Matlab仿真实验教程

MATLAB的实验仿真

目录

实验一MATLAB在控制系统模型建立与仿真中的应用 (1)

实验二典型系统的时域响应分析 (13)

实验三线性控制系统的根轨迹与频域分析 (17)

实验四线性系统的校正 (22)

附录一 MATLAB6.5 控制系统工具箱函数和结构化的控制语句 (30)

附录二 SIMULINK 基本模块介绍 (34)

实验一MATLAB 在控制系统模型建立与仿真中的应用

一、MATLAB 基本操作与使用

1. 实验目的

1) 掌握MATLAB 仿真软件的安装及启动，熟悉MATLAB工作环境平台。

2) MATLAB 命令窗口，包括工具条以及菜单选项的使用；MATLAB 语言的基本规定，包括数值的表示、变量命名规定、基本运算符、预定义变量以及表达式等。

3) MATLAB图形绘制功能、M 文件程序设计和线性控制系统传递函数模型的建立等。

2. 实验仪器

PC计算机一台，MATLAB软件1套

3. 实验内容

1) MATLAB 的启动

这里介绍MATLAB 装入硬盘后，如何创建MATLAB 的工作环境。

方法一

MATLAB 的工作环境由matlab.exe 创建，该程序驻留在文件夹matlab\bin\中。它的图标是matlab。只要从<我的电脑>或<资源管理器>中去找这个程序，然后双击此图标，就会自动创建如图1所示的MATLAB6.5 版的工作平台。

Command Window

图1 在英文Windows 平台上的MATLAB6.5 MATLAB工作平台

方法二

假如经常使用MATLAB，则可以在Windows 桌面上创建一个MATLAB 快捷方式图标。具体办法为：把<我的电脑>中的matlab 图标用鼠标点亮，然后直接把此图标拖到Windows

桌面上即可。此后，直接双击Windows 桌面上的matlab 图标，就可建立图1所示的MATLAB工作平台。

2) MATLAB工作环境平台

桌面平台是各桌面组件的展示平台，默认设置情况下的桌面平台包括 6 个窗口，具体如下：

① MATLAB 窗口

MATLAB6 比早期版本增加了一个窗口。该窗口不能进行任何计算任务的操作，只用来进行一些整体的环境参数的设置。

②命令窗口（Command Window）

命令窗口是对 MATLAB 进行操作的主要载体，默认的情况下，启动MATLAB 时就会打开命令窗口，显示形式如图 1-1 所示。一般来说，MATLAB的所有函数和命令都可以在命令窗口中执行。在 MATLAB 命令窗口中，命令的实现不仅可以由菜单操作来实现，也可以由命令行操作来执行。实际上，掌握 MALAB 命令行操作是走入 MATLAB 世界的第一步，命令行操作实现了对程序设计而言简单而又重要的人机交互，通过对命令行操作，避免了编程序的麻烦，体现了MATLAB所特有的灵活性。下面就详细介绍 MALTAB 命令行操作。

在运行MATLAB后，当命令窗口为活动窗口时，将出现一个光标，光标的左侧还出现提示符“>>”，表示MATLAB正在等待执行命令。

为求得表达式的值，只需按照MALAB语言规则将表达式输入即可，结果会自动返回，而不必像其他的程序设计语言那样，编制冗长的程序来执行。当需要处理相当繁琐的计算时，可能在一行之内无法写完表达式，可以换行表示，此时需要使用续行符“…”否则 MATLAB 将只计算一行的值，而不理会该行是否已输入完毕。

使用续行符之后 MATLAB 会自动将前一行保留而不加以计算，并与下一行衔接，等待完整输入后再计算整个输入的结果。

在 MATLAB 命令行操作中，有一些键盘按键可以提供特殊而方便的编辑操作。比如：“↑”可用于调出前一个命令行，“↓”可调出后一个命令行，避免了重新输入的麻烦。当然下面即将讲到的历史窗口也具有此功能。

举例如《自动控制理论》书p409－411中简单数学运算和矩阵运算。请在MATLAB 命令窗口中对这些例子进行验证。

③历史窗口（Command History）

历史命令窗口是 MATLAB6 新增添的一个用户界面窗口，默认设置下历史命令窗口会保留自安装时起所有命令的历史记录，并标明使用时间，以方便使用者的查询。而且双击某一行命令，即在命令窗口中执行该命令。

④发行说明书窗口（Launch Pad）

发行说明书窗口是 MATLAB6 所特有的，用来说明用户所拥有的Mathworks 公司产品的工具包、演示以及帮助信息。当选中该窗口中的某个组件之后，可以打开相应的窗口工具包。

⑤当前目录窗口（Current Directory ）

在当前目录窗口中可显示或改变当前目录，还可以显示当前目录下的文件，包括文件名、文件类型、最后修改时间以及该文件的说明信息等并提供搜索功能。

⑥工作空间管理窗口（Workspace）

工作空间管理窗口是 MATLAB 的重要组成部分。在工作空间管理窗口中将显示所有目前保存在内存中的 MATLAB 变量的变量名、数据结构、字节数以及类型，而不同的变量类型分别对应不同的变量名图标。

3)MATLAB窗口

（1）工具条

MATLAB窗口工具条如图2所示。

直接打开Editor/Debugger 编辑/调试窗

通过选中M 文件打开Editor/Debugger 编辑/调试器

或通过选中MDL 文件打开SIMULINK 模型窗

打开Simulink Library Browser 浏览器

打开Help Window 分类帮助窗

图2在英文Windows 平台上的MATLAB6.5 工具条

（2）菜单选项

MATLAB 工作窗具有标准的Windows 界面，因此，可以通过工作菜单中的各种选项来实现对工作窗中内容的操作，此处仅介绍使用较多的菜单操作。

①基本文件操作【File】选项

New 打开编辑/调试器、新图形窗、Simulink 用的MDL 文件

Open 通过已有M 文件打开编辑/调试器

②编辑操作【Edit】选项

Cut 剪切

Copy 复制

Paste 粘贴

Clear Session 清除命令窗里的显示内容，但它不清除工作存中的变量

③MATLAB 环境下工作窗管理【Windows】选项

如果没有图形的话，则只有一个【1. MATLAB Command Window】选项；如果有图形的话，则会有相应的图形窗选项。

④帮助【Help】选项

Help Windows 打开分类帮助窗

Help Tips 打开函数文件指令名帮助窗

Help Desk 打开以html 超文本形式存储的帮助文件主页

Examples and Demos 打开MATLAB 演示窗主页

About MATLAB MATLAB 注册图标、版本、制造商和用户信息

4) MATLAB 的基本规定

（1）数值的表示

MATLAB 的数值采用十进制，可以带小数点或负号。以下表示都合法。0，-100，0.008，12.752，1.8e-6 ，8.2e52

（2）变量命名规定

①变量名、函数名：字母大小写表示不同的变量名。如A 和a 表示不同的变量名；sin是MATLAB 定义的正弦函数，而Sin，SIN 等都不是。

②变量名的第一个字母必须是英文字母，最多可包含31 个字符（英文、数字和下连字符）。如A21 是合法的变量名，而3A21 是不合法的变量名。

③变量名中不得包含空格、标点，但可以有下连字符。如变量名A _b21 是合法变量名，而A，21 是不合法的。

（3）基本运算符

MATLAB 表达式的基本运算符见表1。

[说明]MATLAB 用左斜杠或右斜杠分别表示“左除”或“右除”运算。对标量而言，这两者的作用没有区别；对矩阵来说，“左除”和“右除”将产生不同的结果。