matlab指导书.docx
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matlab指导书
实验一数值运算实验
1实验目的
（1）学习MATLAB语言的基本矩阵运算
（2）学习MATLAB语言的点运算
（3）学习复杂运算
2实验内容
在下面的实验操作中，认真记录每项操作的作用和目的。
（1）基本矩阵运算
1）创建数值矩阵
a=[123;456;789];
观察
a
a（3,2）
a（:
1）
键入
t=0:
10;
u=0:
0.1:
10;
观察矩阵变量t、u的值。
键入
a（:
3）=[2;3;4];
a
观察矩阵a的变化。
键入
b=[11+2i;3+4i3];
观察复数矩阵。
2）创建特殊矩阵
键入
a=ones（3,3）;
b=zeros（2,2）;
c=eye（4）;
magic（4）;
观察特殊矩阵。
3）练习矩阵运算
a=[010;001;-6-11-6];
b=[12;34;56];
c=[110;011];
作矩阵乘运算
v1=c*a
v2=a*b
v3=c*a*b
v4=b*c
v5=c*b
矩阵乘方运算
a^2
a^（1/2）
矩阵加减运算
a1=a+b*c
a2=c*b-a（1:
2,1:
2）
a3=a（1:
2,2:
3）+c*b
矩阵右除
ar=c/a
矩阵左除
al=a\b
4）练习矩阵特征运算
完成以下特征运算
inv（a）,tril（a）,rank（a）
（2）MATLAB语言的点运算
1）练习点乘与点除
a1=[12;34];
a2=0.2*a1;
观察
[a1a2]
[a1.*a2a1./a2]
2）由点运算完成标量函数运算与作图
正余弦函数的点运算
t=0:
2*pi/180:
2*pi;
y1=sin（t）;y2=cos（t）;
y=y1.*y2;
plot（t,[y’y1’y2’]）;
复变函数的点运算。
w=0.1:
0.1:
2;
g1=（1+0.5*w*i）/（1-0.5*w*i）;
g1
g2=（1+0.5*w*i）./（1-0.5*w*i）;
g2
plot（g2）;xlabel（‘realg2（w）’）;ylabel（‘inagg2（w）’）
axis（‘square’）;
（3）多项式运算
1）建立多项式向量
ap=[1221];
b=[-1-2-3];bp=poly（b）
2）练习多项式乘与求根
p=conv（ap,bp）
roots（p）
3）练习多项式运算
a=[1234];b=[1-1];
c=a+[zeros（1,length（a）-length（b））b];
poly2str（c,’x’）
polyvalm（a,3）
（4）代数方程组
1）恰定方程组
A=[12;23];b=[8;13];
方法1：
逆矩阵求解
X=inv（a）*b
方法2：
矩阵左除求解
X=a\b
3实验报告要求
按上述步骤完成数值运算实验，并按练习实例做好记录。
实验二MATLAB语言绘图
1实验目的
（1）学习MATLAB的各种二维绘图
（2）学习MATLAB的三维绘图
（3）MATLAB的绘图修饰
2实验内容
（1）基本二维绘图
1）向量绘图
x=0:
2*pi/100:
2*pi;
y1=sin（2*x）;y2=cos（2*x）;
plot（x,y1）
plot（x,y2）
plot（x,y1,x,y2）
plot（x,y1）;holdon;
plot（x,y2）;holdoff;
plot（x’,[y1’y2’]）
plot（x,y1,’c:
’,x,y2,’ro’）
figure
（1）;plot（x,y1）;
figure
（2）;plot（x,y2）;
subplot（2,2,1）;plot（x,y1）;
subplot（2,2,2）;plot（x,y2）;
subplot（2,2,3）;plot（x,y1,x,y1+y2）;
subplot（2,2,4）;plot（x,y2,x,y1-y2）;
2）函数绘图
fplot（‘sin’,[04*pi]）
f=’sin（x）’;fplot（f,[04*pi]）
fplot（‘sin（1/x）’,[0.010.1],1e-3）
fplot（‘[tan（x）,sin（x）,cos（x）]’,[-2*pi,2*pi,-2*pi,2*pi]）
3）符号函数快捷绘图
symsx
f=exp（-0.5*x）*sin（x）;
ezplot（f,[0,10]）
（2）多种二维绘图
1）半对数绘图
w=logspace（-1,1）;
g=20*log10（1./（1+2*w*i））;
p=angle（1./（1+2*w*i））*180/pi;
subplot（2,2,1）;semilogx（w,g）;grid;
subplot（2,1,2）;semilogx（w,p）;grid;
2）极坐标绘图
t=0:
2*2*pi/180:
2*pi;
mo=cos（2*t）;
polar（t,mo）;
3）直方图
t=0:
2*pi/8:
2*pi;
y=sin（t）;
bar（t,y）
4）离散棒图
t=0:
2*pi/8:
2*pi;
y=sin（t）;
stem（t,y）
5）阶梯图
t=0:
2*pi/8:
2*pi;
y=sin（t）;
stairs（t,y）
（3）图形注释
y1=dsolve（‘D2u+2*Du+10*u=0’,’Du（0）=1,u（0）=0’,’x’）;
y2=dsolve（‘D2u+2*Du+10*u=1’,’Du（0）=0,u（0）=0’,’x’）;
ezplot（y1,[0,5]）;holdon;ezplot（y2,[0,5]）;
axis（[0,5,-0.1,0.2]）
title（‘二阶系统时间响应‘）；
xlable（‘时间t’）;ylabel（‘响应幅值y’）;
gtext（‘零输入响应‘）；
gtext（‘零状态响应‘）；
grid;holdoff;
（4）三维绘图
1）三维线图
t=0:
pi/50:
10*pi;
plot3（sin（t）,cos（t）,t）;
comet3（sin（t）,cos（t）,t）;
2）单变量高度网线图
Z2=[11;1-1];
Z4=[Z2Z2;Z2–Z2];
Z8=[Z4Z4;Z4–Z4];
Mesh（Z8）;
3）3变量马鞍面网线图
x-4:
0.5:
4,y=x;
[X,Y]=meshgrid（x,y）;
Z=X.^2-Y.^2;
Mesh（X,Y,Z）;
4）圆锥面网线图
t=0:
0.1:
0.9;
t=1:
0.1:
2;
r=[t1–t2+2];
[X,Y,Z]=cylinder（r,40）;
Mesh（X,Y,Z）:
5）视角修饰
t=0:
0.1:
0.9;
t=1:
0.1:
2;
r=[t1–t2+2];
[X,Y,Z]=cylinder（r,30）;
Mesh（X,Y,Z）;
subplot（2,2,1）;mesh（X,Y,Z）;view（0,0）;
subplot（2,2,2）;mesh（X,Y,Z）;view（-20,20）;
subplot（2,2,3）;mesh（X,Y,Z）;view（-30,30）;
subplot（2,2,4）;mesh（X,Y,Z）;view（-40,40）;
3实验报告要求
按照上述步骤进行实验，并按实验记录要求完成报告
实验三控制系统阶跃响应与脉冲响应实验
1实验目的
（1）观察学习控制系统的单位阶跃响应和单位脉冲响应
（2）记录单位阶跃响应和单位脉冲响应曲线
（3）掌握时间响应分析的一般方法
2实验步骤
（1）运行MATLAB
（2）建立系统模型
1）传递函数模型TF
2）ZPK模型
3）MATLAB的阶跃响应函数
3实验内容
已知二阶系统：
1）建立系统模型，观察阶跃响应曲线和单位脉冲响应，并计算系统的闭环根、阻尼比，无阻尼振荡频率，并作记录。
2）修改参数，分别实验ξ=1，ξ=2的响应曲线，并作记录。
4实验报告要求
（1）分析系统的阻尼比和无阻尼振荡频率对系统阶跃响应和脉冲响应的影响；
（2）分析响应曲线的零初值、非零初值与系统模型的关系；
（3）分析响应曲线的稳态值与系统模型的关系；
（4）分析系统零点对阶跃响应曲线和单位脉冲响应曲线的影响；
实验要求：
记录给定系统的响应曲线，对并上述问题作出分析
实验四控制系统根轨迹分析
1 实验目的
（1）利用计算机完成控制系统的根轨迹作图。
（2）了解控制系统根轨迹作图的一般规律。
（3）利用根轨迹进行系统分析。
2实验步骤
（1）运行matlab。
（2）练习根轨迹的相关函数。
rlocus（sys）
rlocus（sys,k）
r=rlocus（sys）
[r,k]=rlocus（sys）
（3）实验内容
1）给定如下系统的开环传递函数，作出它们的根轨迹，并完成给定要求。
要求：
准确记录根轨迹的起点、终点和根轨迹的条数。
确定根轨迹的分离点与相应的根轨迹增益。
确定临界稳定时根轨迹增益k。
要求：
确定根轨迹与虚轴交点并确定系统稳定的根轨迹增益k。
要求：
确定系统具有最大超调量时Mp,max时的根轨迹增益，作时域仿真验证。
确定系统阶跃响应无超调量时的根轨迹增益取值范围，并作时域仿真验证。
3实验要求：
（1）记录给定系统与显示的根轨迹图；
（2）完成上述各要求，分析闭环极点在s平面上的位置与系统动态性能的关系。
实验五控制系统Simulink仿真实验
1实验目的
1.学习结构图编程，掌握结构图系统文件的设计方法
2.对于给定的控制系统，通过Simulink仿真观察系统的时域响应。
2实验步骤
（1）运行matlab，执行simulink。
（2）建立图示仿真结构。
（3）构图单元设置
1）激活信号单元
2）激活加法器单元
3）激活连续单元模块
4）激活示波器单元
5）进行仿真参数设置
3实验要求：
（1）作闭环结构时域仿真
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