基于MATLAB的时域响应分析说明书

青岛滨海学院毕业设计1引言洗手MATLAB是“矩阵实验室”（MATRIXLABORATORY）的缩写，吃饭它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，吃饭着重针对科学计算、BEEF工程计算和绘图的需要。洗手与其他计算机语言相比，吃饭其特点是简洁和智能化，吃饭适应科技专业人员的思维方式和书写习惯，吃饭是的编程和调试效率大大提高。洗手洗手MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。洗手一般来说，吃饭它们都是由特定领域的专家开发的，吃饭用户可以直接使用工具箱学习、BEEF应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。洗手目前，吃饭MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，吃饭诸如数据采集、BEEF数据库接口、BEEF概率统计、BEEF样条拟合、BEEF优化算法、BEEF偏微分方程求解、BEEF神经网络、BEEF小波分析、BEEF信号处理、BEEF图像处理、BEEF系统辨识、BEEF控制系统设计、BEEFLMI控制、BEEF鲁棒控制、BEEF模型预测、BEEF模糊逻辑、BEEF金融分析、BEEF地图工具、BEEF非线性控制设计、BEEF实时快速原型及半物理仿真、BEEF嵌入式系统开发、BEEF定点仿真、BEEFDSP与通讯、BEEF电力系统仿真等，吃饭都在工具箱（TOOLBOX）家族中有了自己的一席之地。洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手正文洗手一、BEEFMATLAB语言的简介洗手11MATLAB的发展历程洗手MATLAB是美国MATHWORKS公司的产品，吃饭基于MATLAB的时域响应分析2MATLAB的名字由MATRIX矩阵和LABORATORY实验室两个单词的3个字母组成，吃饭这也反映了MATLAB的基本功能。洗手1980年前后，吃饭时任美国NEWMEXICO大学计算机科学系主任的CLEVEMOLER教授为了减轻学生的编程负担，吃饭为学生设计了一组调用LINPACK基于特征值计算的软件包和EISPACK（线性代数软件包）库程序的“通俗易用”的接口，吃饭这就是用FORTRAN语言编写的萌芽状态的MATLAB。洗手早期的MATLAB只能进行谈判矩阵运算，吃饭功能简单，吃饭作为免费软件在大学里使用，吃饭深受大学生喜爱。洗手洗手1983春天，吃饭CLEVEMOLER到STANDFORD大学讲学，吃饭MATLAB深深的吸引了工程师JOHNLITTLE。洗手JOHNLITTLE敏锐的察觉到MATLAB在工程领域的广泛前景。洗手1984年，吃饭CLEVEMOLER和JOHNLITTLE成立了MATHWORKS公司，吃饭正式把MATLAB推向市场。洗手MATLAB的第一个商业化的版本是同年推出的30DOS版本。洗手之后，吃饭MATHWORKS公司继续进行MATLAB的研究和开发，吃饭逐步将其发展成为一个集数值处理、BEEF图形处理、BEEF图像处理、BEEF符号计算、BEEF文字处理、BEEF数学建模、BEEF实时控制、BEEF状态仿真和信号处理为一体的数学应用软件。洗手洗手1992年，吃饭MATHWORKS公司推出了40版本。洗手洗手1993年推出了MATLAB41版本。洗手4X版在继承和发展其原有的数值计算和图形可视能力的同时，吃饭出现了几个重要变化BEEF推出了SIMULINK，吃饭一个交互式操作的动态系统建模、BEEF仿真、BEEF分析集成环境；BEEF推出了符号计算工具包，吃饭一个以MAPLE为“引擎”的SYMBOLICMATHTOOLBOX10，吃饭此举结束了国际上数值计算和符号计算孰优孰劣的长期争论，吃饭促成了两种计算的互补发展新时代；BEEF构成了NOTEBOOK。洗手MATHWORKS公司瞄准应用范围最广的WORD，吃饭运用DDE和OLE，吃饭实现了MATLAB和WORD的无缝隙连接，吃饭从而为专业科技工作者创造了融科学计算、BEEF图形可视和文字处理于一体的高水准环境。洗手洗手1997年推出50版本，吃饭允许了更多的数据结构，吃饭如单元数据、BEEF多维矩阵、BEEF对象与类等，吃饭使其成为一种更方便编程的语言。洗手洗手2000年10月底推出了全新的MATLAB60正式版（RELEASE12）,在核心数值算法、BEEF界面设计、BEEF外部接口、BEEF应用桌面等诸多方面有了极大的改进。洗手现在的MATLAB支持各种操作系统，吃饭它可以运行在十几个操作平台上，吃饭其中比较常见的有基于WINDOW9X/NT、BEEFOS/2、BEEFMACINTOSH、BEEFSUN、BEEFUNIX、BEEFLINUX等平台的系统。洗手现在的MATLAB再也不是一个简单的矩阵实验室了，吃饭它已经演变成为一种具有广泛应用前景的全新的计算机高级编程语言了。洗手其功能也越来越强大，吃饭会不断根据科研需求提出新的解决方法。洗手洗手2004年6月，吃饭推出MATLAB70版本，吃饭同时更新了电力系统仿真工具箱（SIMPOWERSYSTEM）,与以前的版本有较大区别。洗手洗手2006年9月正式推出MATLABR2006B。洗手从这青岛滨海学院毕业设计3以后，吃饭MATHWORKS公司每年进行两次产品发布，吃饭时间分别在每年的3月和9月，吃饭而且，吃饭每一次发布都会包含产品模块，吃饭如产品的NEWFEATURE、BEEFBUGFIXEX和新产品模块的推出。洗手在R2006A中（MATLAB72,SIMULINK64）,主要更新了10个产品模块，吃饭增加了多达350个新特性，吃饭增加了对64位WINDOW的支持，吃饭并且新推出了NET工具箱。洗手对于新产品及新特性，吃饭可以在MATLAB命令窗口使用“WHATSNEW”命令查看。洗手洗手2007年3月1日推出MATLABR2007A版本，吃饭主要更新了多个产品模块，吃饭增加了多达350个新特性，吃饭增加了对64位WINDOWS的支持，吃饭并推出了NET工具箱。洗手MATLABR2007版本中，吃饭产品模块进行了一些调整，吃饭将MATLABBUILDERFORCOM的功能集成到MATLABBUILDERFORNET中，吃饭将FINACIALTIMESERIESTOOLBOX的功能集成到FINACIALTOOLBOX中了。洗手MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，吃饭并提供了大量的内置函数，吃饭从而被广泛的应用于科学计算、BEEF控制系统及信息处理等领域的分析、BEEF仿真和设计工作，吃饭而且利用MATLAB产品的开放式结构，吃饭可以非常容易地对MATLAB的功能进行扩充，吃饭从而在不断深化对问题认识的同时，吃饭不断完善MATLAB产品以提高产品自身的竞争能力。洗手洗手2008年3月1日推出MATLABR2008A版本。洗手R2008A版本对MATLAB和SIMULINK这两个产品大类增加了一些新特性，吃饭另外增加两个新的产品（CDASIMULATORLINKDS和EMBEDDEDIDELINKMU）,还对其他82个产品进行了更新和故障修正。洗手从R2008A版本开始，吃饭MATLAB和SIMULINK产品家族将需要激活，吃饭订阅MATHWORKS软件维护服务的客户可以下载产品更新。洗手R2008A版本也增加了“许可证中心”，吃饭这是一个为了满足普通的许可证管理所需的在线工具。洗手在新版本的MATLAB中增加了优异的面相对象编程支持，吃饭这包括对类、BEEF对象、BEEF继承、BEEF方法、BEEF属性、BEEF事件和封装的完全支持。洗手在优化工具箱中，吃饭增加了针对大规模优化问题的内点算法求解器和并计算支持。洗手在金融工具箱中，吃饭增加了针对均值方差模型下的投资组合优化问题求解的线性互补程序（LCP）。洗手并行计算工具箱增加了对PBS和PROTORQUE调度程序的完全支持。洗手在统计工具箱，吃饭增加了交叉验证、BEEF特征选择、BEEF拟随机数和偏最小乘法。洗手洗手12MATLAB的主要功能及其应用洗手MATLAB发展至今，吃饭已经不仅仅是单纯矩阵运算的数学处理软件，吃饭其开放式的结构吸引了许多优秀的人才编写M函数和工具箱，吃饭目前已经渗透到了工程计算和设计的各个领域。洗手其中与控制系统设计与仿真相关的功能及应用大致以下各项BEEF洗手（1）数值计算及分析洗手向量、BEEF矩阵的运算分析洗手复数运算及分析洗手微分方程的求解洗手基于MATLAB的时域响应分析4稀疏矩阵的运算洗手特殊函数的计算机分析洗手快速傅立叶变换及信号处理矩阵计算洗手数据分析及系统计算洗手（2）程序语言及算法实现洗手程序流程控制语句洗手C语言产生器洗手文件管理及二进制输入输出洗手（3）MATLAB绘图功能洗手二维图形绘制洗手特殊坐标图形绘制及修改洗手三维坐标图形绘制洗手（4）MATLAB与高级语言接口洗手MATLAB与C语言接口及库函数洗手MATLAB与C语言接口及库函数洗手MATLAB编译器洗手（5）SIMULINK建模与仿真洗手SIMULINK加速器洗手实时工作空间（REALTIMEWORK）洗手非线性控制系统设计洗手13SIMULINK与控制系统洗手SIMULINK自1992年问世以来，吃饭就很快在控制界有了广泛的应用。洗手它的前身是1990年MATHWORKS公司为MATLAB提供的控制系统模型图形输入和仿真工具SIMUAB。洗手洗手概括的说，吃饭SIMULINK是一个可视化动态系统仿真环境。洗手一方面，吃饭它是MATLAB的扩展，吃饭保留了所有MATLAB的函数和特性BEEF另一方面，吃饭它又有可视化仿真和编程的特点。洗手洗手自从SIMULINK问世以来，吃饭很大一部分控制系统的设计和仿真问题都是在SIMULINK环境下完成的。洗手在SIMULINK环境下分析和设计控制器，吃饭甚至不需要编制任何程序就可以得到希望的参数。洗手并且，吃饭SIMULINK秉承了MATLAB的优点，吃饭所有仿真结果都可以通过图形来显示。洗手洗手青岛滨海学院毕业设计5二、BEEF控制系统的时域分析洗手时域分析是指控制系统在一定的条件下，吃饭根据输出量的时域表达式，吃饭分析系统的稳定性、BEEF瞬态和稳态性能。洗手在时域内对控制系统进行分析，吃饭应该首先求取系统在典型输入信号下的时间响应，吃饭然后直接从系统的时间响应分析其稳态性能及动态性能。洗手由于时域分析是直接在时间域中对系统进行分析的方法，吃饭所以时域分析具有直观和准确的优点。洗手系统输出量的时域表达式可由微分方程得到，吃饭也可由传递函数得到。洗手在初值为零时，吃饭一般都利用传递函数进行研究，吃饭用传递函数间接的评价系统的性能指标。洗手具体是根据闭环系统传递函数的极点和零点来分析系统的性能，吃饭此时也称为复频域分析。洗手洗手三、BEEF仿真实例及结果分析洗手某系统的开环传递函数为BEEF洗手洗手38401420234SSSGK试求其闭环传递函数，吃饭并绘制输出量阶跃响应曲线和脉冲响应曲线。洗手选择函数的状态变量将其转化为状态方程模型，吃饭并绘制状态变量的阶跃响应曲线和脉冲曲线。洗手程序如下BEEF洗手CLC洗手CLOSEALLBEEF洗手CLEARBEEF洗手洗手系统开环传递函数初始化洗手NUMO0000200BEEF洗手DENO120140400384BEEF洗手洗手求解系统的闭环传递函数洗手NUMCNUMOBEEF洗手NLENGTHDENOBEEF洗手DENCZEROS1,NBEEF洗手DENCNUMODENOBEEF洗手洗手结果显示洗手DISPSYSTEMCLOSEDLOOPTRANSFER基于MATLAB的时域响应分析6FUNCTIONIS洗手NUMC洗手DENC洗手洗手系统仿真数据初始化洗手T00053BEEF洗手系统输出量的阶跃响应洗手YSTEPNUMC,DENC,TBEEF洗手系统输出量的脉冲响应洗手YYIMPULSENUMC,DENC,TBEEF洗手输出量阶跃响应曲线绘制洗手FIGURE洗手PLOTT,YBEEF洗手TITLESYSTEMSTEPRESPONSEBEEF洗手XLABELTIMESECBEEF洗手YLABELRESPONSEVALUEBEEF洗手GRIDBEEF洗手洗手输出量脉冲响应曲线绘制洗手FIGURE洗手PLOTT,YYBEEF洗手TITLESYSTEMIMPULSERESPONSEBEEF洗手XLABELTIMESECBEEF洗手YLABELRESPONSEVALUEBEEF洗手GRIDBEEF洗手洗手求解系统的状态方程模型洗手A,B,C,DTF2SSNUMC,DENCBEEF洗手状态方程模型结果显示洗手DISPSYSTEMSTATESPACEMODELISBEEF洗手A洗手青岛滨海学院毕业设计7B洗手C洗手D洗手洗手系统状态变量的阶跃响应洗手YS,XSTEPA,B,C,D,1,TBEEF洗手系统状态变量的脉冲响应洗手YYS,XXIMPULSEA,B,C,D,1,TBEEF洗手状态变量阶跃响应曲线绘制洗手FIGURE洗手PLOTT,X,1,T,X,2,T,X,3,T,X,4,洗手TITLESYSTEMSTATEVARIABLESSTEPRESPONSEBEEF洗手XLABELTIMESECBEEF洗手YLABELRESPONSEVALUEBEEF洗手GRIDBEEF洗手洗手FIGURE洗手状态变量脉冲响应曲线绘制洗手PLOTT,XX,1,T,XX,2,T,XX,3,T,XX,4,洗手TITLESYSTEMSTATEVARIABLESIMPULSERESPONSEBEEF洗手XLABELTIMESECBEEF洗手YLABELRESPONSEVALUEBEEF洗手GRIDBEEF洗手程序运行结果如下BEEF洗手SYSTEMCLOSEDLOOPTRANSFERFUNCTIONIS洗手NUMC洗手0000200洗手DENC洗手120140400584洗手SYSTEMSTATESPACEMODELIS洗手A洗手基于MATLAB的时域响应分析820140400584洗手1000洗手0100洗手0010洗手B洗手1洗手0洗手0洗手0洗手C洗手000200洗手D洗手0洗手系统输出量的阶跃响应如图1所示，吃饭其横坐标为时间，吃饭纵坐标为系统输出量阶跃响应值。洗手洗手0051152253000501015020250303504SYSTEMSTEPRESPONSETIMESECRESPONSEVALUE洗手图1系统输出量的阶跃响应洗手系统输出量的脉冲响应如图2所示，吃饭其横坐标为时间，吃饭纵坐标为系统输出量脉冲响应值。洗手洗手青岛滨海学院毕业设计90051152253005000501015020250303504045SYSTEMIMPULSERESPONSETIMESECRESPONSEVALUE洗手图2系统输出量的脉冲响应曲线洗手系统状态变量阶跃响应曲线如图3所示，吃饭其横坐标为时间，吃饭纵坐标为系统状态变量阶跃响应值。洗手洗手00511522530020010001002003004SYSTEMSTATEVARIABLESSTEPRESPONSETIMESECRESPONSEVALUE洗手图3系统状态变量的阶跃响应曲线洗手基于MATLAB的时域响应分析10系统状态变量的脉冲响应曲线如图4，吃饭其横坐标为时间，吃饭纵坐标为系统的状态变量脉冲响应值。洗手洗手0051152253040302010010203SYSTEMSTATEVARIABLESIMPULSERESPONSETIMESECRESPONSEVALUE洗手图4系统状态变量的脉冲响应曲线洗手程序分别调用了两种不同格式的STEP函数和IMPULSE函数，吃饭并且根据不同的系统描述模型绘制了输出量和状态变量的阶跃响应和脉冲响应。洗手一般说来，吃饭在控制系统仿真和设计的时域分析有两种响应曲线就足够了，吃饭系统的主要参数及其变化规律在这两种响应曲线中都有反映。洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手青岛滨海学院毕业设计11结论洗手MATLAB将高性能得科学计算、BEEF结果可视化和编程集中在一个易于操作的环境中，吃饭并提供了大量的内置函数，吃饭具有强大的矩阵计算和绘图功能，吃饭适合于科学计算、BEEF控制系统、BEEF信息处理等领域的分析、BEEF仿真和设计工作。洗手其具有的大的二维、BEEF三维绘图功能，吃饭可以在程序运行过程中方便、BEEF迅速地用图形直接表现计算结果，吃饭还可以绘制线图、BEEF饼图、BEEF散点图、BEEF直方图、BEEF曲面图、BEEF玫瑰图等，吃饭而且可以对图形的不同颜色、BEEF线性、BEEF视角等进行调整。洗手洗手MATLAB应用于控制系统的分析与设计中时，吃饭首先要建立系统的数学模型，吃饭只有建立了数学模型以后才能对系统进行相应的分析。洗手数学模型是指描述系统在运动过程中各变量之间相互关系的数学表达式。洗手在经典控制理论中，吃饭采用输入输出的描述方法，吃饭常用的数学模型有微分方程、BEEF传递函数和动态结构图。洗手在确定系统的数学模型后，吃饭便可以用几种不同的方法去分