控制系统仿真2012第二章.ppt

1、控制系统仿真,张丽浙江科技学院电气学院,全面介绍MATLAB语言的编程方法和技巧。,2 MATLAB语言基础,MATLAB的变量类型与基本表达式 变量名由字母引导，后接字母、数字、 下 划线等 变量名区分大小写 有效字符数为63个字符,例：myvarible12，Myvarible12，my_varible12, you12,2 MATLAB语言基础,MATLAB的赋值语句格式： 直接赋值法 增量赋值法,例：,赋值变量赋值表达式,name_1=4 A=3*16+10-27/3.4 A=3*16+10-27/3.4;,2 MATLAB语言基础,MATLAB的赋值语句格式： 直接赋值法 增量赋值法

2、,例：,赋值变量赋值表达式,r =1:99; A=1:0.5:2;,2 MATLAB语言基础,MATLAB的函数调用语句格式： 函数调用语句,例：,返回变量列表函数名(输入变量列表）,r =1:99; answer1mean(r);,answer1=50,2 MATLAB语言基础,MATLAB的赋值语句格式： 函数调用语句,例：,返回变量列表函数名(输入变量列表）,Function y=avg(x) %This is a M function file m=length(x）； y=sum(x)/m; 存盘：avg.m,2 MATLAB语言基础,内部常数与变量,MATLAB中的矩阵 基本变量单

3、元矩阵 矩阵的建立方法,直接输入法 A=1 2 3;4 5 6;7 8 9;,B=1,2,3,4;,C=1;2;3;4;,2 MATLAB语言基础,MATLAB中的矩阵 基本变量单元矩阵 矩阵的建立方法,由MATLAB函数构建,zeros, ones, rand, eye,函数,zeros（3，2） eye（4）,2 MATLAB语言基础,例：A=1 2 3;2 3 4;3 4 5; A=A;1 3 5 B=1:0.5:3 C=2:5,Answer ：A=1 2 3 2 3 4 3 4 5 1 3 5 B=1 1.5 2 2.5 3 C=2 3 4 5,2 MATLAB语言基础,MATLAB中

4、的矩阵 复数矩阵的建立 ,2 MATLAB语言基础,矩阵函数与矩阵运算,矩阵的代数运算 实数矩阵转置 ,矩阵函数与矩阵运算,矩阵的代数运算 复数矩阵转置,B=transpose(A),常规转置:,Hermit转置:,B=ctranspose(A) 或者,矩阵函数与矩阵运算,矩阵的代数运算 加减法运算,加法运算:A+B 或者 plus(A,B) 减法运算:A-B 或者minus(A,B),C=plus(A,B) D=minus(A,B),矩阵函数与矩阵运算,矩阵的代数运算 矩阵乘法 数组乘法,矩阵乘法:A*B 或者mtimes(A,B) 数组乘法:A.*B 或者times(A,B),E=mtim

5、es(A,B) F=times(A,B),矩阵函数与矩阵运算,矩阵的代数运算 矩阵左除 矩阵右除,矩阵左除:AB 或者mldivide(A,B) 矩阵右除:B/A 或者mrdivide(A,B),G=mldivide(A,B) H=mrdivide(B,A),矩阵函数与矩阵运算,矩阵的代数运算 矩阵翻转,左右翻转 : fliplr(A) 上下翻转 : flipud(A) 逆时针转90度: rot90(A),B=fliplr(A) C=flipud(A) D=rot90(A),矩阵函数与矩阵运算,矩阵的代数运算 乘方运算,C=mpower(A,k) D=power(A,B),矩阵乘方 : 或者m

6、power(A,k) 数组乘方 : 或者 power(A,B),矩阵函数与矩阵运算,矩阵的代数运算 求逆运算,B=inv(A),矩阵求逆 : inv(A),矩阵函数与矩阵运算,矩阵的逻辑运算 与运算 或运算 非运算 异或运算,C=and(A,B) D=or(A,B) E=not(A) F=xor(A,B),and(A,B) 或者 A All函数, Any函数,矩阵函数与矩阵运算,MATLAB提供的特殊函数 find函数, 查询满足某种关系的数组下标,D=find(C= =1),矩阵函数与矩阵运算,MATLAB提供的特殊函数 find函数, 查询满足某种关系的数组下标,I,J=find(C= =

7、1),矩阵函数与矩阵运算,MATLAB提供的特殊函数 all函数, 某列中,所有元素均非零时,返回1,E=all(C= =1),矩阵函数与矩阵运算,MATLAB提供的特殊函数 any函数, 某列中,有非零元素时,返回1,F=any(C= =1),矩阵函数与矩阵运算,矩阵元素的数据变换 floor(A), 将A中元素按一方向取整,即取不足整数; ceil(A),将A中元素按+方向取整,即取过剩整数; round(A),将A中元素按最近的整数取整,即四舍五入; fix(A),将A中元素按离零近的方向取整.,A=-2.5+5*rand(3),矩阵函数与矩阵运算,矩阵元素的数据变换,B=floor(A

8、) C=ceil(A) D=round(A) E=fix(A),数组函数与数组运算,Matrix和Array两种类型的数据 数组运算称为“ 点运算”,矩阵和数组的差别 外观和数据结构上看,二者没有区别,但有概念上的区别. 从运算角度看,二者有显著不同.矩阵运算是从矩阵的整体出发,按照线性代数的运算规则进行;而数组运算是从数组的单个元素出发,针对每个元素进行的运算. MATLAB中,针对矩阵和数组运算的算术运算符也不同.,数组函数与数组运算,数组的加,减,乘,除和乘方,矩阵运算和数组运算对照表,数组函数 MATLAB基本的运算函数,数组函数 MATLAB基本的运算函数,数组函数 MATLAB基本

9、的运算函数,数组函数 MATLAB基本的运算函数,MATLAB程序结构,循环语句 forend结构 whileend结构,for循环语句调用格式：,for 变量表达式 循环体语句段 end,用于循环次数可以确定的情况， 根据循环的次数确定程序的执行走向。,多用于循环次数不能确定的情况,MATLAB程序结构, mysum=0; for i=1:1:100 mysum=mysum+i; end mysum,例3-11：如果用户想由MATLAB求出 的值,可做下列循环:, sum (1:100),MATLAB程序结构, mysum=0; i=1; while mysum=10000 mysum=my

10、sum+i; i=i+1; end i , mysum,例3-13：如果用户想由MATLAB求出 的最小m值., ans=142 10011,MATLAB程序结构,条件转移结构 if 结构 ifelse结构或者ifelseifelse结构,if 条件转移语句调用格式：,if 逻辑变量 条件块语句组 end,MATLAB程序结构,例3-14：如果用户想由MATLAB求出 的最小m值., mysum=0; for m=1:1000 if (mysum10000) break; end mysum=mysum+m ; end,MATLAB程序结构,条件转移结构 if 结构 ifelse结构或者ife

11、lseifelse结构,if 条件转移语句调用格式：,if 条件式 条件式语句组1 else 条件式语句组2 end,MATLAB程序结构,if 条件转移语句调用格式：,if 条件式1 条件式语句组1 elseif 条件式2 条件式语句组2 else 条件块语句组n+1 end,条件2,条件n,MATLAB程序结构,练习: 求取面积小于100，半径为整数的圆面积，放到S中，并将半径小于10中的面积大于100的一个最小圆面积存入Q数组中。, for r =1:10 area=pi*r*r; if area100 Q(r ) =area; break; end S(r )=area; end,MA

12、TLAB程序结构,开关结构 switch 语句,switch语句调用格式：,switch 开关表达式 case 表达式1 语句段1 case 表达式2,表达式3,表达式m) 语句段2 otherwise 语句段n end,MATLAB程序结构,开关结构,开关表达式,MATLAB程序结构,试探性语句结构,调用格式：,try 语句段1 catch 语句段2 end,MATLAB提供两种源程序文件 M脚本文件 -适用于用户所需要立即得到结果的小规模运算 M函数文件,MATLAB语言的M文件,M脚本文件,脚本文件是一系列的MATLAB语句组成，它类似 于DOS下的批处理文件，在MATLAB的提示符下

13、直接键入文本文件名，便可自动执行文件中的一 系列命令，直至给出最终结果。 文本文件在工作空间中运算的变量为全局变量。,MATLAB语言的M文件,例1-1 求函数 在 x= -4 时的值。,%myfile.m %This is an M-file for calculates sqrtx+x.3 x1=abs(x) x2=sqrt(x1)+x.3 y=x2 其中右边为说明语句，不被MATLAB所执行，它可以在命令窗口中用help myfile命令来查看了解该m文件的功能。,例1-1 求函数 在 x= -4 时的值。,当以上文本文件myfile.m建立后，在MATLAB 命令窗口中输入命令 x=-

14、4;myfile,x1=4 x2=-62 y=-62 这里执行的中间变量x1,x2都被保存下来，这与下面的函数文件是不同的。,M函数文件,MATLAB语言的M文件,函数文件的功能是建立一个函数， 且这个函数可以同MATLAB的库 函数一样使用，它与脚本文件不同， 在一般情况下不能单独键入函数文 件的文件名来运行一个函数文件， 它必须由其它语句来调用,M函数文件的基本结构,function 引导,function 返回变量列表=函数名(输入变量列表) 注释说明语句段,由%引导 输入和返回变量格式的检测 函数体语句,MATLAB语言的M文件,例1-2 求函数在x1= -2, x2= 3, x3=

15、1时的值,函数文件func.m的内容为: function y1, y2=func(x1,x2,x3) %This is an example function. z1=3* x1.2; z2=(x2+ x3); y1=z1+z2; y2=z1-z2;,当以上函数文件myfunc.m建立后，在MATLAB命令窗口中输入以下命令 a1=-2;a2=3;a3=1; b1,b2=func(a1,a2,a3) 则显示结果为,b1=16 b2=8,例1-2 求函数在x1= -2, x2= 3, x3= 1时的值,例3-16：MATLAB函数是可以递归调用的，亦即在函数的内部可以调用函数自身。考虑求阶乘

16、的例子： 由阶乘定义可见 ，这样， 的阶乘可以由 的阶乘求出，而 的阶乘可以由 的阶乘求出，依次类推，直到计算到已知的 从而能建立起递归调用的关系。,MATLAB语言的M文件,二维图形绘制方法 基本二维图形绘制语句plot（）函数,MATLAB语言下多维图形绘制方法,调用格式 Plot（x，y）,例：如果用户想绘制出一个周期内的正弦曲线，则首先应该产生自变量t向量，然后由给出的自变量向量求取其正弦函数，最后调用plot（）函数把曲线绘制出来。这个过程的MATLAB语言命令如下：,二维图形绘制方法 基本二维图形绘制语句plot（）函数,MATLAB语言下多维图形绘制方法,调用格式 Plot（x，

17、y）, ,二维图形绘制方法 基本二维图形绘制语句plot（）函数,MATLAB语言下多维图形绘制方法,调用格式 Plot（x，y）,在一个绘制窗口同时绘制多条曲线, ,MATLAB语言下多维图形绘制方法,该函数绘制出来的曲线坐标轴两边均有标注,调用格式,二维图形绘制方法 基本二维图形绘制语句 函数, ,MATLAB绘图命令的各种选项,MATLAB语言下多维图形绘制方法,二维图形绘制方法 带有其他选项的绘制函数,调用格式,MATLAB语言下多维图形绘制方法,二维图形绘制方法 带有其他选项的绘制函数,调用格式,MATLAB图形的标注与编辑,二维曲线的标注方法 图形修饰函数,调用格式,MATLAB图

18、形的标注与编辑,例：,MATLAB图形的标注与编辑,在MATLAB图形上添加文字标注 用TEX格式描述文字显示,例：,MATLAB图形的标注与编辑,在MATLAB图形上添加文字标注 用TEX格式描述文字显示,例：用户可以用gtext（）函数在图形窗口上加入下面的字符串，并观 察修饰效果，从而进一步体会TEX格式的数学描述方法。,MATLAB图形的标注与编辑,在MATLAB图形上添加文字标注 用TEX格式描述文字显示,例：用户可以用gtext（）函数在图形窗口上加入下面的字符串，并观 察修饰效果，从而进一步体会TEX格式的数学描述方法。,特殊曲线及图形的绘制方法,特殊图形绘制函数及举例,特殊曲线

19、及图形的绘制方法,特殊图形绘制函数及举例,可以用subplot( )函数将整个图形窗口分割成22个子图形部分，然后每个部分用不同的语句绘制出不同曲线。如果给出下面的命令，则可以得出如图所示的曲线。,特殊曲线及图形的绘制方法,特殊曲线及图形的绘制方法,例：绘制隐函数 的图形。,给定函数的曲线绘制 隐函数绘制函数,特殊曲线及图形的绘制方法,给定函数的曲线绘制 隐函数绘制函数,例：绘制隐函数 在 的部分图形。,三维图形的绘制方法,三维曲线的绘制方法 三维曲线绘制函数,调用格式：,此函数可以定义曲线的线型、颜色等信息。,三维图形的绘制方法,三维曲线的绘制方法 三维曲线绘制函数,例：假设有一个时间向量 t ，对该向量进行下列运算则可以构成三个坐标的值向量 用绿色的粗实线绘制此图形。,三维图形的绘制方法,三维曲线的绘制方法 三维曲线绘制函数,三维图形的绘制方法,三维曲面的绘制方法 三维曲面绘制函数,调用格式：,x 和 y 分别为构成该曲面的x 和 y 向量或矩阵；z 为高度矩阵； c为颜色矩阵，表示在不同的高度下的颜色范围。如果省略c 选 项，则 MATLAB会自动假定cz。,三维图形的绘制方法,三维曲面的绘制方法 三维曲面绘制函数,例：考