最新MATLAB练习题和答案.docx
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最新MATLAB练习题和答案
控制系统仿真实验
Matlab部分实验结果
实验一MATLAB基本操作
1用MATLAB可以识别的格式输入下面两个矩阵
再求出它们的乘积矩阵C，并将C矩阵的右下角2×3子矩阵赋给D矩阵。
赋值完成后，调用相应的命令查看MATLAB工作空间的占用情况。
A=[1,2,3,3;2,3,5,7;1,3,5,7;3,2,3,9;1,8,9,4];
B=[1+4i,4,3,6,7,8;2,3,3,5,5,4+2i;2,6+7i,5,3,4,2;1,8,9,5,4,3];
C=A*B;
D=C（4:
5,4:
6）;
whos
NameSizeBytesClassAttributes
A5x4160double
B4x6384doublecomplex
C5x6480doublecomplex
D2x396doublecomplex
2选择合适的步距绘制出下面的图形
，其中
t=[-1:
0.1:
1];
y=sin（1./t）;
plot（t,y）
3对下面给出的各个矩阵求取矩阵的行列式、秩、特征多项式、范数、特征根、特征向量和逆矩阵。
，
，
A=[7.5,3.5,0,0;8,33,4.1,0;0,9,103,-1.5;0,0,3.7,19.3];
B=[5,7,6,5;7,10,8,7;6,8,10,9;5,7,9,10];
C=[1:
4;5:
8;9:
12;13:
1rtf6];
D=[3,-3,-2,4;5,-5,1,8;11,8,5,-7;5,-1,-3,-1];
det（A）;det（B）;det（C）;det（D）;
rank（A）;
rank（B）;
rank（C）;
rank（D）;
a=poly（A）;
b=poly（B）;
c=poly（C）;
d=poly（D）;
norm（A）;
norm（B）;
norm（C）;
norm（D）;
[v,d]=eig（A,'nobalance'）;
[v,d]=eig（B,'nobalance'）;
[v,d]=eig（C,'nobalance'）;
[v,d]=eig（D,'nobalance'）;
m=inv（A）;
n=inv（B）;
p=inv（C）;
q=inv（D）;
4求解下面的线性代数方程，并验证得出的解真正满足原方程。
（a）
，（b）
（a）
A=[7,2,1,-2;9,15,3,-2;-2,-2,11,5;1,3,2,13];
B=[4;7;-1;0];
X=A\B;
C=A*X;
（b）
A=[1,3,2,13;7,2,1,-2;9,15,3,-2;-2,-2,11,5];
B=[9,0;6,4;11,7;-2,-1];
X=A\B;
C=A*X;
5.
（1）初始化一10*10矩阵，其元素均为1
ones（10,10）;
（2）初始化一10*10矩阵，其元素均为0
zeros（10,10）;
（3）初始化一10*10对角矩阵
v=[1:
10];
diag（v）;
（4）输入A=[715；256；315]，B=[111;222;333]，执行下列命令，理解其含义
A（2,3）表示取A矩阵第2行、第3列的元素；
A（:
2） 表示取A矩阵的第２列全部元素；
A（3,:
）表示取A矩阵第３行的全部元素；
A（:
1:
2:
3）表示取A矩阵第1、3列的全部元素；
A（:
3）.*B（:
2）表示A矩阵第3列的元素点乘B矩阵第2列的元素
A（:
3）*B（2,:
）表示A矩阵第3列的元素乘以B矩阵第2行
A*B矩阵AB相乘
A.*B矩阵A点乘矩阵B
A^2矩阵A的平方
A.^2矩阵表示求矩阵A的每一个元素的平方值
B/A表示方程AX=B的解X
B./A表示矩阵B的每一个元素点除矩阵A的元素
6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]，用不同颜色，不同线的类型予以表示，注意坐标轴的比例控制。
t=[0:
0.01:
2*pi];
y1=cos（t-0.25）;
plot（t,y1,'r--'）
holdon
y2=sin（t-0.5）;
plot（t,y2,'k'）
实验二Matlab编程
1分别用for和while循环结构编写程序，求出
并考虑一种避免循环的简洁方法来进行求和。
（a）j=1;n=0;sum=1;
forn=n+1:
63
fori=1:
n
j=j*2;
end
sum=sum+j;
j=1;
end
sum
（b）j=1;n=1;sum=1;
whilen~=64
i=1;
whileij=j*2;
i=i+1;
end
n=n+1;
sum=sum+j;
j=1;
end
Sum
（c）i=0:
63;k=sum（2.^i）;
2计算1+2+…+n<2000时的最大n值
s=0;m=0;while（s<=2000）,m=m+1;s=s+m;end,m
3用MATLAB语言实现下面的分段函数
存放于文件ff.m中，令D=3，h=1求出，f（-1.5）,f（0.5）,f（5）.
D=3;h=1;
x=-2*D:
1/2:
2*D;
y=-h*（x<-D）+h/D./x.*（（x>=-D）&（x<=D））+h*（x>D）;
plot（x,y）;
gridon
f1=y（find（x==-1.5））
f2=y（find（x==0.5））
f3=y（find（x==5））
实验三Matlab底层图形控制
1在MATLAB命令行中编程得到y=sin（t）和y1=cos（t）函数,plot（t,y）;figure（10）;plot（t,y1）;
>>t=[-pi:
0.05:
pi];
>>y=sin（t）;
>>y1=cos（t）;
>>plot（t,y）
>>figure（10）;
>>plot（t,y1）
2在MATLAB命令行中键入h=get（0），查看根屏幕的属性，h此时为根屏幕句柄的符号表示，0为根屏幕对应的标号。
>>h=get（0）
h=
BeingDeleted:
'off'
BusyAction:
'queue'
ButtonDownFcn:
''
CallbackObject:
[]
Children:
[2x1double]
Clipping:
'on'
CommandWindowSize:
[8927]
CreateFcn:
''
CurrentFigure:
1
DeleteFcn:
''
Diary:
'off'
DiaryFile:
'diary'
Echo:
'off'
FixedWidthFontName:
'CourierNew'
Format:
'short'
FormatSpacing:
'loose'
HandleVisibility:
'on'
HitTest:
'on'
Interruptible:
'on'
Language:
'zh_cn.gbk'
MonitorPositions:
[111440900]
More:
'off'
Parent:
[]
PointerLocation:
[1048463]
PointerWindow:
0
RecursionLimit:
500
ScreenDepth:
32
ScreenPixelsPerInch:
96
ScreenSize:
[111440900]
Selected:
'off'
SelectionHighlight:
'on'
ShowHiddenHandles:
'off'
Tag:
''
Type:
'root'
UIContextMenu:
[]
Units:
'pixels'
UserData:
[]
Visible:
'on'
3h1=get
（1）;h2=get（10）,1,10分别为两图形窗口对应标号，其中1为Matlab自动分配，标号10已在figure（10）中指定。
查看h1和h2属性，注意CurrentAxes和CurrenObject属性。
>>h1=get
（1）
h1=
Alphamap:
[1x64double]
BeingDeleted:
'off'
BusyAction:
'queue'
ButtonDownFcn:
''
Children:
170.0012
Clipping:
'on'
CloseRequestFcn:
'closereq'
Color:
[0.80000.80000.8000]
Colormap:
[64x3double]
CreateFcn:
''
CurrentAxes:
170.0012
CurrentCharacter:
''
CurrentObject:
[]
CurrentPoint:
[00]
DeleteFcn:
''
DockControls:
'on'
FileName:
''
FixedColors:
[10x3double]
HandleVisibility:
'on'
HitTest:
'on'
IntegerHandle:
'on'
Interruptible:
'on'
InvertHardcopy:
'on'
KeyPressFcn:
''
KeyReleaseFcn:
''
MenuBar:
'figure'
MinColormap:
64
Name:
''
NextPlot:
'add'
NumberTitle:
'on'
PaperOrientation:
'portrait'
PaperPosition:
[0.63456.345220.304615.2284]
PaperPositionMode:
'manual'
PaperSize:
[20.984029.6774]
PaperType:
'A4'
PaperUnits:
'centimeters'
Parent:
0
Pointer:
'arrow'
PointerShapeCData:
[16x16double]
PointerShapeHotSpot:
[11]
Position:
[440378560420]
Renderer:
'painters'
RendererMode:
'auto'
Resize:
'on'
ResizeFcn:
''
Selected:
'off'
SelectionHighlight:
'on'
SelectionType:
'normal'
Tag:
''
ToolBar:
'auto'
Type:
'figure'
UIContextMenu:
[]
Units:
'pixels'
UserData:
[]
Visible:
'on'
WindowButtonDownFcn:
''
WindowButtonMotionFcn:
''
WindowButtonUpFcn:
''
WindowKeyPressFcn:
''
WindowKeyReleaseFcn:
''
WindowScrollWheelFcn:
''
WindowStyle:
'normal'
WVisual:
'00（RGB32GDI,Bitmap,Window）'
WVisualMode:
'auto'
>>h2=get（10）
h2=
Alphamap:
[1x64double]
BeingDeleted:
'off'
BusyAction:
'queue'
ButtonDownFcn:
''
Children:
342.0011
Clipping:
'on'
CloseRequestFcn:
'closereq'
Color:
[0.80000.80000.8000]
Colormap:
[64x3double]
CreateFcn:
''
CurrentAxes:
342.0011
CurrentCharacter:
''
CurrentObject:
[]
CurrentPoint:
[00]
DeleteFcn:
''
DockControls:
'on'
FileName:
''
FixedColors:
[10x3double]
HandleVisibility:
'on'
HitTest:
'on'
IntegerHandle:
'on'
Interruptible:
'on'
InvertHardcopy:
'on'
KeyPressFcn:
''
KeyReleaseFcn:
''
MenuBar:
'figure'
MinColormap:
64
Name:
''
NextPlot:
'add'
NumberTitle:
'on'
PaperOrientation:
'portrait'
PaperPosition:
[0.63456.345220.304615.2284]
PaperPositionMode:
'manual'
PaperSize:
[20.984029.6774]
PaperType:
'A4'
PaperUnits:
'centimeters'
Parent:
0
Pointer:
'arrow'
PointerShapeCData:
[16x16double]
PointerShapeHotSpot:
[11]
Position:
[440378560420]
Renderer:
'painters'
RendererMode:
'auto'
Resize:
'on'
ResizeFcn:
''
Selected:
'off'
SelectionHighlight:
'on'
SelectionType:
'normal'
Tag:
''
ToolBar:
'auto'
Type:
'figure'
UIContextMenu:
[]
Units:
'pixels'
UserData:
[]
Visible:
'on'
WindowButtonDownFcn:
''
WindowButtonMotionFcn:
''
WindowButtonUpFcn:
''
WindowKeyPressFcn:
''
WindowKeyReleaseFcn:
''
WindowScrollWheelFcn:
''
WindowStyle:
'normal'
WVisual:
'00（RGB32GDI,Bitmap,Window）'
WVisualMode:
'auto'
4输入h.Children，观察结果。
>>h.Children
ans=
1
10
5键入gcf，得到当前图像句柄的值，分析其结果与h，h1，h2中哪个一致，为什么?
ans=
1
结果与h的一致
6鼠标点击Figure1窗口，让其位于前端，在命令行中键入gcf，观察此时的值，和上一步中有何不同，为什么?
ans=
1
7观察h1.Children和h2.Children，gca的值。
>>h1.Children
ans=
170.0012
>>h2.Children
ans=
342.0011
>>gca
ans=
170.0012
8观察以下程序结果h3=h1.Children;set（h3,'Color','green'）;h3_1=get（h3,'children'）;set（h3_1,'Color','red'）;其中h3_1为Figure1中线对象句柄，不能直接采用h3_1=h3.Children命令获得。
9命令行中键入plot（t,sin（t-pi/3）），观察曲线出现在哪个窗口。
h4=h2.Children;axes（h4）;plot（t,sin（t-pi/3）），看看此时曲线显示在何窗口。
plot（t,sin（t-pi/3））后，曲线出现在figure1窗口；h4=h2.Children;axes（h4）;plot（t,sin（t-pi/3））后，曲线出现在figure10
实验四控制系统古典分析
3．已知二阶系统
（1）编写程序求解系统的阶跃响应；
a=sqrt（10）;
zeta=（1/a）;
num=[10];
den=[12*zeta*a10];
sys=tf（num,den）;
t=0:
0.01:
3;
figure
（1）
step（sys,t）;grid
修改参数，实现
和
的阶跃响应；
时：
a=sqrt（10）;
zeta=1;
num=[10];
den=[12*zeta*a10];
sys=tf（num,den）;
t=0:
0.01:
3;
figure
（1）
step（sys,t）;grid
时：
a=sqrt（10）;
zeta=2;
num=[10];
den=[12*zeta*a10];
sys=tf（num,den）;
t=0:
0.01:
3;
figure
（1）
step（sys,t）;grid
修改参数，实现
和
的阶跃响应（
）
时：
a=sqrt（10）;
zeta=（1/a）;
num=[0.25];
den=[12*zeta*0.5*a0.25];
sys=tf（num,den）;
t=0:
0.01:
3;
figure
（1）
step（sys,t）;grid
时：
a=sqrt（10）;
zeta=（1/a）;
num=[40];
den=[12*zeta*2*a40];
sys=tf（num,den）;
t=0:
0.01:
3;
figure
（1）
step（sys,t）;grid
（2）试做出以下系统的阶跃响应，并比较与原系统响应曲线的差别与特点，作出相应的实验分析结果。
；
；
要求：
分析系统的阻尼比和无阻尼振荡频率对系统阶跃响应的影响；
分析响应曲线的零初值、非零初值与系统模型的关系；
分析响应曲线的稳态值与系统模型的关系；
分析系统零点对阶跃响应的影响；
a=sqrt（10）;
zeta=（1/a）;
num=[10];
den=[12*zeta*a10];
sys=tf（num,den）;
t=0:
0.01:
3;
step（sys,t）;
holdon
num1=[0210];
sys1=tf（num1,den）;
step（sys1,t）;
num2=[10.510];
sys2=tf（num2,den）;
step（sys2,t）;
num3=[10.50];
sys3=tf（num3,den）;
step（sys3,t）;
num4=[010];
sys4=tf（num4,den）;
step（sys4,t）;grid
5
已知
令k＝1作Bode图，应用频域稳定判据确定系统的稳定性，并确定使系统获得最大相位裕度的增益k值。
G=tf（[11],[0.1100]）;
figure
（1）
margin（G）;grid
实验五控制系统现代分析
1
（2）Bode图法判断系统稳定性：
已知两个单位负反馈系统的开环传递函数分别为：
用Bode图法判断系统闭环的稳定性。
G1=tf（[2.7],[1540]）;
figure
（1）
margin（G）;grid
G2=tf（[2.7],[15-40]）;
figure
（2）
margin（G2）;grid
2
系统能控性、能观性分析
已知连续系统的传递函数模型：
当α分别取－1，0，＋1时，判别系统的能控性与能观性。
当α取-1时：
num=[1-1];
den=[1102718];
G=tf（num,den）;
G1=ss（G）
a=[-10-3.375-2.25;800;010];
b=[0.5;0;0];
Uc=[b,a*b,a^2*b];
rank（Uc）
a=
x1x2x3
x1-10-3.375-2.25
x2800
x3010
b=
u1
x10.5
x20
x30
c=
x1x2x3
y100.25-0.25
d=
u1
y10
Continuous-timemodel.
rankUc=
3
rankUo=
3
由此，可以得到系统能控性矩阵Uc的秩是3，等于系统的维数，故系统是能控的。
能观性矩阵Uo的秩是3，等于系统的维数，故系统能观测的。
当α取0时：
a=
x1x2x3
x1-10-3.375-2.25
x2800
x3010
b=
u1
x10.25
x20
x30
c=
x1x2x3
y100.50
d=
u1
y10
Continuous-timemodel.
rankUc=
3
rankUo=
3
由此，可以得到系统能控性矩阵Uc的秩是3，等于系统的维数，故系统是能控的。
能观性矩阵Uo的秩是3，等于系统的维数，故系统能观测的。
当α取1时：
a=
x1x2x3
x1-10-3.375-2.25
x2800
x3010
b=
u1
x10.5
x20
x30
c=
x1x2x3
y100.250.25
d=
u1
y10
rankUc=
3
rankUo=
2
由此，可以得到系统能控性矩阵Uc的秩是3，等于系统的维数，故系统是能控的。
能观性矩阵Uo的秩是2，小于系统的维数，故系统不能观测的。
实验六PID控制器的设计
1．已知三阶对象模型
，利用MATLAB编写程序，研究闭环系统在不同控制情况下的阶跃响应，并分析结果。
（1）
时，在不同KP值下，闭环系统的阶跃响应；
s=tf（'s'）;
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