MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)考試復(fù)習(xí)總結(jié)

1、 第一章 基礎(chǔ)系統(tǒng)仿真是根據(jù)被研究的真實(shí)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型研究系統(tǒng)性能的一門(mén)學(xué)科，現(xiàn)在尤指利用電腦去研究數(shù)學(xué)模型行為的方法，即數(shù)值仿真。集計(jì)算，可視化及編程于一身。其主要產(chǎn)品模塊構(gòu)成：toolbox3MATLAB Compiler4simulink(5)stateflow(6)Real-Time Workshop。3MATLAB語(yǔ)言被稱(chēng)為第四代電腦語(yǔ)言。有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：編程效率高；使用方便；高效方便的科學(xué)計(jì)算；先進(jìn)的可視化工具；開(kāi)放性、可擴(kuò)展性強(qiáng)；運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)連接外部C或FORTRAN應(yīng)用函數(shù)；在獨(dú)立C或FORTRAN程序中調(diào)用MATLAB函數(shù)；輸入輸出各種及其他標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)文件；創(chuàng)建圖文并茂

2、的技術(shù)文檔；特殊應(yīng)用工具箱；高效仿真工具Smulink。4變量命名規(guī)則：變量名、函數(shù)名對(duì)字母大小寫(xiě)敏感；變量名第一個(gè)字母必須是英文字母只能是英文、數(shù)字和下連線(xiàn)。5 real(z) 求復(fù)數(shù)Z實(shí)部 imag(Z) 求復(fù)數(shù)Z虛部 abs(z) 求復(fù)數(shù)Z的模 angle(Z) 求復(fù)數(shù)Z的相角單位是弧度callback 回校函數(shù) mdata=csvread(engdata.txt)clc 清除指令窗 clf清除圖形窗cd設(shè)置當(dāng)前工作目錄 clear清除工作空間保存的變量edit打開(kāi)M文件編輯器 exit、quit關(guān)閉、退出MATLAB6 c=3+5i c=3+5*i (a=3;b=5;c=a+b*i)1

3、.3e-4 A.轉(zhuǎn)置 S.*B S./B B.S A.n7Command History歷史指令窗記錄著用戶(hù)在命令指令窗中所輸入過(guò)的所有指令行，且所有這些被記錄的指令行都能被復(fù)制，并送到指令窗中再運(yùn)行。8Workspace Browser(工作空間瀏覽器也叫內(nèi)存瀏覽器，他保存了指令窗所使用過(guò)的全部變量除非有意刪除),可通過(guò)該瀏覽器對(duì)內(nèi)存變量進(jìn)行操作。10點(diǎn)擊MATLAB桌面工具條上的？圖標(biāo)，或選擇下拉菜單項(xiàng)【Help】，都能提供幫助；還提供現(xiàn)場(chǎng)幫助，用鼠標(biāo)點(diǎn)亮指令并點(diǎn)擊右鍵，在彈出的菜單中選擇【Help On Selection】。第二章 數(shù)據(jù)及其運(yùn)算1簡(jiǎn)單數(shù)組生成方法：逐個(gè)元素輸入法；冒號(hào)生

4、成法x=a:intc:b; x=linspace(a,b,n)=a:(b-a)/(n-1):b;logspace(w1,w2,n)2>> diag(3,3,3) 產(chǎn)生對(duì)角形數(shù)組ans =3 0 0 0 3 0 0 0 3>> eye(3) 產(chǎn)生單位數(shù)組ans =1 0 0 0 1 0 0 0 1>> magic(3) 產(chǎn)生魔方數(shù)組ans =8 1 6 3 5 7 4 9 2>> ones(3) 產(chǎn)生全1數(shù)組ans =1 1 1 1 1 1 1 1 1>> rand(3) 產(chǎn)生0、1間隨機(jī)數(shù)組>> zeros(3) 產(chǎn)生全0

5、數(shù)組ans =0 0 0 0 0 0 0 0 0>> zeros(3,2)ans =0 0 0 0 0 03一位數(shù)組尋訪(fǎng)>> x=2.0000 1.0472 1.7321 3.0000+5.0000i;>> x1=x(3)>> x2=x(1 2 4)>> x3=x(2:end)>> x4=x(4:-1:1) 4二維數(shù)組尋訪(fǎng)：A：，j)表示A矩陣的第j列全部元素；Ai，：表示A矩陣第i行全部元素；A1:3，2:4表示對(duì)A矩陣取第13行，第24列中所有元素。 例：>> A=rand(3,5)>> A1=

6、A(1,:)>> A2=A(1:2,2:5)>> A3=A(1,3,2,5)5非數(shù)Not a Number)指的是0/0、/、0x之類(lèi)的運(yùn)算，用NaN或nan表示。非數(shù)參與運(yùn)算所得結(jié)果也是非數(shù)，具有傳遞性；非數(shù)沒(méi)有大小，不能比較兩個(gè)非數(shù)的大小。6在MATLAB中，空數(shù)組除了用 表示外，某維或假設(shè)干維長(zhǎng)度均為0的數(shù)組都是空數(shù)組。7邏輯運(yùn)算符： &與 |或 非第3章 數(shù)據(jù)和數(shù)組的可視化1例t=(0:pi/50:2*pi)' %生成101x1)的時(shí)間采樣列向量 k=0.4:0.1:1; %生成1x7的行向量X=cos(t)*k; %生成101x7)的矩陣plo

7、t(X)； %繪制曲線(xiàn)，橫坐標(biāo)為每列元素對(duì)應(yīng)的下標(biāo)Plot(t,X) %以t為橫坐標(biāo)，X為縱坐標(biāo)，按Y的列數(shù)繪制曲線(xiàn)線(xiàn)型符號(hào) -：-.- -含義 實(shí)線(xiàn)虛線(xiàn)點(diǎn)劃線(xiàn)雙劃線(xiàn)色彩符號(hào)bgrcmykw含義藍(lán)綠紅青品紅黃黑白2 grid on 畫(huà)出分格線(xiàn) grid off 不畫(huà)分格線(xiàn) box on 使坐標(biāo)封閉 box off 使坐標(biāo)開(kāi)啟 title(s) 書(shū)寫(xiě)圖名 text(x,y,s) 在x,y)處寫(xiě)字符注釋 xlable(s) 橫坐標(biāo)軸名 ylable(s) 縱坐標(biāo)軸名hold on,hold off 多層疊繪 axis0,1,-1,17坐標(biāo)范圍alpha(0)完全透明，alpha(0.5)半透明,a

8、lpha(1)完全不透明plotyy(X1,Y1,X2,Y2) 雙縱坐標(biāo) shadingflat,interp,faceted3 view(az,el) 通過(guò)方位角、俯視角設(shè)置視點(diǎn)，例view-82,58 View(vx,xy,xz) 通過(guò)直角坐標(biāo)設(shè)置視點(diǎn)3 M文件包括M腳本文件和M函數(shù)文件；M腳本文件的執(zhí)行過(guò)程與在指令窗中直接輸入指令的效果一樣，但效率更高；M函數(shù)文件與腳本文件類(lèi)似之處在于他們都是一個(gè)擴(kuò)展名為“.m”的文件；M函數(shù)文件通常由以下幾個(gè)部分組成：函數(shù)定義行、H1行、函數(shù)幫助文本、函數(shù)體、注釋。legend(s1,s2,在圖的右上角建立圖例3例：t=(0:0.02:2)*pi;x=

9、sin(t);y=cos(t);z=cos(2*t);plot3(x,y,z,'b-',x,y,z,'bd')box onlegend('鏈','寶石')4 >>x=-4:4;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);Z=X.2+Y.2;subplot(1,3,1),surf(X,Y,Z) %曲面圖subplot(1,3,2),mesh(X,Y,Z) %網(wǎng)線(xiàn)圖subplot(1,3,3),plot3(x,y,x.2+y.2)；box on %曲線(xiàn)圖5>> x,y=meshgrid(-3:0.1:3,-2:

10、0.1:2);z=(x.2+2*x).*exp(-x.2-y.2-x.*y);subplot(1,2,1),mesh(x,y,z)axis(-3,3,-2,2,-0.5,1.0)title('toushi') hidden off %透視被疊壓圖形subplot(1,2,2),mesh(x,y,z) >> title('xiaoyin')hidden on %消隱被疊壓圖形>> axis(-3,3,-2,2,-0.5,1.0)第4章 MATLAB編程1for x=array 說(shuō)明：循環(huán)體執(zhí)行的次數(shù)由數(shù)組array的列數(shù)決定 (comman

11、ds) 例： end b=sqrt(1-x2); end2while expression 說(shuō)明：當(dāng)expression為真時(shí)，執(zhí)行循環(huán)體直commands 到為假end3if expression if expressioncommands commandsend else end4 ezplot(f)其中f=f(x,y)為用符號(hào)函數(shù)表示的隱函數(shù)例：ezplot(x2+x*y+y2-10)5x,y=ginput(n) 該指令用鼠標(biāo)從圖形上獲取n個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)x,y6例：用冒泡法對(duì)數(shù)組A=1 6 8 9 3 5 6進(jìn)行升序排序解：>> r=length(A); for i=1:r-1

12、for j=i+1:r if A(i)>A(j) %A(i)<A(j)時(shí)，進(jìn)行降序排序 temp=A(i); A(i)=A(j); A(j)=temp; end end end y=A 第五章 系統(tǒng)模型1電腦仿真過(guò)程：建模；模型實(shí)現(xiàn)；仿真分析。2 num=5,3; den=1,6,11,6; %sys=tf(num,den) sys=tf(num,den)Transfer function: 5 s + 3-s3 + 6 s2 + 11 s + 6 sys=tf(5 3,1 6 11 6) Transfer function: 5 s + 3-s3 + 6 s2 + 11 s +

13、6z=-0.6;p=-3 -2 -1; sys=zpk(Z,P,K) k=5;sys=zpk(z,p,k) Zero/pole/gain:5 (s+0.6) - (s+3) (s+2) (s+1) >> sys=zpk(-0.6,-3 -2 -1,5) Zero/pole/gain: 5 (s+0.6)-(s+3) (s+2) (s+1) >> z,p,k=zpkdata(sys,'v')p = -3 -2 -1k =5>> num,den=tfdata(sys,'v')num =0 0 5 3den =1 6 11 63 p

14、zmap(sys) 注：該指令將在S平面上用符號(hào)“O”表示零點(diǎn)，符號(hào)“X”表示極點(diǎn)。4例：延時(shí)模型。G(s)=e-0.5t(5s+3/s3+6s2+11s+6)num=5 3 ; sys=tf(num,den,'inputdelay',tao)den=1 6 11 6; sys=zpk(z,p,k,'inputdelay',tao)sys=tf(num,den,'inputdelay',0.5)Transfer function: 5 s + 3exp(-0.5*s) * - s3 + 6 s2 + 11 s + 65串聯(lián)模型：sys=serie

15、s(sys1,sys2)=sys1*sys2 并聯(lián)模型：sys=parallel(sys1,sys2)=sys1+sys2 反饋連接：sys=feedback(sys1,sys2,sign)第6章 系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)及其仿真1對(duì)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字動(dòng)態(tài)仿真，主要有兩種方法：基于數(shù)值積分的仿真方法；基于離散相似法的仿真方法。2數(shù)值積分方法所得到的離散數(shù)值解只是精確解的近似，其誤差來(lái)自于兩個(gè)方面，即舍入誤差和局部截?cái)嗾`差。舍入誤差與計(jì)算步長(zhǎng)h成反比，局部截?cái)嗾`差與h成正比，顯然選擇一個(gè)合適的積分步長(zhǎng)可使總誤差到達(dá)最小。3數(shù)值積分常用方法：歐拉法、梯度法、龍格-庫(kù)塔法、Gear法4 step(sys) s

16、tep(sys,Tfinal) step(sys,T) 階躍響應(yīng)仿真說(shuō)明：sys是系統(tǒng)模型；Tfinal為仿真時(shí)間，假設(shè)省略則由系統(tǒng)默認(rèn)；T為仿真時(shí)間向量，T=T0:dt:Tfinal,dt為連續(xù)系統(tǒng)離散化的采樣周期，T0為仿真開(kāi)始時(shí)間。5 impulse(sys) 脈沖響應(yīng)仿真6U,T=gensig(Type,Tau) 信號(hào)發(fā)生器u,t=gensig(square,5,10)說(shuō)明：Type為信號(hào)類(lèi)型：sin、square、pulse；Tau為信號(hào)周期；U為信號(hào)值向量；T為與U對(duì)應(yīng)的時(shí)間向量。7 lsim(sys,U,T) 任意輸入相應(yīng)函數(shù)8 initialsys,x0用于計(jì)算零輸入狀態(tài)下，由

17、初始狀態(tài)x0所引起的響應(yīng)，只能用于狀態(tài)空間模型。9T,y=ode45(f,tspan,yo,options)為一種單步顯式，變步長(zhǎng)RK-45算法，用于求解非剛性微分方程；ode23也一樣；ode113屬于多步法，求解非剛性。10例：已知某系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程及初始條件為： y1'=y2y3; y2'=-y1y3; y3'=-2y1y2求時(shí)間區(qū)間t=0,20微分方程的解。解:(1)建立描述系統(tǒng)微分方程的m-函數(shù)文件function dy=rigit(t,y)dy=zeros(3,1);dy(1)=y(2)*y(3);dy(2)=-y(1)*y(3);dy(3)=-2*y(1)*y

18、(2);(2) 編寫(xiě)調(diào)用函數(shù)rigit()的M文件，并執(zhí)行T,y=ode45('rigit',0,20,0,0.5.-0.5);Plot(T,y(:,1),'r',T,y(:,2),'b*',T,y(:3),'k-.');legend('y1','y2','y3')11已知二階微分方程 y"-(1-y2)y'+y=0 y(0)=0,y'(0)=1求時(shí)間區(qū)間t=0,20微分方程的解。 解：1將微分方程表示成一階微分方程組： y1=y; y1'=y2;

19、y2'=(1-y12)y2-y1(2)建立描述系統(tǒng)微分方程的m-函數(shù)文件function dy=vdp(t,y)dy=zeros(2,1);dy(1)=y(2);dy(2)=(1-y(1)2)*y(2)-y(1)（3） 編寫(xiě)MATLAB主程序，并執(zhí)行T,y=ode45('vdp',0,20,0,1);Plot(T,y(:,1),'r-',T,y(:,2),'b:');legend('y1','y2')第七章 系統(tǒng)頻率響應(yīng)及其仿真1頻率響應(yīng)是指系統(tǒng)對(duì)諧波輸入的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)；頻率特性是指系統(tǒng)在正弦信號(hào)作用下，穩(wěn)態(tài)輸

20、出與輸入之比對(duì)頻率的關(guān)系特性。G(jw)=Xo(jw)/Xi(jw)=A(jw)ej(w)2繪制G (s)=11(s+1)/s(s2+15s+4)的幅頻特性曲線(xiàn)和相頻特性曲線(xiàn)解： num=11,11;den=1 15 4 0;w=0.05:0.01:0.5*pi;Gw=polyval(num,j*w)./polyval(den,j*w);mag=abs(Gw); %p=0 wc<wg 系統(tǒng)穩(wěn)定theta=angle(Gw); wc>wg 不穩(wěn)定subplot(2,1,1),plot(w,mag);grid on;title('幅頻特性ylable('|G|'

21、subplot(2,1,2),plot(w,theta);grid on;title('相頻特性Xlable('omega(rad/s)'),ylable('deg')3多項(xiàng)式函數(shù)Y=polyval(P,X) P:系數(shù)向量 X：自變量4系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)freqs(b,a,w) b、a為傳遞函數(shù)分子分母系數(shù)向量h=freqs(b,a,w0 指定正實(shí)角頻率，返回響應(yīng)值；h,w=freqs(b,a) 自動(dòng)確定200個(gè)頻率點(diǎn)，返回響應(yīng)值和對(duì)應(yīng)角頻率freqs(b,a,w) 繪制對(duì)指定正實(shí)角頻率向量的幅值和相頻特性曲線(xiàn)。5nyquist(sys) 繪制nyquis

22、t圖nyquist(sys,w) 指定頻率范圍w，繪制nyquist圖nyquist(sys1，sys2,，sysn,w) 在同一坐標(biāo)系繪制多個(gè)nyquist Re,Im,w=nyquist(sys) 返回頻率響應(yīng)的實(shí)部和虛部及對(duì)應(yīng)w，不繪圖6 bode(sys) 繪制bode圖 bodemag(sys) 僅繪制幅頻bode圖7 margin(sys) 繪制Bode圖，標(biāo)出幅值與相位裕度。kg,y,wg,Wc=marginsys 返回幅值裕度kg，相位裕度y,相位穿越頻率Wc和幅值穿越頻率Wg，不繪制Bode圖。第八章 控制系統(tǒng)的綜合校正1控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)大體上可分為兩類(lèi)，即頻域指標(biāo)和時(shí)域指

23、標(biāo)。2已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)為G(s)=5(s+1)/(s3+4s2+6s+5),求最大超調(diào)量Mp,調(diào)整時(shí)間ts和峰值時(shí)間tp.解： >> num=5 5;den=1 4 6 5;sys=tf(num,den);finalvalue=polyval(num,0)/polyval(den,0);y,t=step(sys); %y()=lim sY(s)=limG(s)yp,k=max(y);tp=t(k); G(s)=Y(s)/(1/s)=sY(s)Mp=100*(yp-finalvalue)/finalvalue;len=length(t);while(y(len)>0.98*fi

24、nalvalue)&(y(len)<1.02*finalvalue)len=len-1;end;ts=t(len);step(sys)3已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為Gk=10/s(s+1)(s+5),求其單位斜坡輸入時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。解：G k=zpk(,0 -1 -5,10);Xi=zpk(,0 0,1);sys=1/(1+Gk);Es=sys*Xi; %dcgain(sys)=lim sys(s)ess=dcgain(tf(1 0,1)*Es); %計(jì)算穩(wěn)態(tài)偏差ss=lim sE(s)t=0:0.05:10;xi=t; E(s)=Xi(s)/(1+G(s)H(s)y=lsim(sys*Gk,xi,t); E(s)=H(s)E1(s)plot(t,xi,'r-.',t,y,t,xi-y','k:)legend('shuru',&