南昌大学《MATLAB与控制系统仿真》实验报告

1、南昌大手实验报告实验课程：MATLAB与控制系统仿真姓名：学号：专业班级：2016年6月实验一MATLAB勺环境与基本运算（一）实验二MATLAB勺环境与基本运算（二）实验三MATLABg言的程序设计实验四MATLAB勺图形绘制实验五基于SIMULINK的系统仿真实验六控制系统的频域与时域分析实验七控制系统PID校正器设计法实验八线性方程组求解及函数求极值实验一MATLAB的环境与基本运算（一）一、实验目的1 .熟悉MATLAB发环境2 .掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算二、实验基本原理1 .熟悉MATLA跻境：MATLAB面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件和

2、搜索路径浏览器。2 .掌握MATLAEW用命令表1MATLAB常用命令clc清除命令窗口中内容clear清除工作空间中变量help对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明lookfor查找具后某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称变量与运算符3 .1变量命名规则4 .2MATLAB的各种常用运算符表2MATLAB算术运算符操作符功能说明操作符功能说明+加矩阵左除-减.数组左除*矩阵乘/矩阵右除.*数组乘./数组右除A矩阵乘方矩阵转置A数组乘方.数组转置表3MATLAB关系运算符操作符功能说明=等于=不等于大于=大于等于path(pathje:matlab)path3、学习使用help命令

3、。lieIph-rlpEELPDisplayHelptextinCoiwaridHELF,byitself,Listsallpcinaryhelptopics.E看uhprintarytopiccairrcjpcnd.3-toadirectorynameontheMAILAEPATILIffLFlisissldescription.ofo工operatorand.specialcliaract:eirs.JffiLPFUNdisplajrsadescriptionofaridsyrttaxforth曰,fvivctionFUN.WTi&nFUNisinmultipledirectorieson

4、tineMATLABpathHELPdisplaysinfoi:mationabc*utthefiratFUNfoundonthpath*HtLPPAlHfJAMh/bUNdisplaysKelptorthetunctidnLUfJznthePAIHMAIIEdirectoty-UsetHlssyn-tax1og曰七Helpor&verJ.oQdledfurLctionsaHELPMODELWAJE,MDLdisplaysth#completedescription-fortheMDL-f工工3MODELNAMEscdefinedanMcd#lProportDccription.IfSmulx

5、nlcisinstalledjyaudonotn#edtoythe.mdlext#nsion.HELPDTIxdisplays禽briefdeseriplicmcfeach-funet3-aTiinheIHATLA13d.1irecTcryDTK.DTRcantoewrelaTipari11alpathmsiimF(seeHELPPARTIATFATH5.Wh*nth丁月亏alzonfuncTioncalledTjTR.helpforbofhth*r!ir*cToryandth*furcTionar*provid*d4、窗口命令closecloseallLornmandWfihdow49*Nw

6、toMATI.AB71Vatchthisidpc.q萨f口，rncorGFttinpStrTeH.helprlosi*CLOSICisse-fieure.CXOSEthi#windowvitJfiMandi*H-CXOSEjby-li:seAjc1oses七h启eixrrein.tfzguxewxrLd.av.CLOSEKJn.amcJ)closesIhcnaancdwindowCLOSEALLclosesal1theopenf1gurewindows*CLOSEALLHIDDENclaseshiddenwindowswLl.SIAIUSCLOSE士.)retu.ETLS1ifthespeca

7、fxed*wxndowsurereclosedand0oth,ervise.clciielnclcCLC(Z工ear日由mnwndirindow,CLCclear七heconunondwindoiremdhomeothecutmo上.Seestsisohui.RferencJ)a*曰xnH&brawp-rdouSj1holdonholdoffhelpholdHOLDHold仁ux工ujtIgjrapluHOLDONholdsliecurrenlploand11axispropeartie3与4biatsiabsequerrt：craphdngaojimsdnaddtotheexisti.ngi

8、7aBph-HOLDOFFroturxitottuodefaultinoddwherebyPLOTeoiuiondsern口勺thioprcvxounplotsandresetallaxispcopor1:zosib&foredrawLitgnewplotHOLDjbyx1tsetogglesI,tiehoicLsi:iae_HOLD1d白白mnoT3王才1匚把aiMautatan.gingpirapar+t.&s.HOLDALLholdstheplotandthecurrentcolorandlinestylesothatubsecAuenlylottj_ilwillnotlesetthec

9、olor旬idLinestyle.HOLD(AX,.*)appliestheconunandtohcAxesobjectAlgorittunnotssHOLDONsetstJneBlextPloi:proper!yojt七heCTirxerttfigureandax:estoadd.HOLDOFF尹十m网尹耳fPl01pirappr+yo-F七打一匚uirjrwE：ps+0replac*.5、工作空间管理命令whohelpwhoListcurrentvariables.WHOlislstkmvariablesiri七h七currentvorlispac.Inanestedunclion,var

10、isbLesaregroupelintothesentkenestedfunctionandthoseineachofthecantaininjfuncticnshqlpclearCLEARClearvariablesandfunctionsfrontmemory,CLEARremovesallvariablesfromthevorkspace.CLEARVARIABLESdoesthesamething.CLEARGLOBALremovesallglobalvariables.CLEARFUlICIIOffSleniovesallcompiledM-andMEZ-funGticns.CLEA

11、RALLrenavesallvariabl&SjglobalSjfunctionsandJEXlinks-CLEARALLattkeconunandpromptalsoremovesth_eJavapackagesimportlist.3、程序如下：痴机生成一个2X6的矩阵a=rand(2,6)%旋90度a1=rot90(a)贴旋90度a2=rot90(flipud(fliplr(a)嘘ij建一个二维数组A(4X8)。查询数组A第2行、第3列的元素；查询数组A第2行的所有元素；%查询数组A第6列的所有元素；查询数组A按列拉长形成新的数组B;查询数组A5行拉长形成新的数组CA=12345678;

12、910111213141516;1718192021222324;2526272829303132;A1=A(2,3)A2=A(2,:)A3=A(:,6)B=A(:)B1=A;D=B1(:);C=D求高阶方程的的根，求高阶多项式的值。1245K=0.1091+156qL0-15654l-I.+0M9r?i-LJ&910辅算LECp*lyvU0六、实验总结通过第一次做实验，熟悉了一些的基本功能。掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算，让自己感觉到了MATLA助能的强大，因此我们必须学习使用这个软件，让它更好的为我们服务。实验二MATLAB的环境与基本运算（二）一、实验目的1 .熟悉MATLAB发环

13、境2 掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算二、实验基本原理的基本运算表1两种运算指令形式和实质内涵的异同表指令含义指令含义|A.非共轨转置A共就转置A=S把机电S赋给A的每个元素标辅与分别与B元素之和标辅s分别与B元素之差5*A标帚5分别与A元素之积s*A标辅s分别与A每个兀素之积q./B,Rk标量，分别被R的元素除R)R阵的逆乘4|A.AnA的每个元素自乘n次AAA阱为方阱,自乘n次|1ALp对A各元素分别求非整数某AAp方阵a的非潞教乘方对应元素相加A-B矩阱相加AB对应兀素相漉A-B矩阵相减A.*B对肉兀素相乘A*B内维相同矩阵相乘|A.BA的元素剂B的对位元素除ABA后除BBA与1帮同

14、BAA左除BfXP(A)以自然数它为底，分别以4的元素为指数.求客eipiniAA的尾阵指数函数1口联A)对A的各元素求对教logni(A)A的矩附对数函数叫rtA对A的各元索求平方根sqrtJTi(A)A的矩阵平方根的教指令含义指令含义d四产生对角形数组对高也不重用）rnud产生均匀分布随机数组产生单位数组（对高难不迅用）rnndii产生正态分布随机数组uiHRiq产生魔方数组（对高雄不适用）ZC1TJ5产生至0数组ones产生全1数组5tzec返回指定始阵的行数和列数2.MATLAB勺常用函数表3数组操作函数指令含义dlag提取对柏坡元素，或生成对角阵flipud以数组“水平中坡”为期林轴

15、,交换上卜”对梆位置上的数组元素fliph-以数组“垂宜中战”为对称轴,交换在右对称位置上的数址元素iKhap在强元素数不变的前提F.改变数小的的也列数rotM拒降度时靴旋转90度tier方阵的行列式侦lank矩阵的帙表2数组生成函数三、实验内容1 .设有3个二维数组A(2X4),B(2X4),C(2X2),参照表1写出所有由2个数组参与的合法的数组运算和矩阵指令及结果。2 .学习使用表2列出的常用函数。3 .学习使用表3列出的数组操作函数。4 .生成下列矩阵，并取出方框内的数组元素12345101116171871419152025四、主要仪器设备及耗材计算机五、实验程序及结果实验程序:%1

16、设有3个二维数组A(2X4),B(2X4),C(2X2),参照表1写出所有由2个数组参与的合法的数组运算和矩阵指令及结果。A=1234;5678;B=9101112;13141516;C=1718;1920;s=30;n=5;P=；A.A=ss+Bs-BB-ss.*As./BB./sA.AnA，pA+BA-BA.*BA./BB.Aexp(A)log(A)sqrt(A)As*As*inv(C)AAnAApA*BA/BBAexpm(A)logm(A)sqrtm(A)diag(C)eye(4)magic(5)ones(5)ones(4,5)rand(6)rand(6,2)randn(3)randn(

17、3,6)zeros(5)zeros(3,7)size(C)rot90(B)det(C)rank(C)%4生成一个指定的矩阵，并按要求取出其中的数组元素12345101976H12141516171819202122232425方法一D=1:5;10:-1:6;11:15;16:20;21:25D(2,2:3)D(2:4,4)D(4:5,1:3)方法二A=1,2,3,4,5;10,9,8,7,6;11,12,13,14,15;16,17,18,19,20A =123 45A(2:4,4)ans=714六、实验总结在第一次实验的基础上，自己这次实验要相对上一次比较顺利，一些基本功能也能更好的掌握，

18、但是对matlab这个软件的强大功能还不能很好的应用，因此我要加强对该软件的学习，让它更好的处理各个学科的知识，总而言之，这次实验的收获还是比较大的。实验三MATLAB语言的程序设计、实验目的1.熟悉MATLA隈序编辑与设计环境2掌握各种编程语句语法规则及程序设计方法3函数文件的编写和设计4了解和熟悉跨空间变量传递和赋值、实验基本原理1程序流程控制语句for循环结构语法：fori=初值：增量：终值语句1语句nend说明：1.i=初值：终值，则增量为1。2初值、增量、终值可正可负，可以是整数，也可以是小数，只须符合数学逻辑。while循环结构语法：while逻辑表达式循环体语句end说明：（1）

19、whiIe结构依据逻辑表达式的值判断是否执行循环体语勾。若表达式的值为真，执行循环体语句一次、在反复执行时，每次都要进行判断。若表达式的值为假，则程序执行end之后的语句。（ 2） 为了避免因逻辑上的失误，而陷入死循环，建议在循环体语句的适当位置加break语句、以便程序能正常执行。（执行循环体的次数不确定；每一次执行循环体后，一定会改变while后面所跟关系式的值。）（ 3） while循环也可以嵌套、其结构如下：while逻辑表达式1循环体语句1while逻辑表达式2循环体语句2end循环体语句3endif-else-end分支结构if表达式1语句1elseif表达式2（可选）语句2els

20、e（可选）语句3endend说明：（1）if结构是一个条件分支语句，若满足表达式的条件，则往下执行；若不满足，则跳出if结构。（2） elseif表达式2与else为可选项，这两条语句可依据具体情况取舍。（3）注意：每一个if都对应一个end，即有几个if，记就应有几个end。switch-case结构语法：switch表达式case常量表达式1语句组1case常量表达式2语句组2otherwise语句组nend说明：（1）switch后面的表达式可以是任何类型，如数字、字符串等。（2）当表达式的值与case后面常量表达式的值相等时，就执行这个case后面的语句组如果所有的常量表达式的值都与这

21、个表达式的值不相等时，则执行otherwise后的执行语句。程序流程控制指令break、return、pause2函数文件的结构和编写方法函数只能在函数体内对变量进行操作，也就是只能访问函数本身工作空间中的变量。必函数文件的结构（ 1） 函数定义行（function）（ 2） H1行（函数帮助文本的第一行）（ 3） 函数帮助文本（ 4） 函数体（ 5） 注释函数文件编写后，保存时，其文件名必须与函数名相同。注意：函数名不要与MATLAB身的函数命令相同。三、主要仪器设备及耗材计算机四、实验内容练习A1 .熟悉MATLA隈序编辑与设计环境2 .用for循环语句实现求1100的和3 用for循环语

22、句实现编写一个求阶乘n!的函数文件4 .设y=3,5,7,9,11,16,21,23,25,27，将y向量中属于能整除3的元素传递给向量z。（使用函数rem求余数）。n7已知数组A=2,4,6,8,10，B=4,9,6,7,4,求AiBni1,其中n=5。i1五、实验程序及结果程序如下：卿for循环语句实现求1100的和sum=0;fori=1:100sum=sum+i;endsum结果为：sum=5050%用for循环语句实现编写一个求阶乘n!的函数文件functionf=factor(n)f=1;fori=1:nf=f*i;End运行结果为：f=factor(10)f=3628800rem

23、炊y=3,5,7,9,11,16,21,23,25,27,将y向量中属于能整除3的元素传递给向量z(使用函数求余数)y=3,5,7,9,11,16,21,23,25,27;z=;fori=1:10a=rem(y(i),3);ifa=0z=z,y(i);endendz结果为：z=392127n%已知数组A=2,4,6,8,10，B=4,9,6,7,4,求AiBni1,其中n=5。i1A=2,4,6,8,10;B=4,9,6,7,4;n=5;sum=0;fori=1:5a(i)=A(i)*B(n-i+1);sum=sum+a(i);endsum结果为：sum=184六、实验总结在前两次实验的基础上

24、，掌握了基本的操作，这次实验进一步加深了对软件功能的探索，让自己熟悉MATLAB序编辑与设计环境，掌握编程语句语法规则及程序设计方法、函数文件的编写和设计，了解和熟悉跨空间变量传递和赋值。让自己掌握了基本的编程方法，受益匪浅。实验四MATLAB的图形绘制一、实验目的1 .学习MATLA图形绘制的基本方法；2 .熟悉和了解MATLA图形绘制程序编辑的基本指令；3 .熟悉掌握利用MATLA图形编辑窗口编辑和修改图形界面，并添加图形的各种标注；4 掌握plot、subplot的指令格式和语法。二、实验基本原理1 基本的绘图命令plot(x,y,)2 .建立图形窗口命令figure(1);figure

25、(2);；figure(n)打开不同的图形窗口，以便绘制不同的图形。3 gridon：在所画出的图形坐标中加入栅格gridoff：除去图形坐标中的栅格。4 holdon：把当前图形保持在屏幕上不变，同时允许在这个坐标内绘制另外一个图形。holdoff:使新图覆盖旧的图形。5 .axis设定轴的范围axis（xminxmaxyminymax）设定x轴与y轴的最大、最小坐标。axis（equal）：将x坐标轴和y坐标轴的单位刻度大小调整为一样。6 .文字标示text（x,y,字符串）在图形的指定坐标位置（x,y）处，标示单引号括起来的字符串。gtext（字符串）利用鼠标在图形的任意位置标示字符串。

26、title（字符串）在所画图形的最上端显示说明该图形标题的字符串。xlabel（字符串），ylabel（字符串）设置x,y坐标轴的名称。输入特殊的文字需要用反斜杠（）开头7 .subplot（m,n,k）:分割图形显示窗口，在同一个窗口中显示多个图形。m上下分割个数n：左右分割个数k:：子图编号8 .semilogx:绘制以x轴为对数坐标（以10为底），y轴为线性坐标的半对数坐标图形。x轴为线性坐标的半对数坐标图形。semilogy:绘制以y轴为对数坐标（以10为底），三、主要仪器设备及耗材计算机四、实验内容- x31 上Dyx y e2 d321 .绘制下列曲线，要求尽可能多地使用二中所列命

27、令。rsinty=sin(t)sin(9t)rcost2 .绘制二阶系统阶跃响应，综合演示图形标识。clf;t=6*pi*(0:100)/100;y=1-exp*t).*cos*t);tt=t(find(abs(y-1);ts=max(tt);plot(t,y,r-,LineWidth,3)axis(-inf,6*pi,inf)set(gca,Xtick,2*pi,4*pi,6*pi,Ytick,1,max(y)gridontitle(ity=1-e-alphatcosomegat)text,fontsize12alpha=)text,fontsize12omega=)holdon;plot(

28、ts,bo,MarkerSize,10);holdoffcell_string1=fontsize12uparrow;cell_string2=fontsize16fontname隶书镇定时间cell_string3=fontsize6;cell_string4=fontsize14rmt_s=num2str(ts);text(ts,cell_string)xlabel(fontsize14bftrightarrow)ylabel(fontsize14bfyrightarrow)五、实验程序及结果1 .绘制下列曲线，要求尽可能多地使用二中所列命令。x31=xrsint y=sin(t)sin(

29、9t)yxye232yrcost制下列曲线subplot(2,2,1);x=-5二5;y=x-x.A3/3;plot(x,y);title(图形1);xlabel(x);ylabel(y);gridonsubplot(2,2,2);x=-5:5;y=1/2/pi*exp(x，2/2);plot(x,y);title(图形2);xlabel(x);ylabel(y);gridonsubplot(2,2,3);t=linspace(0,2*pi,10000);r=2;x=r*sin(t);y=r*cos(t);plot(x,y);title(图形3);xlabel(x);ylabel(y);axi

30、s(equal)gridonsubplot(2,2,4);t=linspace(0,2*pi,10000);y=sin(t).*sin(9*t);plot(t,y);title(图形4);xlabel(t);ylabel(y);gridon5x104图形243y210-5-4-3-2-1012345x10.5-1y0/-0.5I.11Jll,1-1u0134567图形42.绘制二阶系统阶跃响应，综合演示图形标识。6.2832t12.566418.8496六、实验总结这次实验掌握了MATLAB8形绘制的基本方法，熟悉和了解MATLAI形绘制程序编辑的基本指令，利用MATLAB8形编辑窗口编辑和修

31、改图形界面，并添加图形的各种标注，掌握plot、subplot的指令格式和语法。让自己对软件的拓展范围加大，自己的使用更加顺利，收获很大。实验五基于SIMULINK的系统仿真一、实验目的1、熟悉SIMULINK工作环境及特点2、掌握线性系统仿真常用基本模块的用法3、掌握SIMULINK的建模与仿真方法4、子系统的创建和封装设计二、实验基本原理1、了解SIMULINK莫块库中各子模块基本功能2、SIMULINK的建模与仿真方法(1)打开模块库，找出相应的模块。鼠标左键点击相应模块，拖拽到模型窗口中即可。(2)创建子系统：当模型大而复杂时，可创建子系统。(3)设置仿真控制参数。三、实验程序及结果1

32、、SIMULIN的真实际应用(1)双环调速的电流环系统的方框图模型为:图中参数设为Ks=44;Ts=;Ta=;R=1;Tm=Ce=;Kt=;T1=;T2=(1)在Simulink集成环境下建立模型，在给定信号作用点处输入单位给定阶跃响应信号，秒后在扰动信号点输入单位阶跃响应信号。并绘制相应的响应曲线(2)计算仿真结果的超调量、上升时间、调节时间、稳态误差。上升时(3)设计PID调节器替代图中的比例积分调节器，调节Kp,Ti,Td，用使系统满足超调量15%间，调节时间的要求。(4)要求对加入的PID控制器封装成一个模块使用。inn1uu-r1-A：11-1-1T1*80.001Q，|，；l-IB

33、!aVTHIB4n!，+，!inia*60-:R+小-Ii-+T*40J,*J11lain.i睁：IlUIIBIBBIIIIBiil-h+*0IHIKt20*i-*n!iiIu:g:g:.-:*，I11IIIIIL0123457g910封装模块PID调节器In1tr：应用PID调节器后Gain!2、用Simulink对以下系统进行仿真时间 0=0tin：-4*cQnv(12f1GJ);4trb=convICl)dc(L1conv1jcmvQI1p(i32S】)，)pnn，/55,dn)c V 3M2 -0 0V9 -0 MTS -1 COM I GOOD t GOOD 1 31121-1 31

34、12l+ 4,OOOOi-O.OOOOinum/den=4432i24T2i*48M.JM-.M*-K.MM.,iKMiS-K.工纬45s+HsE*1工=4别/3*17+5scpj-47321嚏0000-iam传递函数转化为状空表达式ABCH=2Guin.&*QA=E=tTY-K-21T4-H-50i4004找就始100D0000A0I00000Un00I00C00ft：001a0Q0oaooioo00000D0I04-2J.dnl2小4)rniB/d*r)二TDOW*-JDOM-20000i20000iD5000传递函数转化为状空表达式ABCD=t2ssfeyRi,den)(3)传递函数以及

35、传递函数转化为零极点形式num=lJ.J!*n=onvC(2IL口2J).朝、nt工/拓,的.3mtrUm/d蛆=2-5$+20 5000yyZFK】=U2ipdn)Enptymatrix：0一匕厂1传递函数转化为状空表达式（ABC力二t2工三（mun.加n）1.00000,5(KC（4）状空表达式以及状空表达式转化为传递函数QDD1；-1-2；B：ej：C=01山二02%1）；制必匕由6瓦（：,加*1状空表达式转化为零极点形式-1KMJ100000-2ooooomIioootn体5,dnun-1；den=con(10,cgtiv(Q5lf41);rIccus(rtiuiijden),Kjpoles=rlflcfincKniuiijdtn.)Seleclapainiinth_egraphicswindovssl*cled-point=-2.6517-OlOIESl8.3027poles=-2.65180.2009+1.235010.2009-1.23501.flO123-叫.卫xytmuCTEe54.3、求下面系统在阶跃信号为时系统的响应。20/一81+36/+4。5+20并求系统性能指标：稳态值、上升时间、调