2 0 x3 0 x4 2 c = x1 x2 x3 x4 y1 0 0.1875 1.125 0 y2 0 0 0 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 G3=zpk(G1) 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); Gs=G1*G2 a = x1 x2 x3 x4 x1 0 1 0 0 x2 1 -2 1 4 x3 0 0 0 1 x4 0 0 -1 -3 b = u1 x1 0 x2 0 x3 0 x4 1 c = x1 x2 x3 x4 y1 1 3 1 4 d = u1 y1 0 Continuous-time model. Ga=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. Gf=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。 w=6;n=0.1; s=tf(s);H=w2/(s2+2*n*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。 s=tf(s);G=6*(s+3)/(s+1)/(s+2)/(s+5);G1=c2d(G,0.1)%采用零阶保持器对其离散化 Transfer function:0.02552 z2 + 0.002704 z - 0.01601-z3 - 2.33 z2 + 1.786 z - 0.4493 Sampling time: 0.1 G2=c2d(G,0.1,Tusin)%Tustin离散化 Transfer function:0.01195 z3 + 0.01506 z2 - 0.005714 z - 0.008831- z3 - 2.323 z2 + 1.774 z - 0.4442 Sampling time: 0.1三、 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。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);w=6; for n=0.2:0.2:2,step(w2/(s2+2*n*w*s+w2),30);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。 s=tf(s);n=0.7;for w=2:2:12,step(w2/(s2+2*n*w*s+w2),30);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);G=1/s/(s+1)/(s+3)； 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 s=tf(s);n=0.7;for w=2:2:12,bode(w2/(s2+2*n*w*s+w2);hold on;end 32 绘制当：分别取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0时的伯德图。 s=tf(s);w=6;for n=0.2:0.2:2,bode(w2/(s2+2*n*w*s+w2);hold on;end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。实验四 动态仿真集成环境Simulink一、 实验目的1、熟悉Simulink模块库中常用标准模块的功能及其应用；2、掌握利