MATLAB实验报告.docx
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MATLAB实验报告
实验一MATLAB环境的熟悉与基本运算
一、实验目的及要求
1．熟悉MATLAB的开发环境；
2．掌握MATLAB的一些常用命令；
3．掌握矩阵、变量、表达式的输入方法及各种基本运算。
二、实验内容
1.熟悉MATLAB的开发环境：
①MATLAB的各种窗口：
命令窗口、命令历史窗口、工作空间窗口、当前路径窗口。
②路径的设置：
Ø建立自己的文件夹，加入到MATLAB路径中，并保存。
Ø设置当前路径，以方便文件管理。
2.学习使用clc、clear，了解其功能和作用。
3.矩阵运算：
已知:
A=[12;34];B=[55;78];求:
A*B、A.*B，并比较结果。
4.使用冒号选出指定元素:
已知:
A=[123;456;789];求:
A中第3列前2个元素；A中所有列第2，3行的元素；
5.在MATLAB的命令窗口计算:
1）
2）
6.关系及逻辑运算
1）已知:
a=[5:
1:
15];b=[12887101211131415]，求:
y=a==b，并分析结果
2）已知:
X=[01;10];Y=[00;10]，求:
x&y+x>y，并分析结果
7.文件操作
1）将0到1000的所有整数，写入到D盘下的data.txt文件
2）读入D盘下的data.txt文件，并赋给变量num
8.符号运算
1）对表达式f=x3-1 进行因式分解
2）对表达式f=（2x2*（x+3）-10）*t，分别将自变量x和t的同类项合并
3）求
三、实验报告要求
完成实验内容的3、4、5、6、7、8，写出相应的程序、结果
实验二MATLAB语言的程序设计
一、实验目的
1、熟悉MATLAB程序编辑与设计环境
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、了解和熟悉变量传递和赋值
二、实验内容
1．编写程序，计算1+3+5+7+…+（2n+1）的值（用input语句输入n值）。
2．编写分段函数的函数文件，存放于文件ff.m中，并求
，，的值。
3．用for循环语句实现编写一个求n阶乘的函数文件
1、函数文件设计：
设计一个函数文件实现一个阶乘运算，
并设计程序调用该函数。
为保证函数的通用性，当输入负数或小数时，显示出错提示：
disp（'Inputparametermustbeapositiveinteger!
'）
提示：
fix（x）对零方向取整数
ceil（x）对+方向取整数
round（x）四舍五入取整数
4．找到一个n!
>10100的值（利用上题的n阶乘函数文件）
5．已知一维数组A=[2,4,5,8,10]、B=[4,9,6,7,4]，用for循环语句实现，求和函数可用sum（）
6．编写验证魔方矩阵的函数文件，输出要求如下：
（1）如果输入矩阵的维数小于3，输出显示’error’
（2）如果输入矩阵的不是方阵，输出显示’thesizeofmatrixXmustbeN-by-Nmatrix’
（3）显示行、列和及其对角线求和后的值，并判断其和是否相同。
若不同，显示‘No’,相同显示‘Yes’。
三、实验报告要求
在M文件编辑器中，编写程序代码并调试
实验三MATLAB的图形绘制
一、实验目的及要求：
1.掌握MATLAB绘图的基本方法，熟悉各种绘图函数的使用；
2.掌握图形的修饰方法和标注方法；
3.了解MATLAB中图形窗口的操作。
二、实验内容：
x=［－2π，2π］，y1=sinx、y2=cosx、y3=sin2x、y4=cos2x
①用MATLAB语言分四个区域分别绘制的曲线，并且对图形标题及横纵坐标轴进行标注（如下图所示）。
图2四分区绘制曲线
②另建一个窗口，不分区，用不同颜色、线型绘出四条曲线，并标注图例注解。
图3同一窗口绘制多条曲线
③绘制三维曲线：
三、实验报告要求：
写出相应的的程序及上机结果。
实验四控制系统的模型及其转换
一、实验目的及要求
1、掌握建立控制系统模型的函数及方法；
2、掌握控制系统模型间的转换方法及相关函数；
3、熟悉控制系统模型的连接方法；
4、掌握典型系统模型的生成方法。
二、实验内容
1、已知两个传递函数分别为：
①在MATLAB中分别用传递函数、零极点表示；
②在MATLAB中分别求出通过反馈、串联、并联后得到的系统模型；
2、系统的模型为
试建立系统的传递函数模型。
3、已知单输入双输出系统的零极点模型
建立系统的零极点模型。
4.控制系统模型的转换
4.1将2的模型转换为零极点模型
4.2将3的模型转换为传递函数模型
三、实验报告要求
写出程序及上机的结果。
实验五SIMULINK基本操作
一、实验目的
学会SIMULINK仿真基本操作
二、实验内容
1、打开SimulinkLibraryBrowser窗口，练习功能模块的基本操作。
2、通过示波器观察1MHz，幅度为15mV 的正弦波和100KHz，幅度为5mV 的正弦波相乘的结果。
写 出数学表达式。
通过使用三踪示波器同时观察1MHz、100KHz 正弦波以及相乘的结果。
注意设置仿真参 数和示波器的扫描参数和幅度显示参数。
3、系统开环传递函数,求系统单位负反馈闭环单位阶跃响应曲线。
4、学习构建SIMULINK 子系统。
构建一个子系统，使得它具有将输入信号m（t）（如一个100Hz 的 正弦波）和一个常数C 相加后再和一个1000Hz 的幅度为A 的正弦波相乘的功能：
y（t）=A（m（t）+C） sin （2*pi*f*t） ，其中f=1000 Hz。
保存为s23.mdl。
用sim 指令在命令空间启动模型进行仿真：
在Matlab 命令空间中用语 句对参数A, C, f进行设置，并对采用命令open 打开，采用sim 指令进行仿真。
请给出指令语句。
三、实验报告要求
写出程序及上机的结果。
实验六控制系统的时域分析
一、实验目的
利用MATLAB进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性；
二、实验内容
（一）稳定性
1.系统传函为，试判断其稳定性。
2.用Matlab求出的极点，判断稳定性。
（二）阶跃响应
典型二阶系统：
要求：
1）在Matlab环境下，编程绘制出当Wn=6，时，二阶系统的单位阶跃响应曲线并分析的变化对控制系统输出的影响；
2）在Matlab环境下，编程绘制出，Wn=2、4、6、8、10、12时，系统的单位阶跃响应曲线并说明Wn的变化对系统输出有何影响。
（三）系统动态特性分析
3.1用编程方式求二阶系统阶跃响应的峰值时间，上升时间，调整时间，超调量。
3.2
（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，0.3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、峰值时间、稳态误差。
三、实验报告要求：
1）完成上述各题
2）分析零极点对系统性能的影响
3）分析阻尼比、振荡频率Wn对系统阶跃响应的影响
实验七控制系统的频域分析
一、实验目的
1.利用计算机作出开环系统的波特图
2.观察记录控制系统的开环频率特性
3.控制系统的开环频率特性分析
二、实验内容：
1、绘制典型二阶系统的Bode图
要求：
在Matlab环境下，以为参变量，编程绘制该系统的对数频率特性曲线（Bode图），并从Bode图中找出二阶系统由于的变化对其Bode图有何影响？
图形有哪些变化？
图形与的对应关系（在图中对应的标注出来）
2、某控制系统的开环传递函数为
要求：
在Matlab环境下，编程绘制该系统的开环Bode图，并通过Bode图判断该闭环系统的稳定性。
若闭环系统稳定，则从图中求出系统的幅值裕度Kg、相位裕度
3、某控制系统的开环传递函数为：
要求：
1）绘制开环系统的nyquist图，并判断闭环系统的稳定性；求出系统的单位冲激响应；
2）若给系统增加一个s=1的开环极点（p=2）,绘制此时的nyquist图，判别此时闭环系统的稳定性；并求出系统的单位冲激响应；
3）若给系统增加一个开环极点p=2的同时再增加一个开环零点z=0,绘制此时的nyquist图,判别此时闭环系统的稳定性；并求出系统的单位冲激响应。
三、实验报告要求：
1）完成上述各题
2）分析幅值裕度Kg、相位裕度的物理意义。
实验八控制系统PID校正器设计法
一、实验目的
1、熟悉常规PID控制器的设计方法
2、掌握PID参数的调节规律
3、学习编写程序求系统的动态性能指标
二、相关知识——临界比例度法（边界稳定法）
用系统的等幅振荡曲线来整定控制器的参数。
先测出系统处于闭环状态下对象的等幅振荡曲线，根据等幅振荡曲线定出一些能反映控制对象动态特性的参数，具体做法是将比例增益K（或比例度=1/K）调在比较小的位置上（对应为比较大位置上），逐渐增大K值（或逐渐减小），直到出现等幅振荡曲线，此时的比例增益为Km，称为临界比例增益，称为临界比例度。
从振荡曲线上读出临界周期Tm。
根据得到的Km（或）、Tm两个参数，利用下表来计算控制器的控制参数。
控制器类型
控制器的控制参数
比例增益Kp
比例度
积分时间Ti
微分时间Td
P
0.5Km
2
0
PI
0.45Km
2.2
Tm/1.2
0
PID
0.6Km
1.7
0.5Tm
0.125Tm
三、实验内容
1、在SIMULINK窗口建立如下页模型。
2、设计PID控制器，传递函数模型如下
3、修改PID参数讨论参数对系统的影响
4、利用临界比例度法（即：
稳定边界法）对PID参数校正设计。
参数
Km
Tm
Kp
Ti
Td
数值
0.68
1.991
0.306
1.6592
5、根据PID参数对系统的影响，调节PID参数实现系统的超调量小于10%。
参数
Kp
Ti
Td
数值
6、通过程序求得系统的超调量、上升时间和调节时间（误差带选为5%）
四、实验报告要求：
写出程序及上机的结果，并对结果进行分析。
实验一MATLAB环境的熟悉与基本运算
一、实验目的及要求
1．熟悉MATLAB的开发环境；
2．掌握MATLAB的一些常用命令；
3．掌握矩阵、变量、表达式的输入方法及各种基本运算。
二、实验内容
3.矩阵运算：
已知:
A=[12;34];B=[55;78];求:
A*B、A.*B，并比较结果。
程序：
A*BA.*B
结果：
1921510
43472132
结果分析：
*表示矩阵相乘，而.*表示矩阵的各元素对应相乘
4.使用冒号选出指定元素:
已知:
A=[123;456;789];求:
A中第3列前2个元素；A中所有列第2，3行的元素；
程序：
A（1:
2,3）A（2:
3,:
）
结果：
3456
6789
5.在MATLAB的命令窗口计算:
1）
2）
程序：
f=sin（2*pi）（89^（1/2）+55*0.4）/4
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