MATLAB实验报告.docx
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MATLAB实验报告
《MATLAB语言及其应用》
实验指导书
实验一Matlab使用方法和程序设计........................
实验二控制系统的模型及其转换.............................
实验三控制系统的时域、频域和根轨迹分析...........
实验四动态仿真集成环境-Simulink.........................
姓名：
班级：
学号：
实验一Matlab使用方法和程序设计
一、实验目的
1、掌握Matlab软件使用的基本方法；
2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句
3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制
4、熟悉Matlab程序设计的基本方法
二、实验内容：
1、帮助命令
使用help命令，查找sqrt（开方）函数的使用方法；
解：
截图如下
2、矩阵运算
（1）矩阵的乘法
已知A=[12;34];B=[55;78];
求A^2*B
解：
A=[12;34];%定义矩阵A
B=[55;78];%定义矩阵B
C=A^2*B%定义矩阵C的表达式
（2）矩阵除法
已知A=[123;456;789];
B=[100;020;003];
A\B,A/B
解：
A=[123;456;789];
>>B=[100;020;003];
>>C=A\B%左除
Warning:
Matrixisclosetosingularorbadlyscaled.
Resultsmaybeinaccurate.RCOND=1.541976e-018.
（Type"warningoffMATLAB:
nearlySingularMatrix"tosuppressthiswarning.）
C=
1.0e+016*
-0.45041.8014-1.3511
0.9007-3.60292.7022
-0.45041.8014-1.3511
>>D=A/B%右除
D=
1.00001.00001.0000
4.00002.50002.0000
7.00004.00003.0000
（3）矩阵的转置及共轭转置
已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i];
求A.',A'
解：
A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i];
B=A.'
C=A'
B=
5.0000+1.0000i0+6.0000i
2.0000-1.0000i4.0000
1.00009.0000-1.0000i
C=
5.0000-1.0000i0-6.0000i
2.0000+1.0000i4.0000
1.00009.0000+1.0000i
（4）使用冒号表达式选出指定元素
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；
方括号[]
解：
A=[123;456;789];
B1=A（[12],[3]）
B2=A（[2,3],:
）
结果如下：
B1=
3
6
B2=
456
789
用magic函数生成一个4阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列
n=4;
A=magic（4）
B=A（:
[123]）
A=
162313
511108
97612
414151
B=
1623
51110
976
41415
3、多项式？
（1）求多项式
的根；
>>p=[10-2-4];r=roots（p）
r=
2.0000
-1.0000+1.0000i
-1.0000-1.0000i
（2）已知A=[1.2350.9;51.756;3901;1234]，
求矩阵A的特征多项式;
>>A=[1.2350.9;51.756;3901;1234];p=poly（A）
p=
1.0000-6.9000-77.2600-86.1300604.5500
把矩阵A作为未知数代入到多项式中；
>>A=[1.2350.9;51.756;3901;1234];p=poly（A）;
B=polyvalm（p,A）
B=
0.1364-0.33500.00800.1421
-0.0455-0.0114-0.1627-0.0909
-0.30840.1705-0.0227-0.2217
0.0171-0.1265-0.03270.0227
4、基本绘图命令
（1）绘制余弦曲线y=cos（t），t∈[0，2π]
解：
t=[0:
0.05:
2*pi];%定义二维曲线横坐标范围
y=cos（t）;%写出函数表达式
plot（t,y）%绘图命令
（2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos（t-0.25）和正弦曲线y=sin（t-0.5），t∈[0，2π]
解：
>>t=[0:
0.05:
2*pi];%定义二维曲线横坐标范围
y1=cos（t-0.25）;%写出函数表达式y1
y2=sin（t-0.5）;%写出函数表达式y2
plot（t,y1）;%绘图命令
holdon;plot（t,y2）
5、基本绘图控制
绘制[0，4π]区间上的x1=10sint曲线，并要求：
（1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号；
>>t=0:
0.1:
4*pi;x1=10*sin（t）;plot（t,x1,'-.r+'）
（2）坐标轴控制：
显示范围、刻度线、比例、网络线
>>t=0:
0.1:
4*pi;x1=10*sin（t）;
plot（t,x1,'-.r+'）,gridon
（3）标注控制：
坐标轴名称、标题、相应文本；
>>t=0:
0.1:
4*pi;x1=10*sin（t）;
plot（t,x1,'-.r+'）,gridon;
title（'x1=10sint曲线'）;xlabel（'x轴'）;ylabel（'y轴'）
6、基本程序设计
（1）编写命令文件：
计算1+2+…+n<2000时的最大n值；
>>s=0;n=0;
while（s<2000）
n=n+1;s=s+n;
end;n=n-1
n=
62
（2）编写函数文件：
分别用for和while循环结构编写程序，求2的0到n次幂的和。
functions=kuang（n,i）
s=0;
for（i=0:
n）
s=s+2^i;
end
（4）如果想对一个变量x自动赋值。
当从键盘输入y或Y时（表示是），x自动赋为1；当从键盘输入n或N时（表示否），x自动赋为0；输入其他字符时终止程序。
x=input（'请输入:
','s'）;
if（x=='y'||x=='Y'）
z=1;
elseif（x=='n'||x=='N'）
z=0;
else（'error'）
end
x,z
实验二控制系统的模型及其转换
一、实验目的
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.控制系统模型
1.1系统的模型为
试建立系统的传递函数模型。
>>s=tf（'s'）;
G=4*（s+2）*（s^2+6*s+6）/（s*（s+1）^3*（s^3+3*s^2）+2*s+5）
Transferfunction:
4s^3+32s^2+72s+48
-----------------------------------------------
s^7+6s^6+12s^5+10s^4+3s^3+2s+5
1.2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。
>>s=zpk（'s'）;
g1=3*（s+12）/（（s+3）*（s+4）*（s+5））;g2=4*（s+5）*（s+3）/（（s+3）*（s+4）*（s+5））;
G=[g1;g2]
Zero/pole/gainfrominputtooutput...
3（s+12）
#1:
-----------------
（s+3）（s+4）（s+5）
4（s+5）（s+3）
#2:
-----------------
（s+3）（s+4）（s+5）
>>g1=zpk（[-12],[-3;-4;-5],3）;g2=zpk（[-5;-3],[-3;-4;-5],4）;G=[g1;g2]
Zero/pole/gainfrominputtooutput...
3（s+12）
#1:
-----------------
（s+3）（s+4）（s+5）
4（s+5）（s+3）
#2:
-----------------
（s+3）（s+4）（s+5）
1.3给定系统的状态空间表达式，
建立系统的状态空间模型。
>>A=[-2.8-1.400;1.4000;-1.8-0.3-1.4-0.6;000.60];B=[1;0;1;0];
C=[0001];D=zeros
（1）;G=ss（A,B,C,D）
a=
x1x2x3x4
x1-2.8-1.400
x21.4000
x3-1.8-0.3-1.4-0.6
x4000.60
b=
u1
x11
x20
x31
x40
c=
x1x2x3x4
y10001
d=
u1
y10
Continuous-timemodel.
2.控制系统模型的转换
2.1将1.1的模型转换为零极点模型
>>s=tf（'s'）;
G=4*（s+2）*（s^2+6*s+6）/（s*（s+1）^3*（s^3+3*s^2）+2*s+5）;
G1=zpk（G）
Zero/pole/gain:
4（s+4.732）（s+2）（s+1.268）
----------------------------------------------------------------------------
（s+2.995）（s^2+3.06s+2.549）（s^2-1.089s+0.5457）（s^2+1.034s+1.2）
2.2将1.2的模型转换为状态空间模型
>>s=zpk（'s'）;
g1=3*（s+12）/（（s+3）*（s+4）*（s+5））;g2=4*（s+5）*（s+3）/（（s+3）*（s+4）*（s+5））;
G=[g1;g2];G2=ss（G）
a=
x1x2x3
x1-340
x20-416
x300-5
b=
u1
x10
x20
x32
c=
x1x2x3
y10.21090.093750
y2-9.714e-0170.1252
d=
u1
y10
y20
2.3将1.3的模型转换为零极点模型
A=[-2.8-1.400;1.4000;-1.8-0.3-1.4-0.6;000.60];B=[1;0;1;0];
C=[0001];D=zeros
（1）;G=ss（A,B,C,D）;G3=zpk（G）
Zero/pole/gain:
0.6（s^2+s+1.54）
------------------------------
（s+1.4）^2（s+1.061）（s+0.3394）
3.控制系统模型的连接:
已知两个系统
求按串联、并联、系统2联接在反馈通道时的负反馈系统的状态方程。
>>A1=[01;1-2];B1=[0;1];C1=[13];D1=[1];G1=ss（A1,B1,C1,D1）;
A2=[01;-1-3];B2=[0;1];C2=[14];D2=zeros（1,1）;G2=ss（A2,B2,C2,D2）;
G=G2*G1
a=
x1x2x3x4
x10100
x2-1-313
x30001
x4001-2
b=
u1
x10
x21
x30
x41
c=
x1x2x3x4
y11400
d=
u1
y10
>>G=G1+G2
a=
x1x2x3x4
x10100
x21-200
x30001
x400-1-3
b=
u1
x10
x21
x30
x41
c=
x1x2x3x4
y11314
d=
u1
y11
>>G3=feedback（G1,G2）
a=
x1x2x3x4
x10100
x21-2-1-4
x30001
x413-2-7
b=
u1
x10
x21
x30
x41
c=
x1x2x3x4
y113-1-4
d=
u1
y11
4、典型系统的生成：
4典型二阶系统
试建立
时的系统传递函数模型。
>>s=tf（'s'）;
H=36/（s^2+1.2*s+36）
Transferfunction:
36
----------------
s^2+1.2s+36
5、连续系统的离散化：
对连续系统
在采样周期T=0.1时进行离散化。
>>z=[-3];p=[-1;-2;-5];G=zpk（z,p,6）;G1=c2d（G,0.1）
Zero/pole/gain:
0.025525（z+0.8468）（z-0.7408）
--------------------------------
（z-0.9048）（z-0.8187）（z-0.6065）
Samplingtime:
0.1
实验三控制系统的时域、频域和根轨迹分析
一、实验目的
1、掌握如何使用Matlab进行系统的时域分析
2、掌握如何使用Matlab进行系统的频域分析
3、掌握如何使用Matlab进行系统的根轨迹分析
二、实验内容：
1、时域分析
1.1、某系统的开环传递函数为
试编程求系统在单位负反馈下的阶跃响应曲线，并求最大超调量。
>>G=tf（[20],[1836400]）;step（feedback（G,1））
1.2、典型二阶系统
编程求：
当
分别取值为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0时的单位阶跃响应曲线。
>>w=6;a=0.2;s=tf（'s'）;G=w^2/（s^2+2*a*w*s+w^2）;step（G）
>>a=0.4;step（G）
a=0.6;step（G）
a=0.8;step（G）
a=1.0;step（G）
a=1.5;step（G）
a=2.0;step（G）
1.3、典型二阶系统传递函数为：
绘制当：
分别取2、4、6、8、10、12时的单位阶跃响应曲线。
a=0.7;w=2;s=tf（'s'）;G=w^2/（s^2+2*a*w*s+w^2）;step（G）
w=4;step（G）
w=6;step（G）
w=8;step（G）
w=10;step（G）
w=12;step（G）
2、根轨迹分析
根据下面负反馈系统的开环传递函数，绘制系统根轨迹，并分析使系统稳定的K值范围。
>>s=zpk（'s'）;G=1/（s*（s+1）*（s+3））;rlocus（G）
3、频域分析
典型二阶系统传递函数为：
3.1绘制当：
取2、4、6、8、10、12时的伯德图
>>a=0.7;s=tf（'s'）;G=w^2/（s^2+2*a*w*s+w^2）;
forw=2:
2:
12
bode（G）;figure;end
3．2绘制当：
分别取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0时的伯德图。
>>w=6;a=0.2;s=tf（'s'）;G=w^2/（s^2+2*a*w*s+w^2）;step（G）
>>a=0.4;step（G）
a=0.6;step（G）
a=0.8;step（G）
a=1.0;step（G）
a=1.5;step（G）
a=2.0;step（G）
实验四动态仿真集成环境—Simulink
一、实验目的
1、熟悉Simulink模块库中常用标准模块的功能及其应用；
2、掌握利用Simulink在用户窗口中建立控制系统仿真模型的方法；
3、掌握模块参数和仿真参数的设置以及建立子系统的方法。
二、实验内容
1.用Simulink对以下系统进行仿真
其中u（t）为系统输入，y（t）为系统输出，仿真当输入为正弦信号时，输出的信号的波形，仿真时
间02.在滑艇的运行过程中，滑艇主要受到如下作用力的控制：
滑艇自身的牵引力F，滑艇受到的水的阻力
。
其中水的阻力
，
为滑艇的运动速度。
由运动学的相关定理可知，整个滑艇系统的动力学方程为：
其中，m为滑艇的质量。
假设滑艇的质量为1000kg，建立此系统的Simulink模型并进行分析。
3．输入教材中P198中例题5-2并作仿真。
（不做）
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