内容发布更新时间 : 2024/5/18 7:37:25星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

仅供个人参考

实验一 MATLAB 在控制系统模型建立与仿真中的应用

一、 MATLAB 基本操作与使用

1. 实验目的

1) 熟悉 MATLAB工作环境平台及其各个窗口，掌握MATLAB 语言的基本规定，MATLAB图形绘制功能、M 文件程序设计。

For personal use only in study and research; not for commercial use

2) 学习使用MATLAB控制系统工具箱中线性控制系统传递函数模型的相关函数。 2. 实验仪器

PC计算机一台，MATLAB软件1套 3. 实验内容

1) MATLAB工作环境平台

图1 在英文Windows 平台上的MATLAB6.5 MATLAB工作平台

① 命令窗口（Command Window）

命令窗口是对 MATLAB 进行操作的主要载体，默认的情况下，启动MATLAB 时就会打开命令窗口，显示形式如图 1 所示。一般来说，MATLAB的所有函数和命令都可以在命令窗口中执行。掌握 MALAB 命令行操作是走入 MATLAB 世界的第一步。命令行操作实现了对程序设计而言简单而又重要的人机交互，通过对命令行操作，避免了编程序的麻烦，体现了 MATLAB 所特有的灵活性。

在运行MATLAB后，当命令窗口为活动窗口时，将出现一个光标，光标的左侧还出现提示符“>>”，表示MATLAB正在等待执行命令。注意：每个命令行键入完后，都必须按回车键！

当需要处理相当繁琐的计算时，可能在一行之内无法写完表达式，可以换行表示，此时需要使用续行符“…”否则 MATLAB 将只计算一行的值，而不理会该行是否已输入完毕。

使用续行符之后 MATLAB 会自动将前一行保留而不加以计算，并与下一行衔接，等待完整输入后再计算整个输入的结果。

在 MATLAB 命令行操作中，有一些键盘按键可以提供特殊而方便的编辑操作。比如：“↑”可用于调出前一个命令行，“↓”可调出后一个命令行，避免了重新输入的麻烦。当然下面即将讲到的历史窗口也具有此功能。 不得用于商业用途

Command Window

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② 历史窗口（Command History）

历史命令窗口是 MATLAB6 新增添的一个用户界面窗口，默认设置下历史命令窗口会保留自安装时起所有命令的历史记录，并标明使用时间，以方便使用者的查询。而且双击某一行命令，即在命令窗口中执行该命令。

③ 当前目录窗口（Current Directory） 在当前目录窗口中可显示或改变当前目录，还可以显示当前目录下的文件，包括文件名、文件类型、最后修改时间以及该文件的说明信息等并提供搜索功能。

④ 工作空间管理窗口（Workspace）

工作空间管理窗口是 MATLAB 的重要组成部分。在工作空间管理窗口中将显示所有目前保存在内存中的 MATLAB 变量的变量名、数据结构、字节数以及类型，而不同的变量类型分别对应不同的变量名图标。

2) MATLAB 的基本规定

（1） 数值的表示

MATLAB 的数值采用十进制，可以带小数点或负号。以下表示都合法。0， -100， 0.008， 12.752，1.8e-6 ，8.2e52

（2） 变量命名规定

① 变量名、函数名：字母大小写表示不同的变量名。如A 和a 表示不同的变量名；sin 是MATLAB 定义的正弦函数，而Sin，SIN 等都不是。

② 变量名的第一个字母必须是英文字母，不能是数字，最多可包含31 个字符（英文、数字和下连字符）。如A21 是合法的变量名，而3A21 是不合法的变量名。

③ 变量名中不得包含空格、标点，但可以有下连字符。如变量名A _b21 是合法变量名，而A，21 是不合法的。

（3） 基本运算符

表1 MATLAB 表达式的基本运算符

加 减 乘 除 幂 点乘 数学表达式 a + b a－b a×b a÷b ab 两矩阵元素相乘 MATLAB 运算符 + － * /或\\ ^ .* MATLAB 表达式 a + b a－b a*b a/b或a\\b a^b a.*b

（4） MATLAB 默认的预定义变量

在MATLAB 中有一些预定义变量（predefined variable）。每当MATLAB 启动，这些变量就被产生。用户在定义变量时，尽量避开表2 所列预定义变量名，以免产生混淆。

表2 MATLAB 的预定义变量

预定义变量 ans eps flops Inf 或inf 含义 计算结果的缺省变量名 机器零阈值 浮点运算次数 无穷大，如1/0 预定义变量 NaN或nan nargin nargout realmax 含义 未定式，如0/0 函数输入宗量数目 函数输出宗量数目 最大正实数 不得用于商业用途

仅供个人参考

i 或j pi realmin 最小正实数 虚单元i = j =?1 圆周率π 对《自动控制理论》书p409－410中简单数学运算的例子，请在MATLAB 命令窗口中对这些运算进行验证。

（5） MATLAB 的矩阵运算 （课本P410－411） 矩阵的输入和矩阵的运算

对课本p410－411中矩阵运算的例子，请在MATLAB 命令窗口中对这些运算进行验证。

3） MATLAB 图形绘制 在二维曲线绘制中，最基本的指令是plot（ ）函数。如果用户将x 和y 两组数据分别在向量x 和y 中存储，且它们的长度相同，调用该函数的格式为：

plot（x，y）

这时将在一个图形窗口上绘出所需要的二维图形。在MATLAB 命令窗口提示符“>>”下键入 help plot ,可得到plot（ ）函数的相关内容，如曲线颜色和线型的改变。 任务一：在MATLAB 命令窗口提示符“>>”下，完成下述任务：

任务（1）绘制一个周期内的正弦曲线。先产生自变量t 时间向量，由给出的自变量时间向量求取其正弦函数值向量，然后调用plot（ ）函数绘制曲线。

程序：>> N=pi/32;

>> t=0:N:2*pi; >> y=sin(t); >> subplot(221); >> plot(t,y,'b'); >> grid

任务（2） 在一个绘图窗口上同时绘制多条曲线。参考课本p411－412，写成命令，完成上述任务（1）和任务（2）。

>> N=pi/32; >> t=0:N:4*pi; >> y0=exp(t/4);

>> y1=exp(t/4).*sin(3*t); >> subplot(211);

>> plot(t,y0,'--r',t,-y0,'--r',t,y1,'b'); >> grid

不得用于商业用途