MATLAB计算机的可视化和程序设计

实验4MATLAB计算机的可视化和程序设计目的和要求熟练掌握MATLAB熟练掌握图形的修饰。掌握三维图形的绘制。熟练掌握各种特殊图形的绘制。熟练掌握MATLAB熟练掌握M内容和步骤MATLAB的图形功能非常大，可以对二维、三维数据用图形表现，并可以对图形的线型、曲面、视角、色彩、光线等进行处理。MATLAB也有其各种复杂的功能。绘制二维曲线Plot(x) %绘制以xPlot(x,y) %绘制以xy>>X=linspace(0,2*pi);>>Plot(x)>>y=rand(10);>>plot(y)绘制如图T4.122角一正弦曲线，y=sin(2*pi*t),t[0,2];窗口右下角画3条衰减的单边指数曲线y=e^-t,y=e^-2t和y=e^-3t,t∈[0,2];窗口左下角画一矩形脉冲信号，脉冲宽度为1，高度为2，开始时间为1；窗口右下角画一单位圆。MATLAB允许在同一窗口绘制多个子图，使用subplot命令，各子图的顺序是先向右后向下。①221>>subplot(2,2,1)>>t1=0:0.1:2;>>y1=sin(2*pi*t1);>>plot(t1,y1);>>title(‘y=sin(2*pi*t)’) ②222>>subplot(2,2,2)>>t2=0:0.1:2;>>y2=[exp(-t2);exp(-2*t2);exp(-3*t2)];>>plot(t2,y2)>>axis([02-0.11.2]); >>title(‘y=e-t,y=e-2t,y=e-3t’)③223>>subplot(2,2,3);>>t3=[0112234]>>y3=[0022000]>>plot(t3,y3,’:*r’)； >>axis([04-0.53]);④224>>subplo（2；>>t4=0:0.1:2*pi；>>plo（sin(t4),cos(t4--o’); >>axis([-1.21.2-1.21.2];>>axisequal; >>xlabel('sin(t4)')；>>ylabel('cos(t4)')；>>title(‘圆’,’FontSize’,12,’FontWeight’,’bold’,’FontName’,’隶书‘)练习：subplot(2,2,[13]);subplot(2,2,2);subplot(2,2,4)subplot(2,2,1:2);subplot(2,2,2);subplot(2,2,4)2.绘制多条二阶系统时域曲线和三维图形12（1212y=112

esin(

xacos).①绘制一条阻尼系数（）zeta=0的二阶系统统曲线。>>x=0:0.1:20;>>zeta=0>>y1=1-1/sqrt(1-zeta^2)*exp(-zeta*x).*sin(sqrt(1-zeta^2)*x+acos(zeta);>>plot(x,y1)②在同一窗口叠绘4条曲线，使用holdon命令。>>zeta=0.3;>>y2=1-1/sqrt(1-zeta^2)*exp(-zeta*x).*sin(sqrt(1-zeta^2)*x+acos(zeta);>>holdon>>plot(x,y2,’r:’)>>zeta=0.5；>>y3=1-1/sqrt(1-zeta^2)*exp(-zeta*x).*sin(sqrt(1-zeta^2)*x+acos(zeta);>>plot(x,y3,‘g*’)>>zeta=0.707;>>y4=1-1/sqrt(1-zeta^2)*exp(-zeta*x).*sin(sqrt(1-zeta^2)*x+acos(zeta);>>plot(x,y4,’m—‘)③添加文字标注。>>title(‘二阶系统曲线添加标题>>legend(‘\zeta=0’,’\zeta=0.3’,’\zeta=0.5’,’\zeta=0.707’)%添加图例>>gridon ④使用交互式图形命令。>>gtext(’\zeta=0’) >>gtext(’\zeta=0.3’)>>gtext(’\zeta=0.5’)>>gtext(’\zeta=0.707’)得出图形后，在4条曲线的相应位置用鼠标单击添加文字。(2)绘制三维图形。x，yzeta>>x=0：0.1：20;>>y=[y1;y2;y3;y4];>>z=[ones(size(x))*0;ones(size(x))*0.3;ones(size(x))*0.5;-----ones(size(x))*0.707]; Z>>plot3([x;x;x;x],z,y) >>surf([x;x;x;x],z,y) 0，0.3，0.5,0.707分别为阻尼系数，矩阵Z为4×size(x)的矩阵。②色图的显示和控制>>colormap;>>colormappink>>colorbar3.特殊图形MATLAB还提供了一些特殊的曲线以满足特殊的需求。⑴绘制条形图。>>x=0:0.3:2*pi;>>y=sin(x);>>subplot(2,2,1)>>bar(x,y,0.5) 0.5>>axis([0,2*pi,-1.2,1.2])⑵绘制实心图。>>subplot(2,2,2)>>fill(x,y,’r’) ⑶绘制阶梯图。>>subplot(2,2,3)>>stairs(x,y)⑷绘制火柴杆图。>>subplot(2,2,4)>>stem(x,y)4.MATLAB（1）M%exam01x=0:0.1:20;y1=1-1/sqrt(1-0.3^2)*exp(-0.3*x).*sin(sqrt(1-0.3^2)*x+acos(0.3))plot(x,y1,'r')holdony2=1-1/sqrt(1-0.707^2)*exp(-0.707*x).*sin(sqrt(1-0.707^2)*x+acos(0.707))plot(x,y2,'g')y3=1-exp(-x).*(1+x)plot(x,y3,'b')编写好之后，将文件存在当前路径下，文件名exam01.m，在MATLAB命令窗口执行命令：>>exam01for循环语句计算sum=10i1

ii的程序>>sum=0;>>forn=1:10;sum=n^n+sumendwhile>>n=1;>>sum=0;>>whilen<=10sum=n^n+sumn=n+1;end（4）M函数文件functiony=exam02(zeta)%exam02x=0:0.1:20;if(zeta>0)&(zeta<1)y=1-1/sqrt(1-zeta^2)*exp(-zeta*x).*sin(sqrt(1-zeta^2)*x+acos(zeta));elseifzeta==1y=1-exp(-x).*(1+x);endplot(x,y)在M文件编辑窗口编写上述程序，保存为exam02.m文件，在MATLAB命令窗口输入：>>zeta=0.707；>>exam02（zeta）实验五MATLAB控制系统分析（一）目的和要求掌握使用MatlabMatlab进行系统的时域分析方法掌握使用Matlab掌握使用Matlab内容和步骤控制系统稳定性分析（1）求解控制系统的特征方程的根，通过判断所有根的实部是否小于零。利用roots()函数实现。例如：(S2)已知系统的开环传递函数为：G(S)=100 ,试对系统闭环判别其稳定性S(S1)(S20)>>k=100;>>z=[-2];>>p=[0-1-20];>>g=zpk(z,p,k); >>gs=tf(g); >>sys=feedback(gs,1) 100s+200s^3+21s^2+120s+200>>p=[121120200];>>roots(p)ans=-12.8990-5.0000-3.1010计算数据表明所有特征根的实部为负数，所以闭环系统是稳定的。(2)根轨迹法判断系统稳定性：(s3) 已知一个单位负反馈系统开环传递函数 s(s 5)(s 6)(s2 2s 2)环的根轨迹图上选择一点，求出该点的增益k及系统的闭环极点的位置，并判断在该点系统的稳定性>>n=[13];>>d1=conv([16],[122])；>>d2=conv([15],d1)；>>d2=conv([15],[d1])；>>d=conv([10],[d1])；>>sys=tf(n,d)；>>rlocus(sys)>>[k,poles]=rlocfind(sys)该程序执行后可得系统闭环的根轨迹，如图5.1所示图5.1执行最后语句后会在根轨迹窗口上显示十字光标，当在根轨迹负实轴上选择一点时，其相应的增益由变量k记录，与增益相关的所有点记录在变量poles中。如：k=9.7229poles=-5.7274-5.3152-0.4923+0.8617i-0.4923-0.8617i-0.9728由计算数据可知，系统在k=9.7229点闭环系统是稳定的。（3）Bode图判断系统稳定性：利用函数margin(),既可以绘制系统bode图，又能计算频域性能指标。例如：2.7s 5s 已知单位负反馈系统开环传递函数s 5s 3 2稳定性。>>n=2.7;>>d=[154>>sys=tf(n,d)；>>[gm,pm,wcp,wcg]=margin(sys)gm=7.4074 17.4db（见图）pm=51.7321 wcp=2.0000 %-piwcg=0.5783 >>margin(sys)5.2通过结果可以看出该闭环系统是稳定的。2。控制系统时域响应分析利用MATLAB所提供的求取连续系统的单位阶跃响应函数ste（Impul（，零输入响应