MATLAB与Simulink基础.ppt

控制系统数字仿真与CAD MATLAB与SIMULINK基础,主要内容,流程控制,MATLAB运用与简单运算,控制工具箱,MATLAB绘图,数据处理,SIMULINK基础,MATLAB运用与简单运算,20世纪80年代，John Little与Clever Moler 建立Math Works公司,在MATLAB基础上加入了SIMULINK等丰富实用的工具箱,20世纪70年代，Clever Moler等编写了MATLAB（MATrix LABoratory）,MATLAB是MATrix LABoratory(矩阵实验室)的缩写,美国Math Works公司的软件产品，是一个高级的数值分析、处理与计算软件；SIMULINK是基于模型化图形组态的动态系统仿真软件，是MATLAB的一个工具箱,MATLAB运用与简单运算,简单数学运算：,购买80个单位为0.89元的电阻，16个单位为12.2元的运放，25个单价1.82元的电容，共需多少钱,例子, 80*0.89+16*12.2+25*1.82 ans=331.900,或者,res= 80*0.89+16*12.2+25*1.82 res=331.900,MATLAB数据类型,数据类型：数字、字符串、矩阵、单元型数据及结构型数据等。 1、变量与常量 在MATLAB语言中变量的命名应遵循如下规则： 变量名区分大小写；变量名长度不超过31位，第31个字符之后的字符将被MATLAB语言所忽略；变量名以字母开头，可以有字母、数字、下划线组成，但不能使用标点。 MATLAB语言本身也具有一些预定义的变量，这些特殊的变量称为常量。定义变量时因避免与常量重复，以防改变这些常量的值，如果已改变了某外常量的值，可以通过“clear+常量名”命令恢复该常量的初始设定值（当然也可通过重新启动MATLAB系统实现）,MATLAB运用与简单运算,2、变量与数值显示格式：,数字变量运算,对于简单的数字运算可以直接在命令窗口中一平常惯用的形式输入：如1+2*3 ans = 7 这里“ans”是指当前的计算结果,若计算时用户没有对表达式设定变量,系统就自动赋当前结果给“ans”变量，也可以把计算结果赋给指定的变量。,数值显示常用格式,MATLAB语言中数值有多种显示形式，在默认情况下，若数据为整数，则以整数表示；若数据为实数，则以保留小数点后4位的精度近似表示，常用有：Long(16位)、bank(2个十进制位)、short(默认)、short e(5位加指数)、long e(16位加指数),MATLAB运用与简单运算,帮助功能：,1.脚本文件M-文件 将部分程序或运算写成M-文件使得数据处理方便快捷 2.在线帮助 灵活的使用help、lookfor、find的帮助命令能给MATLAB使用带来很大帮助。 3. 超文本帮助 4. MATLAB的pdf说明书,MATLAB运用与简单运算,矩阵运算：,1.键盘输入,2.语句生成,3.从文件中读取,简单矩阵输入：,注意行、列的生成 例如：a=1;b=2;c=3 x=5 b c;a*b a+c c/b X= 5.0000 2.0000 3.000 2.0000 4.0000 1.5000,from:step:to 分别表示开始值、步长、结束值。还有 linespace、logspace例如a=1:2:10 a= 3 5 7 9 a=linspace(1,10,5)表示开始值、结束值、数据个数。,MATLAB运用与简单运算,矩阵运算：,转置,矩阵运算：,a=1 2 ; 3 4 ; b=a b=1 3 2 4,乘方, a=1 2 ; 3 4 ; a2= 10 15 22表示矩阵乘方, a=1 2 ; 3 4 ; a.2= 表示元素对元素的乘方 1 4 9 16,MATLAB运用与简单运算,矩阵运算：,关系运算,矩阵运算：,逻辑运算,关系操作符、 =、=、！=。 a=1:9; b=a4 b = 0 0 0 0 1 1 1 1 1 c=a(a4) c = 5 6 7 8 9,逻辑操作符有&、。 c=(a4)&(a7) c = 0 0 0 0 1 1 0 0 0,MATLAB运用与简单运算,矩阵操作：,下标操作,a=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 a(2:3,3:4) ans = 7 8 11 12,主要内容,流程控制,MATLAB运用与简单运算,控制工具箱,MATLAB绘图,数据处理,SIMULINK基础,MATLAB绘图,绘图：,二维图形,x=0:0.01:pi*3; y=sin(x); plot(x,y) title(First Figure Example) xlabel(Time(s) ylabel(Value(v) grid on gtext(sinx) legend(sinx),MATLAB绘图,绘图：,三维图形,x=-4:0.1:4; y=x; x,y=meshgrid(x,y); z = 3*(1-x).2.*exp(-(x.2) - (y+1).2) . - 10*(x/5 - x.3 - y.5).*exp(-x.2-y.2) . - 1/3*exp(-(x+1).2 - y.2); mesh(x,y,z),主要内容,流程控制,MATLAB运用与简单运算,控制工具箱,MATLAB绘图,数据处理,SIMULINK基础,数据处理,矩阵分解：,特征值分解,三角分解,奇异分解,v，d=eig(a,b),v，d=eig(a),l， u， p=lu(a),u,s,v=svd(a),数据处理,多项式处理：,多项式表示,p=1 -12 0 25 116 p = 1 -12 0 25 116 r=roots(p) r = 11.74728287082272 2.70282074384101 -1.22505180733187 + 1.46720800872890i -1.22505180733187 - 1.46720800872890i pp=poly(r) pp = 1.0000 -12.0000 0 25.0000 116.0000,多项式运算,数据处理,多项式处理：,a=1 2 3;b=1 2; c=conv(a,b) %乘法 c = 1 4 7 6 q，r=deconv(c,b) %除法 q = %商多项式 1 2 3 r = %余数多项式 0 0 0 0,曲线拟合,数据处理,曲线拟合与插值：,x=0:0.1:1; y=-.447 1.978 3.28 6.16 7.08 7.34 7.66 9.56 9.48 9.30 11.2; p=polyfit(x,y,2); xi=0:0.01:1; yi=polyval(p,xi); plot(x,y,xi,yi),插值函数,t=interpl (x, y, x0, method),极小化,数据处理,数据分析：,fx=10*exp(-x)*cos(x); fplot(fx,2,5) xmin=fmin(fx,2,5) xmin = 2.35619746669214,求零点,xzero=fzero(fx,5) xzero = 4.71238898038469 xzero=fzero(fx,2) xzero = 1.57079632679490,t, x=ode23(xfun, t0, tf x0, tol, trace),数据处理,常微分方程数值解：,t, x=ode23(xfun, t0, tf x0, tol, trace),function yp=vdp(t,x) yp(1)=x(2); yp(2)=2*(1-x(1)2)*x(2)-x(1)； %令u=2 在命令行求解这个方程： t,x=ode45(vdp,0,20,1 ;1); plot(t,x(:,1),t,x(:,2); %画出x和dx/dt的时域波形,主要内容,流程控制,MATLAB运用与简单运算,控制工具箱,MATLAB绘图,数据处理,SIMULINK基础,流程控制,For循环,for x=array command end,while循环,for expression command end,If-else-end,if expression1 commands1 ifelse expression2 commands2 - else commands end,主要内容,流程控制,MATLAB运用与简单运算,控制工具箱,MATLAB绘图,数据处理,SIMULINK基础,控制工具箱,状态空间,系统建模：,传递函数,零极点,部分分式,num,den=ss2tf(a,b,c,d,iu),控制工具箱,模型转换和降阶：,z,p,k=ss2zp(a,b,c,d,iu),ad,bd=c2d(a,b,Ts),a,b,Ts=c2d (ad,bd),例3-1 绘制,的nyquist图和bode图。,解 MATLAB编程如下： num=10; den=1,1.2,10; w=logspace(-2,2,1000); nyquist(num,den,w) grid bode(num,den,w) grid,控制工具箱,主要内容,流程控制,MATLAB运用与简单运算,控制工具箱,MATLAB绘图,数据处理,SIMULINK基础,Simulink的操作,SIMULINK基础,数值仿真,SIMULINK基础,系统分析,SIMULINK基础,例3-2：已知某控制系统的动态结构图如下图所示，若,试利用MATLAB/Simulink工具分析,值与输入幅值对系统输出性能的影响。,plot (time, output) %绘制曲线 grid on %显示格栅线 xlabel (time/s) %标记横坐标轴 ylabel (output) %标记纵坐标轴 title(Simulation result) %加图名,系统分析,SIMULINK基础,系统分析,SIMULINK基础,(b) 不同的,a) =1时,图3-15 磁滞回环系统的阶跃响应,系统分析,SIMULINK基础,图3-16输入幅值改变后仿真结果,本章小结,MATLAB是基于矩阵的工具包，注意应用MATLAB时思路的 转换。 使用