南昌大學matlab與控制系統(tǒng)仿真實驗報告

1、-PAGE . z . I . . r . . 實 驗 報 告實驗課程： MATLAB與控制系統(tǒng)仿真姓 名：學 號：專業(yè)班級：2016年 6月目 錄實驗一 MATLAB的環(huán)境與根本運算一實驗二 MATLAB的環(huán)境與根本運算二實驗三 MATLAB語言的程序設(shè)計實驗四 MATLAB的圖形繪制實驗五基于SIMULINK的系統(tǒng)仿真實驗六控制系統(tǒng)的頻域與時域分析實驗七控制系統(tǒng)PID校正器設(shè)計法實驗八 線性方程組求解及函數(shù)求極值 實驗一 MATLAB的環(huán)境與根本運算一一、實驗目的1熟悉MATLAB開發(fā)環(huán)境2掌握矩陣、變量、表達式的各種根本運算二、實驗根本原理1.熟悉MATLAB環(huán)境: MATLAB桌面和命

2、令窗口、命令歷史窗口、幫助信息瀏覽器、工作空間瀏覽器、文件和搜索路徑瀏覽器。2.掌握MATLAB常用命令表1 MATLAB常用命令clc 去除命令窗口中內(nèi)容clear 去除工作空間中變量help 對所選函數(shù)的功能、調(diào)用格式及相關(guān)函數(shù)給出說明lookfor 查找具有*種功能的函數(shù)但卻不知道該函數(shù)的準確名稱3.MATLAB變量與運算符31變量命名規(guī)則32 MATLAB的各種常用運算符表2 MATLAB算術(shù)運算符操作符功能說明操作符功能說明+ 加 矩陣左除- 減. 數(shù)組左除* 矩陣乘/ 矩陣右除.* 數(shù)組乘./ 數(shù)組右除 矩陣乘方 矩陣轉(zhuǎn)置. 數(shù)組乘方. 數(shù)組轉(zhuǎn)置 表3 MATLAB關(guān)系運算符操作符

3、功能說明= 等于= 不等于 大于= 大于等于A=1,2,3,4,5;10,9,8,7,6;11,12,13,14,15;16,17,18,19,20A = 1 2 3 4 5 10 9 8 7 6 11 12 13 14 1516 17 18 19 20 A(2,2:3)ans = 9 8 A(2:4,4)ans = 7 1419 A(4:5,1:3)ans= 16 17 18 21 22 23六、實驗總結(jié) 在第一次實驗的根底上，自己這次實驗要相對上一次比擬順利，一些根本功能也能更好的掌握，但是對matlab這個軟件的強大功能還不能很好的應(yīng)用，因此我要加強對該軟件的學習，讓它更好的處理各個學科

4、的知識，總而言之，這次實驗的收獲還是比擬大的。實驗三 MATLAB語言的程序設(shè)計一、實驗目的1熟悉MATLAB程序編輯與設(shè)計環(huán)境2掌握各種編程語句語法規(guī)則及程序設(shè)計方法3函數(shù)文件的編寫和設(shè)計4了解和熟悉跨空間變量傳遞和賦值二、實驗根本原理1程序流程控制語句for循環(huán)構(gòu)造語法：for i初值：增量：終值語句1 語句n end 說明：1i初值：終值，則增量為1。2初值、增量、終值可正可負，可以是整數(shù)，也可以是小數(shù)，只須符合數(shù)學邏輯。while 循環(huán)構(gòu)造語法：while 邏輯表達式循環(huán)體語句end 說明：1whiIe構(gòu)造依據(jù)邏輯表達式的值判斷是否執(zhí)行循環(huán)體語勾。假設(shè)表達式的值為真，執(zhí)行循環(huán)體語句一次

5、、在反復執(zhí)行時，每次都要進展判斷。假設(shè)表達式的值為假，則程序執(zhí)行end之后的語句。2為了防止因邏輯上的失誤，而陷入死循環(huán)，建議在循環(huán)體語句的適當位置加break語句、以便程序能正常執(zhí)行。執(zhí)行循環(huán)體的次數(shù)不確定；每一次執(zhí)行循環(huán)體后，一定會改變while后面所跟關(guān)系式的值。3while循環(huán)也可以嵌套、其構(gòu)造如下：while邏輯表達式1 循環(huán)體語句1 while邏輯表達式2 循環(huán)體語句2 end 循環(huán)體語句3 end if-else-end分支構(gòu)造if 表達式1 語句1 else if 表達式2(可選) 語句2 else(可選) 語句3 end end 說明：1if構(gòu)造是一個條件分支語句，假設(shè)滿足表

6、達式的條件，則往下執(zhí)行；假設(shè)不滿足，則跳出if構(gòu)造。2else if表達式2與else為可選項，這兩條語句可依據(jù)具體情況取舍。3注意：每一個if都對應(yīng)一個end，即有幾個if，記就應(yīng)有幾個end。switch-case構(gòu)造語法：switch表達式case常量表達式1 語句組1 case常量表達式2 語句組2 otherwise 語句組n end 說明：1switch后面的表達式可以是任何類型，如數(shù)字、字符串等。2當表達式的值與case后面常量表達式的值相等時，就執(zhí)行這個case后面的語句組如果所有的常量表達式的值都與這個表達式的值不相等時，則執(zhí)行otherwise后的執(zhí)行語句。程序流程控制指令

7、break、return、pause 2函數(shù)文件的構(gòu)造和編寫方法函數(shù)只能在函數(shù)體內(nèi)對變量進展操作，也就是只能函數(shù)本身工作空間中的變量。M函數(shù)文件的構(gòu)造1函數(shù)定義行function2H1行函數(shù)幫助文本的第一行3函數(shù)幫助文本4函數(shù)體5注釋函數(shù)文件編寫后，保存時，其文件名必須與函數(shù)名一樣。注意：函數(shù)名不要與MATLAB自身的函數(shù)命令一樣。三、主要儀器設(shè)備及耗材計算機四、實驗內(nèi)容練習A 1熟悉MATLAB程序編輯與設(shè)計環(huán)境2用for循環(huán)語句實現(xiàn)求1100的和3用for循環(huán)語句實現(xiàn)編寫一個求階乘n!的函數(shù)文件4設(shè)y=3,5,7,9,11,16,21,23,25,27，將y向量中屬于能整除3的元素傳遞給向

8、量z。(使用函數(shù)rem求余數(shù))。7數(shù)組A=2,4,6,8,10，B=4,9,6,7,4,求,其中n=5。五、實驗程序及結(jié)果程序如下：%用for循環(huán)語句實現(xiàn)求1100的和sum=0;for i=1:100sum=sum+i;endsum結(jié)果為：sum = 5050%用for循環(huán)語句實現(xiàn)編寫一個求階乘n!的函數(shù)文件function f=factor(n)f=1;for i=1:n f=f*i;End運行結(jié)果為： f=factor(10)f = 3628800%設(shè)y=3,5,7,9,11,16,21,23,25,27，將y向量中屬于能整除3的元素傳遞給向量z。(使用函數(shù)rem求余數(shù))y=3,5,7,

9、9,11,16,21,23,25,27;z=;for i=1:10 a=rem(y(i),3);if a=0 z=z,y(i);endendz 結(jié)果為：z = 3 9 21 27%數(shù)組A=2,4,6,8,10，B=4,9,6,7,4,求,其中n=5。A=2,4,6,8,10;B=4,9,6,7,4;n=5;sum=0;for i=1:5 a(i)=A(i)*B(n-i+1); sum=sum+a(i);endsum結(jié)果為：sum = 184六、實驗總結(jié)在前兩次實驗的根底上，掌握了根本的操作，這次實驗進一步加深了對軟件功能的探索，讓自己熟悉MATLAB程序編輯與設(shè)計環(huán)境，掌握編程語句語法規(guī)則及程

10、序設(shè)計方法、函數(shù)文件的編寫和設(shè)計，了解和熟悉跨空間變量傳遞和賦值。讓自己掌握了根本的編程方法，受益匪淺。實驗四 MATLAB的圖形繪制一、實驗目的1學習MATLAB圖形繪制的根本方法；2熟悉和了解MATLAB圖形繪制程序編輯的根本指令；3熟悉掌握利用MATLAB圖形編輯窗口編輯和修改圖形界面，并添加圖形的各種標注；4掌握plot、subplot的指令格式和語法。二、實驗根本原理1根本的繪圖命令plot*,y,2建立圖形窗口命令figure1；figure2；figure(n)翻開不同的圖形窗口，以便繪制不同的圖形。3grid on：在所畫出的圖形坐標中參加柵格grid off：除去圖形坐標中的

11、柵格。4hold on：把當前圖形保持在屏幕上不變，同時允許在這個坐標內(nèi)繪制另外一個圖形。hold off：使新圖覆蓋舊的圖形。5a*is設(shè)定軸的范圍a*is*min *ma* ymin yma*設(shè)定* 軸與y軸的最大、最小坐標。a*is(equal)：將*坐標軸和y坐標軸的單位刻度大小調(diào)整為一樣。6文字標示te*t(*,y,字符串)在圖形的指定坐標位置(*,y)處，標示單引號括起來的字符串。gte*t(字符串)利用鼠標在圖形的任意位置標示字符串。title(字符串)在所畫圖形的最上端顯示說明該圖形標題的字符串。*label(字符串)，ylabel(字符串)設(shè)置*，y坐標軸的名稱。輸入特殊的文

12、字需要用反斜杠開頭7subplotm，n，k：分割圖形顯示窗口，在同一個窗口中顯示多個圖形。m：上下分割個數(shù)n：左右分割個數(shù)k:：子圖編號8semilog*：繪制以*軸為對數(shù)坐標以10為底，y軸為線性坐標的半對數(shù)坐標圖形。semilogy：繪制以y 軸為對數(shù)坐標以10 為底，* 軸為線性坐標的半對數(shù)坐標圖形。三、主要儀器設(shè)備及耗材計算機四、實驗內(nèi)容1繪制以下曲線，要求盡可能多地使用二中所列命令。 = 4 * GB3 y=sin(t)sin(9t)2繪制二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)，綜合演示圖形標識。clf;t=6*pi*(0:100)/100;y=1-e*p(-0.3*t).*cos(0.7*t); tt

13、=t(find(abs(y-1)0.05);ts=ma*(tt); plot(t,y,r-,LineWidth,3) a*is(-inf,6*pi,0.6,inf) set(gca,*tick,2*pi,4*pi,6*pi,Ytick,0.95,1,1.05,ma*(y) grid on title(it y = 1 - e -alphatcosomegat) te*t(13.5,1.2,fontsize12alpha=0.3) te*t(13.5,1.1,fontsize12omega=0.7) hold on;plot(ts,0.95,bo,MarkerSize,10);hold off

14、cell_string1=fontsize12uparrow; cell_string2=fontsize16 fontname隸書鎮(zhèn)定時間; cell_string3=fontsize6 ; cell_string4=fontsize14rmt_s = num2str(ts); te*t(ts,0.85,cell_string) *label(fontsize14 bft rightarrow)ylabel(fontsize14 bfy rightarrow)五、實驗程序及結(jié)果1繪制以下曲線，要求盡可能多地使用二中所列命令。 = 4 * GB3 y=sin(t)sin(9t)%繪制以下曲線s

15、ubplot(2,2,1);*=-5:0.1:5;y=*-*.3/3;plot(*,y);title(圖形1);*label(*);ylabel(y);grid onsubplot(2,2,2);*=-5:0.1:5;y=1/2/pi*e*p(*.2/2);plot(*,y);title(圖形2);*label(*);ylabel(y);grid onsubplot(2,2,3);t=linspace(0,2*pi,10000);r=2;*=r*sin(t);y=r*cos(t);plot(*,y);title(圖形3);*label(*);ylabel(y);a*is(equal)grid

16、onsubplot(2,2,4);t=linspace(0,2*pi,10000);y=sin(t).*sin(9*t);plot(t,y);title(圖形4);*label(t);ylabel(y);grid on2繪制二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)，綜合演示圖形標識。六、實驗總結(jié) 這次實驗掌握了MATLAB圖形繪制的根本方法，熟悉和了解MATLAB圖形繪制程序編輯的根本指令，利用MATLAB圖形編輯窗口編輯和修改圖形界面，并添加圖形的各種標注，掌握plot、subplot的指令格式和語法。讓自己對軟件的拓展范圍加大，自己的使用更加順利，收獲很大。實驗五基于SIMULINK的系統(tǒng)仿真一、實驗目的1、熟悉

17、SIMULINK 工作環(huán)境及特點2、掌握線性系統(tǒng)仿真常用根本模塊的用法3、掌握SIMULINK 的建模與仿真方法4、子系統(tǒng)的創(chuàng)立和封裝設(shè)計二、實驗根本原理1、了解SIMULINK模塊庫中各子模塊根本功能2、SIMULINK 的建模與仿真方法1翻開模塊庫，找出相應(yīng)的模塊。鼠標左鍵點擊相應(yīng)模塊，拖拽到模型窗口中即可。2創(chuàng)立子系統(tǒng)：當模型大而復雜時，可創(chuàng)立子系統(tǒng)。3設(shè)置仿真控制參數(shù)。三、實驗程序及結(jié)果1、SIMULINK仿真實際應(yīng)用1雙環(huán)調(diào)速的電流環(huán)系統(tǒng)的方框圖模型為：圖中參數(shù)設(shè)為Ks=44；Ts=0.00167；Ta=0.017；R=1；Tm=0.075；Ce=0.1925；Kt=0.01178；

18、T1=0.049；T2=0.088(1)在Simulink集成環(huán)境下建立模型，在給定信號作用點處輸入單位給定階躍響應(yīng)信號，0.3秒后在擾動信號點輸入單位階躍響應(yīng)信號。并繪制相應(yīng)的響應(yīng)曲線(2)計算仿真結(jié)果的超調(diào)量、上升時間、調(diào)節(jié)時間、穩(wěn)態(tài)誤差。(3)設(shè)計PID調(diào)節(jié)器替代圖中的比例積分調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)Kp,Ti,Td，用使系統(tǒng)滿足超調(diào)量15%，上升時間0.3s，調(diào)節(jié)時間0.4s的要求。(4)要求對參加的PID控制器封裝成一個模塊使用。PID調(diào)節(jié)器 封裝模塊應(yīng)用PID調(diào)節(jié)器后2、用Simulink對以下系統(tǒng)進展仿真其中為系統(tǒng)輸入，y(t)為系統(tǒng)輸出，仿真當輸入為正弦信號時，輸出的信號的波形，仿真時間0=0t0.95*yss)&(y(tm)yss*1.05) tm=tm-1;endts=t(tm);k=1;while y(k) f=-(1+*2)/(1+*4),*=fminsearch(f