机械工程控制理论MATLAB上机实验指导1
机械工程控制基础MATLAB分析与设计仿真实验报告
机械工程控制基础MATLAB分析与设计仿真实验报告一、实验目的：1.学习并掌握MATLAB软件的基本使用方法；2.了解机械工程控制的基本概念和理论知识；3.分析并设计机械工程控制系统的仿真模型。
二、实验内容：1.使用MATLAB软件绘制机械工程控制系统的block图；2.使用MATLAB软件进行机械工程控制系统的数学建模和仿真；3.使用MATLAB软件对机械工程控制系统进行性能分析和优化设计。
三、实验步骤：1.打开MATLAB软件，并创建一个新的m文件；2.根据机械工程控制系统的控制原理，绘制系统的block图；3.根据系统的block图，使用MATLAB软件进行数学建模，并编写相应的代码；4.对机械工程控制系统进行仿真，并分析仿真结果；5.根据仿真结果，优化系统参数，并重新进行仿真。
四、实验结果分析：通过对实验步骤的操作，我们得到了机械工程控制系统的仿真结果。
根据仿真结果，我们可以对系统的性能进行分析和评估。
通过与系统要求相比较，可以发现系统存在响应速度较慢、稳态误差较大等问题。
在实验中，我们根据分析结果对系统进行了优化设计，并重新进行了仿真。
优化设计的目标是改善系统的性能，使其更接近于理想的控制效果。
通过对系统的参数进行调整和调节，我们成功地改善了系统的性能。
五、实验总结：通过本次实验，我们学习了MATLAB软件的基本使用方法，并了解了机械工程控制的基本概念和理论知识。
我们通过对机械工程控制系统的仿真，实现了对系统性能的分析和优化设计。
在实验过程中，我们遇到了一些问题，例如如何选择合适的参数和调节控制量等。
通过查阅相关资料和与同学的交流讨论，我们成功地解决了这些问题，同时加深了对机械工程控制的理解。
通过本次实验，我们不仅掌握了MATLAB软件的基本使用方法，还加深了对机械工程控制的理解。
这对我们今后从事相关工作和开展相关研究都具有重要的指导和帮助作用。
MATLAB上机实习指导书
MATLAB上机实习指导书目录实习内容一MATLAB基本操作-----------------------------------2 实习内容二数值数组及其运算---------------------------------8 实习内容三MATLAB图形绘制基础-------------------------------15 实习内容四SIMULINK仿真基础---------------------------------22 附录1 流程控制------------------------------------------------24 附录2 SIMULINK的库模块-------------------------------------- 25附录3 转义符号------------------------------------------------27实习内容一MATLAB基本操作一、实习目的掌握MATLAB的启动和退出；熟悉MATLAB的命令窗口；熟悉其它常用窗口和工具栏。
二、实习内容与步骤1、进入MATLAB的开发环境。
方法一：点击桌面上的快捷方式或matlab\文件夹下的快捷方式图标。
方法二：开始→所有程序→MA TLAB6.5→MATLAB6.5.EXE。
方法三：点击matlab\bin\win32文件夹下的matlab.exe。
这三种方法的当前目录不同。
优先选用方法一。
可见到如下交互界面（见图1-1）：图1-1 Matlab默认桌名平台2、退出MATLAB的开发环境。
退出Matlab的方式很多：（1）在Matlab命令窗口的“File”菜单下选择“Exit Matlab”；（2）快捷键“Ctrl+q”；（3）在命令窗口输入“quit”命令；（4）在命令窗口输入“exit”命令；（5）用鼠标单击命令窗口右上角的“X”按钮；（6）用鼠标双击命令窗口左上角的图标“”。
机械工程控制基础 Matlab仿真实验报告
Matlab仿真实验报告
学院:机电学院
班级:机械096班
**ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ****
学号:*******323
仿真一
输入信号阶跃信号输出信号
分析这是一个开环系统，输入信号是阶跃信号，传递函数的阶数是二阶，特征方程是
s^2+2*s+0.5=0
特征根为-1 ,是两个非实数，所以不会出现震荡，应该接近于输入信号，最终达到稳定，于是输出信号如右图
仿真二
输入信号正弦信号输出信号
分析这是一个开环系统，输入信号是正弦信号，传递函数的阶数是二阶，特征方程是
s^2+2*s+0.5=0
特征根为-1 ,是两个非实数，所以不会出现震荡，应该接近于输入信号，且出现一个增益环节，使幅值变大，于是输出信号如右图
仿真三
输入信号正弦信号输出信号
分析该系统输入信号为正弦信号，传递函数为一阶，传递函数为 ，幅值增大了1.5倍，而且T=2，经过4个T之后就会和输入信号的幅值的3倍相同，于是输出信号如右图
仿真六
输入信号阶跃信号输出信号
分析：系统由比例环节、一阶微分环节、三阶震荡环节组成，其中三阶震荡环节使幅值变为 =1/3，比例环节使幅值扩大三倍，故幅值没变。分子使相位增加90度，分母使相位减小270度，所以相位减小180度。于是经过180度达到相同的幅值。于是输出信号如右图。
仿真七
输入信号阶跃信号输出信号
仿真四
输入信号阶跃信号输出信号
该系统输入信号为正弦信号，传递函数为一阶，传递函数为 ，输出信号的幅值增大了2倍，且初始斜率为1/2，而且T=2，经过4个T之后就会和输入信号的幅值的2倍相同，
于是输出信号如右图。
控制工程基础上机指导及任务1
1、熟悉MATLAB操作环境中的Simulink软件包 2、根据系统动态框图能够仿真系统输出响应曲线 3、根据仿真曲线能够对系统进行初步分析 4、做后面的作业（1）和（2）
MATLAB简介
MATLAB是MATrix LABoratory的缩写。 作为工具软件，它具有强大的矩阵计算能力和 良好的图形可视化功能，为用户提供了非常直 观和简洁的程序开发环境，因此被称为第四代 计算机语言，并在控制领域获得广泛应用。我 们将使用MATLAB中的Simulink软件包，对 《自动控制原理》课程中介绍的主要概念、原 理、典型示例进行计算、绘图和数字仿真。
从子库中复制到
Demo1文件窗口
中的积分模块， 如左图所示。对 于此模块我们一 般不改变其参数 和外观
Transfer Fcn（传递函数）模块：通过改变模块的参数可 模拟出任何线性系统的传递函数。两个参数向量分别表示 传递函数分子和分母有理多项式的系数。
双击demo1文件窗口中的模块出现参数设置窗口，在参数 窗口中设置好后点击“OK”可得左边的传递函数。
开环和闭环系统的框图分别如下图所示： 其中R1(t)=0.5(t), R2(t)=5.5(t);
r1(t)
F1(t)
2 c1(t)
5
s 1
开环控制系统
r2(t) -
F2(t)
2
5
s 1
闭环控制系统
c2(t)
1、当F2(t)=F1(t)＝0时，在同一Scope上仿真两 系统的输出响应，并进行比较
2、求e1=5-c1(t)和e2=5-c2(t)的仿真曲线，并进
模块之间的连接
将鼠标移到一个模块的输入(出)端，按下左键，拖动鼠标到另 一个模块的输出（入）端，松开，连线完毕。
机械工程控制基础(实验一)
实验一初识 matlab一、实验目的1．熟悉MATLAB开发环境；2．了解MATLAB 的强大功能、使用范围与特点，正确理解并掌握MATLAB 的基本知识、基本操作，为后续实验的顺利进行打好基础二、实验要求1.掌握matlab的运行环境2.掌握matlab的矩阵和数组的运算3.掌握matlab数值运算和程序设计4.学会matlab语言绘图三、实验设备Matlab7.1，计算机四、实验内容和步骤1.1基本规则1.1.9 常用命令：clc 清屏；clear 清除变量；help 帮助1.2数字运算MATLAB可以像计算器一样直接进行数学运算。
在MATLAB命令窗口内输入：80*0.8+16*12.2ans =259.20001.3矩阵的运算（1）简单矩阵的输入矩阵不需维数说明和类型定义，存储单元完全由计算机自动分配。
输入矩阵最简单的方法是输入矩阵的元素表，每个元素之间用空格或逗号隔开，用“；”号作为元素表中每一行的结束符，并用[ ]将元素表括起来。
例如，输入语句：a=[1 2 3；4 5 6；7 8 9]则结果为：a = 1 2 34 5 67 8 9 （2）向量的产生（3）矩阵操作1、转置：若a=[1 2 3;4 5 6]b=a'得b =1 42 53 62、求逆(inverse)使用函数inv(a),例如：a=[1 2 0; 2 5 -1; 4 10 -1]inv(a)ans =5 2 -2-2 -1 10 -2 13、矩阵的加、减、乘。
两个同维矩阵,才能进行加减运算c= a+b; d=a-b;a的列数等于b的行数，则e=a*b;例如：a=[1 3 5 7], b=[2 4 6 8] c=[1 2 3 4]则a.*bans =2 12 30 56a*c’ans=501.4M A T L A B程序的流程MATLAB通常工作在交互状态下，当键入一条命令后，MATLAB系统立即执行该命令并在屏幕上显示结果；MATLAB系统也可以执行储存在文件中的命令序列。
matlab上机实验指导书
《MATLAB软件与程序设计》学生上机实验任务书姓名：高云鹏学号：13530104班级：13级工程力学指导教师：郭秀婷兰州理工大学理学院实验一 MATLAB 运算基础一、实验目的1.熟悉启动和退出MATLAB 的方法；2.熟悉MATLAB 集成环境的组成；3.掌握MATLAB 各种表达式、变量的书写规则以及常用函数的使用。
4.掌握建立矩阵及矩阵拆分的方法；5,.掌握MA TLAB 运算二、实验内容1.先求下列表达式的值，然后显示MATLAB 工作空间的使用情况并保存全部变量。
(1))1ln(212x x z ++=，其中⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=545.0212i x ； (2)0.3,9.2,8.2,,8.2,9.2,0.3,23.0ln )3.0sin(23.03.0 ---=+++-=-a aa e e z a a 2.已知：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=723302131,76538773443412B A ，求下列表达式的值： ⑴I B A B A +-+和*6(其中I 为单位矩阵)；⑵B A B A *.*和; ⑶3.^3^A A 和; ⑷B A B A \/和;⑸]2^:);],3,1([[],[B A B A 和.3.已知： ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=14.35454.9632053256545410778.01023A ，完成下列操作： (1)输出A 在[10,25]范围内的全部元素。
(2)取出A 前3行构成的矩阵B ，前两列构成矩阵C ，右下角23⨯子矩阵构成矩阵D ，B 与C 的乘积构成矩阵E 。
(3)分别求表达式E<D 、E&D 、E|D 和~E|~D 的值。
三、实验步骤 1、编写程序。
2、调试程序。
3、写出程序运行结果。
实验报告1.先求下列表达式的值，然后显示MATLAB 工作空间的使用情况并保存全部变量。
（1）)1ln(212x x z ，其中+=545.0212i x ；程序：x=[2,1+2i;-0.45,5]; z=0.5*log(x+sqrt(1+x^2)) 结果：z =0.7114 - 0.0253i 0.8968 + 0.3658i 0.2139 + 0.9343i 1.1541 - 0.0044i(2)0.3,9.2,8.2,,8.2,9.2,0.3,23.0ln )3.0sin(23.03.0 ---=+++-=-a aa e e z a a 程序：a=[-3.0:0.1:3.0];z=0.5*(exp(0.3*a)-exp(-0.3*a)).*sin(a+0.3)+log((0.3+a)/2) 结果： z =Columns 1 through 60.7388 + 3.1416i 0.7696 + 3.1416i 0.7871 + 3.1416i 0.7913 + 3.1416i 0.7822 + 3.1416i 0.7602 + 3.1416iColumns 7 through 120.7254 + 3.1416i 0.6784 + 3.1416i 0.6196 + 3.1416i 0.5496 + 3.1416i 0.4688 + 3.1416i 0.3780 + 3.1416iColumns 13 through 180.2775 + 3.1416i 0.1680 + 3.1416i 0.0497 + 3.1416i -0.0771 + 3.1416i -0.2124 + 3.1416i -0.3566 + 3.1416iColumns 19 through 24-0.5104 + 3.1416i -0.6752 + 3.1416i -0.8536 + 3.1416i -1.0497 +3.1416i -1.2701 + 3.1416i -1.5271 + 3.1416iColumns 25 through 30-1.8436 + 3.1416i -2.2727 + 3.1416i -2.9837 + 3.1416i -37.0245 -3.0017 -2.3085Columns 31 through 36-1.8971 -1.5978 -1.3575 -1.1531 -0.9723 -0.8083Columns 37 through 42-0.6567 -0.5151 -0.3819 -0.2561 -0.1374 -0.0255Columns 43 through 480.0792 0.1766 0.2663 0.3478 0.4206 0.4841Columns 49 through 540.5379 0.5815 0.6145 0.6366 0.6474 0.6470Columns 55 through 600.6351 0.6119 0.5777 0.5327 0.4774 0.4126Column 610.33882.已知：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=723302131,76538773443412B A ，求下列表达式的值：⑴ I B A B A +-+和*6(其中I 为单位矩阵)；程序：A=[12,34,-4;34,7,87;3,65,7]; B=[1,3,-1;2,0,3;3,-2,7]; A+6*B 结果： ans =18 52 -10 46 7 105 21 53 49 程序： I=eye(3); A-B+I 结果： ans =12 31 -3 32 8 84 0 67 1⑵B A B A *.*和 程序：A*B 结果：ans =68 44 62 309 -72 596 154 -5 241 程序：A.*B 结果：ans =12 102 4 68 0 261 9 -130 49⑶3.^3^A A 和;程序：A^3 结果：ans =37226 233824 48604 247370 149188 600766 78688 454142 118820 程序：A.^3 结果：ans =1728 39304 -64 39304 343 658503 27 274625 343⑷B A B A \/和; 程序：A/B 结果：ans =16.4000 -13.6000 7.6000 35.8000 -76.2000 50.2000 67.0000 -134.0000 68.0000 程序：A\B 结果：ans =-0.0313 0.3029 -0.3324 0.0442 -0.0323 0.1063 0.0317 -0.1158 0.1558 ⑸]2^:);],3,1([[],[B A B A 和.程序：[A,B] 结果：ans =12 34 -4 1 3 -1 34 7 87 2 0 3 3 65 7 3 -2 7 程序：[A([1,3],:);B^2] 结果：ans =12 34 -4 3 65 7 4 5 1 11 0 19 20 -5 403.已知： ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=14.35454.9632053256545410778.01023A ，完成下列操作：(1)输出A在[10,25]范围内的全部元素。
控制工程基础教案实验1典型环节的模拟(matlab应用于机械控制工程)
G12=G1+G2%并联结构
G34=G3-G4%并联结构
G=feedback(G12,G34,-1)%反馈结构
4.复杂的结构框图
求取复杂结构框图的数学模型的步骤：
(1)将各模块的通路排序编号；
(2)建立无连接的数学模型：使用append命令实现各模块未连接的系统矩阵。
G=append(G1,G2,G3,…)
表61线性系统模型转换函数表函数调用格式功能tf2ssabcdtf2ssnumden传递函数转换为状态空间tf2zpzpktf2zpnumden传递函数转换为零极点描述ss2tfnumdenss2tfabcdiu状态空间转换为传递函数ss2zpzpkss2zpabcdiu状态空间转换为零极点描述zp2ss零极点描述转换为状态空间zp2tfnumdenzp2tfzpk零极点描述转换为传递函数get命令和set命令get命令可以获取模型对象的所有属性语法
如果各模块都使用传递函数，也可以用blkbuild命令建立无连接的数学模型，则第二步修改如下：
将各通路的信息存放在变量中：通路数放在nblocks，各通路传递函数的分子和分母分别放在不同的变量中；用blkbuild命令求取系统的状态方程模型。
【例6.7】根据图6.5所示系统结构框图，求出系统总的传递函数。
线性控制系统分析与设计
6.1.2传递函数描述法
MATLAB中使用tf命令来建立传递函数。
语法：
G=tf(num,den)%由传递函数分子分母得出
说明：num为分子向量，num=[b1,b2,…,bm,bm+1]；den为分母向量，den=[a1,a2,…,an-1,an]。
【例6.1续】将二阶系统描述为传递函数的形式。
结合MATLAB的控制工程实验
机械控制工程实验实验指导书机电技术实验室学号：49 姓名：潘礼延班级：机械1402日期：2016年10月8日实验一 系统时域响应分析一、 实验目的本实验的主要目的是通过试验，能够使学生进一步理解和掌握系统时间响应分析的相关知识，同时也了解频率响应的特点及系统稳定性的充要条件。
二、 实验要求学习有关MATLAB 的相关内容，要求学生用MATLAB 软件的相应功能，编程实现一阶、二阶和三阶系统在几种典型输入信号（包括单位脉冲信号、单位阶跃信号、单位斜坡信号和正弦信号）作用下的响应，记录结果并进行分析处理：对一阶和二阶系统，要求用试验结果来分析系统特征参数对系统时间响应的影响；对二阶系统和三阶系统的相同输入信号对应的响应进行比较，得出结论。
1.系统的传递函数及其MATLAB 表达（1）一阶系统 传递函数为：1)(+=Ts K s G 传递函数的MATLAB 表达：num=[k]；den=[T,1]；G(s)=tf(num,den)（2）二阶系统 传递函数为：2222)(n n n w s w s w s G ++=ξ传递函数的MATLAB 表达：num=[wn^2]；den=[1，ξ2wn ，wn^2]；G(s)=tf(num,den)2.各种时间输入信号响应的表达（1）单位脉冲信号响应：impulse(sys,t)（2）单位阶跃信号响应：step(sys,t)（3）任意输入信号响应：lsim(sys,u,t)其中sys 为建立的模型；t 为仿真时间区段（可选）三、实验内容1. 读懂以下代码，编写一阶系统单位阶跃响应曲线。
clear all;t=0::7; %系统时间nG=1; %传函分子系数tao=1;dG=[tao 1]; %传函分母系数G=tf(nG,dG) %建立传递函数impulse(G,t); %绘制阶跃输入的曲线xlabel('时间');ylabel('幅值'); %给XY 轴命名grid on; %打开网格title('一阶系统单位脉冲的响应曲线');%给所绘图像定义标题2.读懂以下代码，编写二阶系统单位阶跃响应曲线。
机械工程控制基础MATLAB分析与设计仿真实验报告
《机械工程控制基础》MATLAB分析与设计仿真实验报告《机械工程控制基础》MATLAB 分析与设计仿真实验任务书（2014）一、仿真实验内容及要求1．MATLAB 软件要求学生通过课余时间自学掌握MATLAB 软件的基本数值运算、基本符号运算、基本程序设计方法及常用的图形命令操作；熟悉MA TLAB 仿真集成环境Simulink 的使用。
2．各章节实验内容及要求1）第三章 线性系统的时域分析法• 对教材第三章习题3-5系统进行动态性能仿真，并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较，分析仿真结果；• 对教材第三章习题3-9系统的动态性能及稳态性能通过仿真进行分析，说明不同控制器的作用；• 在MATLAB 环境下选择完成教材第三章习题3-30，并对结果进行分析；• 在MATLAB 环境下完成英文讲义；• 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，在100=a K 时，试采用微分反馈控制方法，并通过控制器参数的优化，使系统性能满足%5%,σ<3250,510s ss t ms d -≤<⨯等指标。
2）第四章 线性系统的根轨迹法• 在MATLAB 环境下完成英文讲义；• 利用MA TLAB 绘制教材第四章习题4-5；• 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-10及4-17，并对结果进行分析；• 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-23，并对结果进行分析。
3）第五章 线性系统的频域分析法• 利用MA TLAB 绘制本章作业中任意2个习题的频域特性曲线；4）第六章 线性系统的校正• 利用MA TLAB 选择设计本章作业中至少2个习题的控制器，并利用系统的单位阶跃响应说明所设计控制器的功能；• 利用MA TLAB 完成教材第六章习题6-22控制器的设计及验证；• 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”，试采用PD 控制并优化控制器参数，使系统性能满足给定的设计指标ms t s 150%,5%<<σ。
MATLAB自动控制原理上机实训指导
一、MATLAB仿真软件简介MATLAB是Matrix Laboratory(矩阵实验室)的缩写，MATLAB是美国Mathworks公司开发的大型软件。
1980年美国的Cleve Moler 博士研制的MATLAB环境（语言）对控制系统的理论及计算机辅助设计技术起到了巨大的推动作用。
由于MATLAB的使用极其容易，不要求使用者具备高深的数学与程序语言的知识，不需要使用者深刻了解算法与编程技巧，且提供了丰富的矩阵处理功能，因此控制理论领域的研究人员很快注意到了这样的特点。
尤其MATLAB应用在自动控制原理的计算机仿真上，更体现出它巨大的优越性和简易性。
使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法是：以控制系统的传递函数为基础，使用MATLAB的内核及辅助工具箱对其进行计算机仿真研究。
本指导书主要提供了自动控制原理课程学习中经常遇到仿真问题的解决方案，同时还介绍了MATLAB在控制系统仿真中的重要作用。
利用MATLAB提供的模块及简单命令可方便、快速的对自动控制系统的设计对象进行各种参数计算，及仿真控制系统的响应曲线。
由于MATLAB适用范围广泛，目前已经成为自动控制系统计算机辅助分析、设计及仿真研究的主要软件工具，并且给从事自动控制工作的工程技术人员带来了极大的便利。
MATLAB软件包括两大部：数学计算和工程仿真。
其数学计算部分提供了强大的矩阵处理和绘图功能。
在工程仿真方面，MATLAB软件支持几乎各个工程领域，如课程《自动控制原理》，《直流调速系统》等。
MATLAB软件的命令窗口1）文件（File）菜单New:创建新文档Open:打开文档Close Command Window:关闭指令窗口Import date……：导入数据文档Save Workspace As:用新的名称保存工作区Set Path:设置路径Preferences:参数首选项Page Setup:页面设置Print:打印文档Print Selection:打印选择区域Exit MATLAB:退出2）编辑（Edit）菜单Undo:撤销上一次操作Redo:恢复上一次操作Cut:剪切选定的对象Copy:复制选定的对象Paste:剪切板中的内容,替代选定的对象Paste special:选择性粘贴Select all:全部选定Delete:删除选定的对象Find:查找指定对象Clear command window:清除指令窗口Clear command history: 清除历史窗口Clear workspace: 清除工作区窗口3)视图(View)菜单Desktop layout:桌面格式Undock launch pad:将指令窗口变为单独窗口显示Command window:显示指令窗口Command history:显示指令历史窗口Current directory:显示当前目录窗口Workspace:显示工作窗口Launch pad:运行导航窗口Profiler :运行M文档辅助编辑器Help:运行帮助窗口Current:改变当前目录窗口所显示的文档Workspace view option:工作区的显示功能二、用MATLAB构建控制系统的数学模型在MATLAB下环境下，可以很容易地构建控制系统的标准传递函数模型（简称传递函数模型）。
matlab上机实验指导书
实验一 MATLAB 运算基础一、实验目的1.熟悉启动和退出MATLAB 的方法；2.熟悉MATLAB 命令窗口的组成；3.掌握建立矩阵的方法；4.掌握MATLAB 各种表达式的书写规则以及常用函数的使用。
二、实验内容1.先求下列表达式的值，然后显示MATLAB 工作空间的使用情况并保存全部变量。
⑴21185sin 2e z +︒=；⑵)1ln(2122x x z ++=，其中⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=545.0212i x ； ⑶0.3,9.2,8.2,,8.2,9.2,0.3,23.0ln )3.0sin(23.03.03 ---=+++-=-a a a e e z a a ⑷⎪⎩⎪⎨⎧+--=,1212224t t t t z 322110<≤<≤<≤t t t ，其中5.2:5.0:0=t2.已知：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=723302131,76538773443412B A ，求下列表达式的值： ⑴I B A B A +-+和*6(其中I 为单位矩阵)；⑵B A B A *.*和;⑶3.^3^A A 和;⑷B A B A \/和;⑸]2^:);]),3,1([[],[B A B A 和.3.设有矩阵A 和B ：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=11134079423096171603,25242322212019181716151413121110987654321B A ⑴求它们的乘积C ；⑵将矩阵C 的右下角23⨯子矩阵赋给D ；⑶查看MATLAB 工作空间的使用情况。
4.完成下列操作：⑴求[100,999]之间能被21整除的数的个数；⑵建立一个字符串向量，删除其中的大写字母。
三、实验预备知识１．矩阵的建立方法（1）直接输入法：将矩阵的元素用方括号括起来，按矩阵行的顺序输入各元素，同一行的各元素之间用空格或逗号分隔，不同行的元素之间用分号分隔。
实验一 MATLAB上机
实验一 MATLAB 上机预习报告一、实验目的：1．学习并熟悉MATLAB 软件的界面和基本操作；2．学习并掌握MATLAB 软件Simulink 工具箱的使用；3．用Simulink 工具箱仿真PID 控制器。
二、实验工具：MATLAB 软件（6.5 以上版本）。
三、实验内容：1．实验原理在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID 控制。
模拟PID 控制系统原理框图如图所示。
系统由模拟PID 控制器和被控对象组成。
PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值U in 与实际输出值U out 构成控制偏差：E(t)= U out (t)－U in (t)PID 的控制规律为：传递函数的形式为：式中：k p 比例系数；k I 积分系数；k D 微分系数。
简单说来，PID 控制器各校正环节的作用如下：比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号E(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。
积分环节：主要用于消除静误差，提高系统的无差度。
积分作用的强弱取决于积分时间常数T I ，T I 越大，积分作用越弱，反之则越强。
微分环节：反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正传号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。
四、实验要求1、实验中：在MATLAB 软件的主操作界面进行基本命令的操作和联系，打开熟悉MATLAB 软件。
0()()[()()]t P I D de t U t k e t k e t k dt =++⎰()1()(1)()P i D U s G s k k k s E s s==++2、打开Simulink工具箱，进行PID控制器的仿真，了解PID各参数对系统的影响，找到更合适的PID参数。
3、完成实验报告。
附录：PID仿真图延时时间：0.5s。
机械控制工程基础实验指导书--MatLab
实验一 MatLab的基本操作和使用实验时间：2012年4月12日指导老师：伍新蒋嵘一、实验目的1.熟悉MatLab软件的界面、掌握MatLab软件的基本使用方法；2.熟悉MatLab的数据表示、基本运算；3.熟悉MatLab的符号运算及相关操作；4.熟悉MatLab绘图命令及基本绘图控制。
二、实验内容1.MatLab帮助命令的使用使用help命令（或菜单），查找 sqrt（开方）、polar(极坐标画图)等函数的使用方法及命令的格式。
2.矩阵运算（1）矩阵的乘法已知A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8];求A^2*B（2）矩阵除法已知 A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3];A\B,A/B（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'（4）使用冒号选出指定元素已知： A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];求A中第3列前2个元素；A中所有列第2，3行的元素；（5）方括号[]的使用用magic 函数生成一个4阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列。
3.多项式（1）求多项式11289)(234+-++=x x x x x P 的所有根；（2）创建多项式39652)(23456++-+-+=x x x x x x x f ，并求x 分别等于1、±3及 ±7时的值；（3）分别求上面两个多项式的导数和积分；（4）求上面两个多项式的加、乘及除法（/）运算的结果。
4.解线性方程组 求下列方程中x 的值：67452296385243214324214321=+-+=+-=--=+-+x x x x x x x x x x x x x x5.基本绘图命令（1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t ∈[0，2π]；（2）在同一坐标系中，绘制余弦曲线y （t ）=cos(t-0.25)和正弦曲线y(t)=sin(t-0.5)，t ∈[0，2π]；（3）以子图的形式（subplot 命令）在一个图框中显示上面这两条曲线。
机械工程控制基础matlab实验报告
实验一一阶系统及二阶系统时域特性MatLab仿真实验一．实验目的1.通过实验中的系统设计及理论分析方法，进一步理解自动控制系统的设计与分析方法。
2.熟悉仿真分析软件。
3.利用Matlab对一、二阶系统进行时域分析。
4.掌握一阶系统的时域特性，理解常数T对系统性能的影响。
5.掌握二阶系统的时域特性，理解二阶系统重要参数对系统性能的影响。
二．实验设备计算机和Matlab仿真软件。
三．实验内容1.一阶系统时域特性一阶系统G(s)=1，影响系统特性的参数是其时间常数T，T越大，系统的惯性越大，Ts+1系统响应越慢。
Matlab编程仿真T=0.4，1.2，2.0，2.8，3.6，4.4系统单位阶跃响应。
2.二阶系统时域特性a、二阶线性系统G(s)=16单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位正弦输入响应的s2+4s+16Matlab仿真。
b、二阶线性系统36，当ξ为0.1，0.2，0.5，0.7，1.0，2.0时，完成单位阶跃响应s2+12ξs+36的Matlab仿真，分析ξ值对系统响应性能指标的影响。
四．实验要求1.进入机房，学生要严格遵守实验室规定。
2.学生独立完成上述实验，出现问题，教师引导学生独立分析和解决问题。
3.完成相关实验内容，记录程序，观察记录响应曲线，响应曲线及性能指标进行比较，进行实验分析4.分析系统的动态特性。
5.并撰写实验报告，按时提交实验报告。
五．Matlab编程仿真并进行实验分析1、一阶系统由图可知，一阶系统时间常数越大，图像图线越晚达到常值输出，即时间常数T影响系统参数，时间常数越大，系统的惯性越大，系统响应越慢。
2、二阶系统a.单位脉冲响应单位阶跃响应单位正弦输入G(s)=16，故可知无阻尼固有频率w n=4,阻尼比为0.5，故其为欠阻尼系统，二阶系统s2+4s+16的单位脉冲响应曲线和单位阶跃响应曲线的过渡过程都是衰减振荡曲线，而单位正弦输入响应曲线表明输出相对于输入出现了滞后。
机械工程实验——matlab实验报告
机械工程实验——matlab实验报告1. 引言机械工程是一个涵盖广泛的领域，其实验课程可以帮助学生理解和应用机械原理、设计和制造等方面的知识。
本实验报告将介绍一个基于Matlab软件的机械工程实验，在实验中我们将使用Matlab进行数据分析和建模。
通过这个实验，我们可以深入理解机械工程中的一些重要概念，并学习如何使用Matlab软件进行相关分析。
2. 实验目标本实验旨在通过使用Matlab软件来深入了解机械工程中的一些基本概念，包括数据分析、建模和仿真。
具体目标如下：•学习如何使用Matlab进行数据分析，包括数据的导入、处理和可视化。
•掌握Matlab中常用的数据建模和仿真方法。
•理解机械工程中的一些基本原理，并应用到实验中。
•分析实验结果并提出相应的结论。
3. 实验方法本实验主要分为四个步骤，分别是数据导入与处理、数据可视化、数据建模与仿真以及结果分析。
具体的实验方法如下：3.1 数据导入与处理首先，我们需要收集实验数据，并将数据导入到Matlab软件中。
可以使用Matlab的csvread函数将CSV格式的数据文件导入到Matlab。
然后，我们需要对数据进行预处理，例如去除异常数据和补充缺失数据等。
3.2 数据可视化在数据导入和处理完毕后，我们可以使用Matlab的数据可视化工具对数据进行可视化分析。
例如，可以使用Matlab的plot函数绘制数据的折线图，或者使用scatter函数绘制数据的散点图。
通过可视化分析，我们可以更清晰地了解数据的分布规律。
3.3 数据建模与仿真在数据可视化之后，我们可以使用Matlab的数据建模工具对数据进行建模和仿真。
例如，可以使用Matlab的回归分析工具对数据进行回归分析，并得到拟合的曲线。
此外，还可以使用Matlab的仿真工具对数据进行仿真实验，以验证建立的模型的准确性和有效性。
3.4 结果分析最后，我们需要对实验结果进行分析，并提出相应的结论。
可以比较实验结果与理论预期结果的差异，并对差异进行分析。
机械控制工程基础MATLAB仿真实验上机仿真试验
仿真模型—无PID
Sine Wave Step
Scope1
1 Gain1
2 0.8s+1 Transfer Fcn
Scope
Transfer Fcn1 1 s+1
仿真模型—有PI
Sine Wave Step
1.25 Gain1
1 Gain
1 Gain2
1 s
Integrator
2 0.8s+1 Transfer Fcn
Scope
Scope1
1 s+1 Transfer Fcn1
仿真模型—有PID
Step
0.53 Gain1
Scope1
1 Gain
-K-
1
s
Gain2 Integrator
-K-
du/dt
Gain3 Derivative
1 s+1 Transfer Fcn1
2 0.8s+1 Transfer Fcn
Scope
机械控制工程基础MATLAB 仿真实验上机仿真试验
内容提要
一、MATLAB基本知识与操作 二、MATLAB的 Simulink工具箱简介 三、MATLAB的频率特性分析
实验二 频率特性仿真实验 实验三 闭环控制系统设计与仿真实验
•一、 MATLAB 基本知识与操作
基本界面 M文件 执行命令
MATLAB基本练习
MATLAB基本练习
num=[1 20 50]; den=[1 15 84 223 309 240 100]; t=(0:0.1:20); figure(1); impulse(num,den,t); figure(2); step(num,den,t); figure(3); u1=(t); hold on; plot(t,u1); lsim(num,den,u1,t); figure(4) u2=sin(t) hold on; plot(t,u2) lsim(num,den,u2,t)
机械控制工程matlab上机实验
实验一系统数学模型的（Matlab 应用）一、实验目的1．掌握系统数学模型的MATLAB 系统建模方法；2．学会系统串联、并联和反馈。
二、原理说明1、使用tf()函数建模传递函数可以表示成两个多项式的比值，在MATLAB 语言中，多项式可以用向量表示。
将多项式的系统按s 的降幂次序表示就可以得到一个数值向量，分别表示分子和分母多项式，再利用控制系统工具箱的tf()函数就可以用一个变量表示传递函数G(s):num=[b0,b1,…,bm];den=[a0,a1,…,an];G(s)=tf(num,den)考虑传递函数模型()23284112963s s G s s s s ++=+++，用下面的语句就可以将该数学模型输入到MATLAB 的工作空间。
程序编写如下：num=[841];%分子多项式den=[12963];%分母多项式G=tf(num,den)%获得系统的数学模型，并得出如下显示程序运行后的结果为G =8s^2+4s +1------------------------12s^3+9s^2+6s +3Continuous-time transfer function.2、零极点传递函数模型零极点增益模型是传递函数的另一种表达形式。
格式如下：()()()()()()()1212m n s z s z s z G s k s p s p s p ---=--- 在MATLAB 中，用如下语句表示G(s)=zpk(z,p,k)G(s)=zpk(z,p,k,'InputDelay',tao)%tao 为系统延迟时间其中：[][][]1212,,,,,,,,m n z z z z p p p p k k === 建立零极点传递函数()()()()()245()123s s G s s s s ++=+++，试编写程序。
程序编写如下：z=[-4,-5];p=[-1,-2,-3];k=2;G=zpk(z,p,k)程序运行后的结果为G =2(s+4)(s+5)-----------------(s+1)(s+2)(s+3)Continuous-time zero/pole/gain model.3、建立状态空间方程模型[]15310252,1036593x x u y x-⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦程序编写如下：A=[1-53;025;65-9];B=[1;2;3];C=[103];D=0;G=ss(A,B,C,D)程序运行后的结果为G =A =x1x2x3x11-53x2025x365-9B =u1x11x22x33C =x1x2x3y1103D =u1y10Continuous-time state-space model.4、系统的串联、并联和反馈实际系统中，整个自动控制系统是由多个单一的模型组合而成的。
机械工程控制基础matlab报告
《机械工程控制基础》MATLAB编程实例班级183234学号2114793姓名吴洲试验一：用MATLAB 进行部分分式展开1、试验目的： （1）对MATLAB 进行初步的了解；（2）掌握应用MA TLAB 对高阶函数进行部分分式的展开。
2、试验学时：2学时3、试验方法：MATLAB 有一个命令用于求B （S ）/A （S ）的部分分式展开式。
设S 的有理分式为F （S ）=B （S ）/A(S)=num/den=(b 0S n +b 1S n-1+…+b n )/(S n +a 1S n-1+…+a n )式中ai 和bi 的某些值可能是零。
在MATLAB 的行向量中，num 和den 分别表示F(S)分子和分母的系数，即num=[b0 b1 … bn] den=[1 a1 … an] 命令[r,p,q]=residue(num,den)MATLAB 将按下式给出F （S ）部分分式展开式中的留数、极点和余项：有：r(1)、r(2)…r(n)是函数的留数；p(1)、p （2）、…p(n)是函数的极点；K （s ）是函数的余项。
4、试验内容（1）试求下列函数的部分分式的展开式，写出程序语句和部分分式的结果程序语句：>> num=[1 11 39 52 26]; >> den=[1 10 35 50 24]; >> [r,p,q]=residue(num,den) 结果： r =1.00002.5000 -3.0000 0.5000)()()(...)2()2()1()1()(s k n p s n r p s r p s r S F +-++-+-=2450351026523911)(234234++++++++=S S S S S S S S S Fp =-4.0000 -3.0000 -2.0000 -1.0000 q = 1（2）试求下列函数的部分分式的展开式，写出程序语句和部分分式的结果程序语句： >> num=[1 4 6]; >> den=[1 3 3 1];>> [r,p,q]=residue(num,den) 结果 r =1.00002.00003.0000 p =-1.0000 -1.0000 -1.0000 q = []13364)1(64)(23232+++++=+++=S S S S S S S S S F试验二：时域特性的计算机辅助分析1、试验目的： （1）对MATLAB 进行进一步的了解；（2）掌握应用MA TLAB 求解高阶系统的各种时域响应的求法； （3）掌握系统零极点的求法，从而判断系统的稳定性。
matlab上机试验指导书.doc
分母多项构造传递G(s)=口($-5)口“-门)分了多项§ 1控制系统的阶跃响应 (a)多项式模型G(s)=num(s) den(s)num=[O 1 3];式系数den=fl 2 2 1];式系数printsys(num, den); 函数G(s)并显示(b) 零极点模空num=[4]; den=[l 1 4]; step(num,den);响应曲线如图所示damp(den)计算系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率。
§2控 制系统的根轨迹作图给定系统开环传递函数G 。
⑸的多项式模 型，作系统的根轨迹图。
其计算公式为k ・ num{s)G o (s) = --------------- = -1den(s)式小，k 为根轨迹增益，num 为开环传递函 数G°(s)的分子多项式系数向量，den 为开式屮,k 为增益值，幻为第j 个零点值,环传递函G 。
⑸的分母多项式系数向量。
P,为第i 个极点值。
例如，程序为 k=2; 赋増益值，标量 z=[l]； 赋零点值，向量 P=[-l2 -3]；赋零点值，向量 [num,denj=zp2tf(z, p, k);零极点模型转换成多项式模型 printsys(num,den);构造传递函数G(s)并显示 3.相关MATLAB函数step(nuin,den)给定 num,den, 求系统的阶跃响应。
时间向量t的范围 自动设定。
step(num,den, t) 吋间向量 t的范围人为设定(如：t=0:0.1:10)o[y,x]=step(num,den)返回变量格 式。
例如， G(s)二 2 4 / s +S + 4rlocus(num,deii)范围门动设定。
rlocus(num^den^k)范由人为设定。
开环增益k 的 开环增益k 的 r=rlocus(num,den) 计算所得的闭环根I •(矩阵)返回至MATLAB 命令窗口。
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《机械工程控制理论》MATLAB实践指导书《机械工程控制理论》MATLAB实践指导书1 MATLAB概述MATLAB是MA Trix LABoratory的缩写，早期主要用于现代控制中复杂的矩阵、向量的各种运算。
由于MA TLAB提供了强大的矩阵处理和绘图功能，很多专家因此在自己擅长的领域用它编写了许多专门的MATLAB工具包（toolbox），如控制系统工具包（control systems toolbox）；系统辨识工具包（system identification toolbox）；信号处理工具包（signal processing toolbox）；鲁棒控制工具包（robust control toolbox）；最优化工具包(optimization toolbox）等等。
由于MA TLAB功能的不断扩展，所以现在的MATLAB已不仅仅局限与现代控制系统分析和综合应用，它已是一种包罗众多学科的功能强大的“技术计算语言（The Language of Technical Computing）”。
MathWorks 公司于1992 年推出了具有划时代意义的MA TLAB 4.0 版本，并推出了交互式模型输入与仿真系统SIMULINK，它使得控制系统的仿真与CAD应用更加方便、快捷，用户可以方便地在计算机上建模和仿真实验。
1997 年MathWorks推出的MA TLAB 5.0 版允许了更多的数据结构，1999 年初推出的MA TLAB 5.3 版在很多方面又进一步改进了MATLAB 语言的功能。
2000 年底推出的MATLAB 6.0。
最新版本是MA TLAB7.0。
MATLAB以矩阵作为基本编程单元，它提供了各种矩阵的运算与操作，并有较强的绘图功能。
MATLAB集科学计算、图像处理、声音处理于一身，是一个高度的集成系统，有良好的用户界面，并有良好的帮助功能。
MA TLAB不仅流行于控制界，在机械工程、生物工程、语音处理、图像处理、信号分析、计算机技术等各行各业中都有极广泛的应用。
2 如何获得MATLAB帮助在MA TLAB主窗口中键入help，即可获得第一层帮助：help ％加重型内容为用户键入的内容，其它为执行后显示的内容。
HELP topics:matlab\general ------------ General purpose commands.matlab\ops ------------------ Operators and special characters.matlab\lang ----------------- Programming language constructs.matlab\elmat --------------- Elementary matrices and matrix manipulation.matlab\elfun ---------------- Elementary math functions.matlab\specfun ----------- Specialized math functions.matlab\matfun ------------- Matrix functions - numerical linear algebra.simulink\simulink ------- Simulinksimulink\blocks ---------- Simulink block library.simulink\simdemos --- Simulink 3 demonstrations and samples.simulink\dee -------------- Differential Equation EditorMATLABR11\work ------ (No table of contents file)toolbox\local -------------- Preferences.如果用户对MA TLAB的语言结构lang感兴趣，想进一步了解，则键入：help langProgramming language constructs.Control flow.if ----------- Conditionally execute statements.else ------ IF statement condition.elseif ---- IF statement condition.end ------ Terminate scope of FOR, WHILE, SWITCH, TRY and IF statements.for -------- Repeat statements a specific number of times.while --- Repeat statements an indefinite number of times.如果想进一步了解for语句，则键入：help forFOR Repeat statements a specific number of times.The general form of a FOR statement is:FOR variable = expr, statement, ..., statement ENDThe columns of the expression are stored one at a time in the variable and then the following statements, up to the END, are executed. …… Some examples (assume N has already been assigned a value).FOR I = 1:N,FOR J = 1:N,A(I,J) = 1/(I+J-1);ENDEND同样，如果想了解MATLAB中有关矩阵的操作运算函数，可以键入：help matfunMatrix functions - numerical linear algebra.Matrix analysis.norm --------- Matrix or vector norm.normest ---- Estimate the matrix 2-norm.rank ---------- Matrix rank.det ------------ Determinant.trace --------- Sum of diagonal elements.null ------------Null space.orth ----------- Orthogonalization.rref ------------ Reduced row echelon form.subspace -- Angle between two subspaces.Eigenvalues and singular values.eig ------------ Eigenvalues and eigenvectors.svd ----------- Singular value decomposition.gsvd --------- Generalized ingular value decomposition.eigs ---------- A few eigenvalues.svds --------- A few singular values.poly ---------- Characteristic polynomial.polyeig ----- Polynomial eigenvalue problem.condeig ---- Condition number with respect to eigenvalues.hess --------- Hessenberg form.qz ------------ QZ factorization for generalized eigenvalues.schur ------- Schur decomposition.Matrix functions.expm ------- Matrix exponential.logm -------- Matrix logarithm.sqrtm ------- Matrix square root.funm -------- Evaluate general matrix function.上面所列的都是有关矩阵的操作函数。
如eig(A)可求出A的特征根及其特征向量，具体执行方法为：A=[0 1;-6 -5] ％输入A矩阵A =0 1-6 -5E=eig(A) %求出方阵A的特征根EE =-2-3[V,D]=eig(A) %求出方阵A的特征向量V及其A的对角型DV =0.4472 -0.3162-0.8944 0.9487D =-2 00 -33 MATLAB基本功能我们下面给出一些MATLAB的常用的功能，不过这只是MA TLAB及其众多TOOLBOX 中的极少极少部分。
用户可以参阅有关MATLAB的手册，或直接在MATLAB系统中用HELP 命令查阅其它功能。
3．1 MATLAB的主要线性代数运算如表A－1所示为常用的矩阵和线性代数运算函数，用户可以用help matfun获得更多内容。
表A－1常用线性代数函数3．2常用的控制系统处理函数（1） TF2SS 将传递函数转换到状态空间表达式[A,B,C,D] = TF2SS(NUM,DEN)将系统：1110111)()()(a s a s a s b s b s b s b s DEN s NUM s G n n n m m m m ++++++++==---- 转换成：DU CX Y BU AX X+=+=其中:NUM=[bm,bm-1,…,b1,b0]，DEN=[1,an-1,an-2,…,a1,a0]⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----=--0100000100010121 a a a a A n n ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=0001 B []021b b b C n n '''=-- n b D =（2）ZP2SS 将零极点型传递函数转换到状态空间表达式[A,B,C,D] = ZP2SS(Z,P,K) 除了)())(()())(()(2121n m p s p s p s z s z s z s K s G ++++++= 以外，其它与TF2SS 相同。