MATLAB練習(xí)題和答案

1、MATLAB練習(xí)題和答案實(shí)驗(yàn)九直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真44控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)Matlab部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果TOC o 1-5 h z實(shí)驗(yàn)一MATLAB基本操作1實(shí)驗(yàn)二Matlab編程8實(shí)驗(yàn)三Matlab底層圖形控制10實(shí)驗(yàn)四控制系統(tǒng)古典分析23實(shí)驗(yàn)五控制系統(tǒng)現(xiàn)代分析28實(shí)驗(yàn)六PID控制器的設(shè)計(jì)35實(shí)驗(yàn)七系統(tǒng)狀態(tài)空間設(shè)計(jì)40實(shí)驗(yàn)一MATLAB基本操作1用MATLAB可以識別的格式輸入下面兩個(gè)矩_1223353_7A=1357B=3239I894陣_l+4/43678233554+2/26+7/5342189543_再求出它們的乘積矩陣C,并將C矩陣的右下角2X3子矩陣賦給D矩陣。賦值完成后，調(diào)用相應(yīng)的命令

2、查看MATLAB工作空間的占用情況。A=12,3z3;2z3a5a7;1a3z5,7;3z2,3z9；1,8,9,4；B=l+4if4,3A6f7,8;2A3,3,5,5z4+2i;2r6+7i,5a3z4a2;1,8z9,5z4,3;C=A*B;D=C(4:5f4:6);whosNameSizeBytesClassAttributes160double384doubleA5x4B4x6complexC5x6480doublecomplexD2x396doublecomplex2選擇合適的步距繪制出下面的圖形，其中sin(l/1)tg(-1,1)t=-1:0.1:1;y=sin(1./t);p

3、lot(t,y)3對下面給出的各個(gè)矩陣求取矩陣的行列式、 7.53.500-5765_8334.10，710877B=09103-1568109003.7193_57910_1234-_3-3-24-5678，5-518D=91011121185-7131415165-1-3-1A=C=秩、特征多項(xiàng)式、矩陣。范數(shù)、特征根、特征向量和逆A=7.5,3.5,0,08,33,4.1,00,9,103,1.50,0,3.7,19.3B=5,7,6,57,10,8,76,8,10,95,7,9,10C=1:45:89:1213:1rtf6D=3,3,2,45,5,1,811,8,5,75,1,3,1de

4、t(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求解下面的線性代數(shù)方程，并驗(yàn)證得出的解真正滿足原方程。721-2-4_9153-2X=7-2-2115-1_13213_0_(a)9a)_1321

5、3-90_721-2X=649153-2117_-2-2115_-2-1_(b)A=7,2,1,29,15,3,22,2,11,51,3,2,13B=4710X=ABC=A*X(b)A=1,3,2,137,2,1,29,15,3,22,2,11,5B=9,06,411,72,1X=ABC=A*X5.(1)初始化一10*10矩陣，其元素均為1ones(10,10)(2)初始化一10*10矩陣，其元素均為0zeros(10,10)(3)初始化一10*10對角矩陣v=1:10diag(v)(4)輸入A=715；256；315，B=111;222;333，執(zhí)行下列命令，理解其含義A(2,3)表示取A矩

6、陣第2行、第3列的元素；AC2)表示取A矩陣的第2列全部元素；A(3,:)表示取A矩陣第3行的全部元素；A(:,1:2:3)表示取A矩陣第1、3列的全部元素；A(：,3).*B(：2)表示A矩陣第3列的元素點(diǎn)乘B矩陣第2列的元素A(:,3)*B(2,:)表示A矩陣第3列的元素乘以B矩陣第2行A*B矩陣AB相乘A.*B矩陣A點(diǎn)乘矩陣BAa2矩陣A的平方丄人2矩陣表示求矩陣A的每一個(gè)元素的平方值B/A表示方程AX=B的解XB./A表示矩陣B的每一個(gè)元素點(diǎn)除矩陣A的元素6在同一坐標(biāo)系中繪制余弦曲線y=cos(t-0.25)和正弦曲線y=sin(t-0.5),t丘0,2n,用不同顏色，不同線的類型予以

7、表示，注意坐標(biāo)軸的比例控制。t=0:0.01:2*pi;y1=cos(t-0.25);plot(t,y1,r-)holdony2=sin(t-0.5);plot(t,y2,k)EJ0.6Q.20-02Q.S-12-06Eileli.：-.tfloLbsrbuttOKS張七軋btrusliL建LirL)j4dpic1sYlLnasrlIoLa1_匕業(yè)Id口Jtindo.Uel衛(wèi)-D.4實(shí)驗(yàn)二Matlab編程1分別用for和while循環(huán)結(jié)構(gòu)編寫程序，求出K=2i=1+2+22+23+262+263i=0并考慮一種避免循環(huán)的簡潔方法來進(jìn)行求和。（a）j=1;n=0;sum=1;forn=n+1:6

8、3fori=1:nj=j*2;endsum=sum+j;j=1;endsum（b）j=1;n=1;sum=1;whilen=64i=1;whilein+1j=j*2;i=i+1;endn=n+1;sum=sum+j;j=1;endSum(c)=0:63;k=sum(2.A);2計(jì)算1+2+n2000時(shí)的最大n值s=0;m=0;while(sDy=f(x)=h/Dx,|x|D-h,x-D存放于文件ff.m中，令D=3,h=1求出，f(-15),f(0.5),f(5).D=3;h=1;x=-2*D:1/2:2*D;y=-h*(x=-D)&(xD);plot(x,y);gridonf1=y(find

9、(x=-1.5)f2=y(find(x=0.5)f3=y(find(x=5)實(shí)驗(yàn)三Matlab底層圖形控制1在MATLAB命令行中編程得到y(tǒng)=sin(t)和y1=cos(t)函數(shù),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命令行中鍵入h=get(0),查看根屏幕的屬性，h此時(shí)為根屏幕句柄的符號表示，0為根屏幕對應(yīng)的標(biāo)號。h=get(0)BeingDeleted:offBusyAction:queueButtonDownFcn:Cal

10、lbackObject:Children:2x1doubleClipping:onCommandWindowSize:8927CreateFcn:CurrentFigure:1DeleteFcn:Diary:offDiaryFile:diaryEcho:offFixedWidthFontName:CourierNewFormat:shortFormatSpacing:looseHandleVisibility:onHitTest:onInterruptible:onLanguage:zh_cn.gbkMonitorPositions:111440900More:offParent:Pointe

11、rLocation:1048463PointerWindow:0RecursionLimit:500ScreenDepth:32ScreenPixelsPerInch:96ScreenSize:111440900Selected:offSelectionHighlight:onShowHiddenHandles:offTag:Type:rootUIContextMenu:Units:pixelsUserData:Visible:on3h1=get(1);h2=get(10),1,10分別為兩圖形窗口對應(yīng)標(biāo)號，其中1為Matlab自動分配，標(biāo)號10已在figure(10)中指定。查看hl和h2屬

12、性，注意CurrentAxes和CurrenObject屬性。h1=get(1)h1=Alphamap:1x64doubleBeingDeleted:offBusyAction:queueButtonDownFcn:Children:170.0012Clipping:onCloseRequestFcn:closereqColor:0.80000.80000.8000Colormap:64x3doubleCreateFcn:CurrentAxes:170.0012CurrentCharacter:CurrentObject:CurrentPoint:00DeleteFcn:DockControl

13、s:onFileName:FixedColors:10 x3doubleHandleVisibility:onHitTest:onIntegerHandle:onInterruptible:onInvertHardcopy:onKeyPressFcn:KeyReleaseFcn:MenuBar:figureMinColormap:64Name:NextPlot:addNumberTitle:onPaperOrientation:portraitPaperPosition:0.63456.345220.304615.2284PaperPositionMode:manualPaperSize:20

14、.984029.6774PaperType:A4PaperUnits:centimetersParent:0Pointer:arrowPointerShapeCData:16x16doublePointerShapeHotSpot:11Position:440378560420Renderer:paintersRendererMode:autoResize:onResizeFcn:Selected:offSelectionHighlight:onSelectionType:normalTag:ToolBar:autoType:figureUIContextMenu:Units:pixelsUs

15、erData:Visible:onWindowButtonDownFcn:WindowButtonMotionFcn:WindowButtonUpFcn:WindowKeyPressFcn:WindowKeyReleaseFcn:WindowScrollWheelFcn:WindowStyle:normalWVisual:00(RGB32GDI,Bitmap,Window)WVisualMode:autoh2=get(10)h2=Alphamap:1x64doubleBeingDeleted:offBusyAction:queueButtonDownFcn:Children:342.0011C

16、lipping:onCloseRequestFcn:closereqColor:0.80000.80000.8000Colormap:64x3doubleCreateFcn:CurrentAxes:342.0011CurrentCharacter:CurrentObject:CurrentPoint:00DeleteFcn:DockControls:onFileName:FixedColors:10 x3doubleHandleVisibility:onHitTest:onIntegerHandle:onInterruptible:onInvertHardcopy:onKeyPressFcn:

17、KeyReleaseFcn:MenuBar:figureMinColormap:64Name:NextPlot:addNumberTitle:onPaperOrientation:portraitPaperPosition:0.63456.345220.304615.2284PaperPositionMode:manualPaperSize:20.984029.6774PaperType:A4PaperUnits:centimetersParent:0Pointer:arrowPointerShapeCData:16x16doublePointerShapeHotSpot:11Position

18、:440378560420Renderer:paintersRendererMode:autoResize:onResizeFcn:Selected:offSelectionHighlight:onSelectionType:normalTag:ToolBar:autoType:figureUIContextMenu:Units:pixelsUserData:Visible:onWindowButtonDownFcn:WindowButtonMotionFcn:WindowButtonUpFcn:WindowKeyPressFcn:WindowKeyReleaseFcn:WindowScrol

19、lWheelFcn:WindowStyle:normalWVisual:00(RGB32GDI,Bitmap,Window)WVisualMode:auto4輸入hChildren,觀察結(jié)果。h.Childrenans=105鍵入gf得到當(dāng)前圖像句柄的值，分析其結(jié)果與h,hl,h2中哪個(gè)一致，為什么?ans=1結(jié)果與h的一致6鼠標(biāo)點(diǎn)擊Figure1窗口,讓其位于前端,在命令行中鍵入gcf,觀察此時(shí)的值，和上一步中有何不同，為什么?ans=17觀察h1.Children和h2.Children，gca的值。h1.Childrenans=170.0012h2.Childrenans=342.001

20、1gcaans=170.00128觀察以下程序結(jié)果h3=h1.Children;set(h3,Color,green);h3_1=get(h3,children);set(h3_1,Color,red);其中h3_1為Figure1中線對象句柄，不能直接采用h3_1=h3.Children命令獲得。9命令行中鍵入plot(tjSin(t-pi/3),觀察曲線出現(xiàn)在哪個(gè)窗口。h4=h2.Children;axes(h4);plot(t,sin(t-pi/3),看看此時(shí)曲線顯示在何窗口。plot(t,sin(tpi/3)后，曲線出現(xiàn)在figurel窗口；h4=h2Children;axes(h4)

21、;plot(t,sin(t-pi/3)后,曲線出現(xiàn)在figure1020 實(shí)驗(yàn)四控制系統(tǒng)古典分析3已知二階系統(tǒng)_ios2+2s+10(1)編寫程序求解系統(tǒng)的階躍響應(yīng)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);grida=sqrt(10);修改參數(shù)，實(shí)現(xiàn)g_和討1時(shí)：的階躍響應(yīng)；zeta=1;num=10;den=12*zeta*a10;sys=tf(num,den);t=0:0.01:3;figure(1)step(sys,t);grid時(shí)：a=sqrt

22、(10);zeta=2;num=10;den=12*zeta*a10;sys=tf(num,den);t=0:0.01:3;figure(1)step(sys,t);grid修改參數(shù)，實(shí)現(xiàn)=1和。二皿的階躍響應(yīng)n12nn2n3n12n1時(shí)：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時(shí)：二2n2na=sqrt(10);zeta=(1/a);num=40;den=12*zeta*2*a40;sys=tf(num,den);t=0:0

23、.01:3;figure(1)step(sys,t);grid(2)試做出以下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，并比較與原系統(tǒng)響應(yīng)曲線的差別與特點(diǎn)，作出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果。2s+10s2+2s+10s2+0.5s+10；G2(s)二s2+2s+10G3(s)二s2+0.5ss2+2s+101ss2+2s+10要求：分析系統(tǒng)的阻尼比和無阻尼振蕩頻率對系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響；分析響應(yīng)曲線的零初值、非零初值與系統(tǒng)模型的關(guān)系；分析響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值與系統(tǒng)模型的關(guān) 系；分析系統(tǒng)零點(diǎn)對階躍響應(yīng)的影響a=sqrt(10);zeta=(1/a);num=10;den=12*zeta*a10;sys=tf(num,den);t=0:0

24、.01:3;step(sys,t);holdonnum1=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);gridn0.42nsdfe電乳紳跟FiletTodIeDaskiopWindowStepResponseSystem:sys3Time(see:0.9Q4Amplitude:-0.396System:sysTimeie

25、c):0.827Ainplifutfe:T26彳System:sys1Time(sec):0.646Amplitude:1.35System:sys2Time(sec):0.731Amnlrtiidfi-ARflSSystem:sys4Tine(sec):Q.總了總Amplitude:0.1525已知G(s)二k(s+1)(_S2(0.1s+1)令k=1作Bode圖，應(yīng)用頻域穩(wěn)定判據(jù)確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并確定使系統(tǒng)獲得最大相位裕度G=tf(11,0.1100);figure(1)margin(G);gridJFigure1LJ旦兇FileEditTinInsertToolsskicpYindom

26、Help芒已日11聲鋰心毀銘*|風(fēng)|百噫BDdeDiajraniS巳小馬一匚畐巨恐旦隔血匚d實(shí)驗(yàn)五控制系統(tǒng)現(xiàn)代分析1(2)Bode圖法判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性：已知兩個(gè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)分別為：用Bode圖法判斷系統(tǒng)閉環(huán)的穩(wěn)定性。G1=tf(2.7,1540);figure(1)margin(G);gridG2=tf(2.7,15-40);figure(2)margin(G2);gridEpgntaEJzBodaDiagraniOn_i-InfdB(at&rac/sccj,Fm二44Sdegi(al1.28radi&ec)GUPJ饒EL_dFicure2FilsEd.itVie*Iitsert

27、ToolsPtshtopViniowHelp右曰p*lkl魁&紗矗跟銘k鳳口目I百五msepIHUEm2-sep)mms-ld-I2系統(tǒng)能控性、能觀性分析已知連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型SI(JIIO.v：IIlsI1當(dāng)a分別取一1,0,+1時(shí)，判別系統(tǒng)的能控性與能觀性。當(dāng)a取-1時(shí)：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,aA2*b;rank(Uc)c=x1x2x3a=x1x2x3x1-10-3.375-2.25x2800 x3010b=u1x10.5x20 x30y

28、100.25-0.25y100.25-0.25 #d=u1y10Continuous-timemodel.rankUc=3rankUo=3由此，可以得到系統(tǒng)能控性矩陣Uc的秩是3,等于系統(tǒng)的維數(shù)，故系統(tǒng)是能控的。能觀性矩陣U。的秩是3，等于系統(tǒng)的維數(shù)，故系統(tǒng)能觀測的。當(dāng)a取0時(shí)： # TOC o 1-5 h zx1x2x3x1-10-3.375-2.25x2800 x3010b=u1x10.25x20 x30c=x1x2x3y100.50d=u1y10Continuous-timemodel.rankUc=y100.250.25y100.250.253 # rankUo=3由此，可以得到系統(tǒng)能

29、控性矩陣Uc的秩是3,等于系統(tǒng)的維數(shù)，故系統(tǒng)是能控的。能觀性矩陣Uo的秩是3，等于系統(tǒng)的維數(shù)，故系統(tǒng)能觀測的。當(dāng)a取1時(shí)：a=x1x2x3x110-3.375-2.25x2800 x3010bu1x10.5x20 x30cx1x2x3d=u1y10rankUc=3rankUo=2由此，可以得到系統(tǒng)能控性矩陣Uc的秩是3,等于系統(tǒng)的維數(shù)，故系統(tǒng)是能控的。能觀性矩陣Uo的秩是2，小于系統(tǒng)的維數(shù)，故系統(tǒng)不能觀測的。實(shí)驗(yàn)六PID控制器的設(shè)計(jì)1.已知三階對象模型G(s)=1/(s+1)3，利用MATLAB編寫程序，研究閉環(huán)系統(tǒng)在不同控制情況下的階躍響應(yīng)，并分析結(jié)果。T-o時(shí)，在不同KP值下，閉環(huán)系統(tǒng)的

30、階躍響應(yīng)；s=tf(s);G=1/(s+1)A3;forK=0:0.5:2;holdonstep(feedback(G*K,1)endB2C.2k=010zo0L0亙區(qū)卜Fiffure1縱亀黔物馭尿*1凰|口固FileIditViswInsertToolsDesktoplindowHelpTine(sec)StepReeponse比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號的,偏差一旦產(chǎn)生控制器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。比例系數(shù)越大，誤差越小。K=訂T0時(shí)，在不同卩值下，閉環(huán)系統(tǒng)的階pdi躍響應(yīng)；s=tf(s);G=1/(s+1)A3;forTi=1:0.5:3;holdonG1=1+tf(1,

31、Ti,0);step(feedback(G*G1,1)end鮎占日洽I364lan=FilsEdit爭丹IriE*rtTocIjScddopindo*HlpStepRes卩(?n&c積分環(huán)節(jié).主要用于消除靜差提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)T越大積分作用越弱反之則越強(qiáng)。TI,K=T=】時(shí)，在不同T值下，閉環(huán)系統(tǒng)的階躍pid響應(yīng)；s=tf(s);G=1/(s+1)A3;forTd=1:0.5:3;holdonG1=1+tf(1,1,0)+tf(Td0,Td/101);step(feedback(G*G1,1)end微分環(huán)節(jié):反映偏差信號的變化趨勢(變化速率),:(),并能在偏差

32、信號變得太大之前,在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號,從而加快系統(tǒng)的動作速度,減少調(diào)節(jié)時(shí)間。,2被控對象同上，選擇合適的參數(shù)進(jìn)行模擬PID控制(PID參數(shù)整定)s=tf(s);G=1/(s+1)A3;K1,L1,T1,G1=getfolpd(1,G);G1N=10;K=1.014;T=2.101;L=1.1;a=K*L/TrKp=1.2/a,Ti=2*L,Td=0.5*L,G2=Kp*(1+tf(1,Ti,0)+tf(Td0,Td/N1);step(sys1=feedback(G*G2,1);gridholdonstep(feedback(G,1)ILIpn七-dLUV/-=Time(secF

33、igure1FileEditViewIn.sertlooLsDesktopWindowHelp良鬼心毀?；薆旦StepR已呂ponse實(shí)驗(yàn)七系統(tǒng)狀態(tài)空間設(shè)計(jì)3已知對象模型-0301005-2-x(t)1010 x(t)+0u(t),15890054y=b23x(1)如果我們想將閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)配置到1,2,3,利用MATLAB設(shè)計(jì)控制器，并繪出閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。(說明：用兩種方法配置極點(diǎn))采用Ackermann公式計(jì)算：A=-0.30.1-0.05;10.10;-1.5-8.9-0.05;B=2;0;4;C=123;D=0;P=-1-2-3;k=acker(A,B,P)Ac=A-B*kei

34、g(Ac)G=ss(Ac,B,C,D)G1=tf(G)t=0:0.01:3;step(G1,t);gridFigure1iZ.岡FileEditViewInzertIools;D-esktcijiWindoirHelpDdk電耳甥網(wǎng)援凰匡1口StepRespansen-j.匚-ii_iiii采用魯棒極點(diǎn)配置算法：A=-0.30.1-0.05;10.10;-1.5-8.9-0.05;B=2;0;4;C=123;D=0;P=-1-2-3;k=place(A,B,P)Ac=A-B*keig(Ac)G=ss(Ac,B,C,D)G1=tf(G)t=0:0.01:3step(G1,t)gridFieure1u回FilegditViewtToolsDesktopJiniiowHelpStepReBponssX-jIIIIL_G0.511.S22.5Time(sec)*(2)如果想將閉環(huán)系統(tǒng)