MATLAB的使用方法

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在本教程的制作中，主要是应用MATLAB的仿真功能对各例题的结果进行仿真，观察所设计的控制系统的

输出、误差等。

MATLAB本身自带了很多的模型，这次所应用到的有以下一些：

以上模型的参数都可以改变。比如线性传递函数的描述方法是：将线性传递函数的分子和分母分别按s的降幂

排列，然后将各项的系速以矩阵的形式描述。例如，线性传递函数 10/s(s+1)的描述方法为：分子

（Numerator）----[10]、分母（Denominator）----[1 1 0]。

以下以例一中在单位加速度输入时的仿真为例说明MATLAB的使用方法。

步骤如下：

1.进入 MATLAB命令窗口(Command Window)后，单击工具栏中的New

Simulink Mode l图标，进入仿

真(Simulink)窗口。

2.从同时打开的Library窗口中选取组成框图所需的部件：零阶保持器、离散传递函数、线性传递函数、

示波器、比较器。由于MATLAB没有提供加速度输入的模型，因此，要由速度输入和积分器组合而成。根据题

目给出的条件和计算得出的控制器模型调整各环节的参数，设置如下：

Ramp----Slope:1 Start time:0 initial output:0;

Sum----List of signs:+-;

Discrete Transfer Fcn----

Numerator: [0.8154 -1.11538566 0.57178566 -0.09999522] Denominator: [1 -1.282 -0.436 0.718]

Sample time:1;

Zero-Order Hold----

Sample time:1;

Transfer Fcn----

Numerator:[10]

Denominator:[1 10]。合成后的框图如下

如果觉得各模型下的英文说明难以说明问题的话，还可以把它们改成中文，或隐藏，也可以在任一地方添加

注释。

3.图上共设置了三个示波器，分别观察系统的输入、输出合误差。要观察这些信号，就要进行仿真，选

择菜单项Simulation->Start以开始仿真，听到扬声器发出“嘀”的一声，表示仿真结束，这时可以双击示

波器来观察仿真结果。如果所现示的信号图不理想，还可以通过调整图的属性来达到很好的效果。单击属性

按钮，便可设置y-轴的最大值(y-max)、最小值(y-min)、时间跨度

(time-range)等参数，还可以将数据送

给工作区(Save data to workspace)，为以后画多条曲线的合成图作准备。调整参数后的系统误差如下图所

示(其他信号略)

4.单独的看各个信号还不能很好地反映输入与输出之间的关系，还需将三个信号合在一幅图中进行观

察，具体做法是：在各个示波器的属性中设置好输出数据到工作区的变量名（输出为output、输入为input、

误差为error），然后回到命令窗口（Command Window），键入以下命令便可看到三个信号合在一起的图

plot(output(:,1),output(:,2),error(:,1),error(:,2),input(:,1),input(: ,2))

其中，plot命令中的各参数

依次表示各条曲线的x轴

和y轴，output(:,1)表示

output变量第一列(1)中的

所有元素(:)，如果想输出

的图带有格子，可键入

Grid on命令。由于输入与

输出的差别集中在前两拍，

因此还需调整仿真的停止

时间以达到更好的效果，

具体做法是：进入仿真窗

口，选择菜单Simulation->

Parameters，将参数Stop

time设置为5.0，再次进行

仿真、画图，最后得到的三

个信号合一的图如左。.

要想将所画的以图片的形式保存，有两种方法，一是用抓图软件将其抓下来，另一种方法是用以下一组命令

将其保存为 bmp文件ieo.bmp

[x,map]=capture

imwrite(x,map,'ieo.bmp')

至此，便完成了整个仿真过程。

-1、基本运算与函数在MATLAB下进行基本数学运算，只需将运算式直接打入提示号（>>）之後，并按入Enter键即可。例如：>>(5*2+1.3-0.8)*10/25 ans = 4.2000 MATLAB会将运算结果直接存入一变数ans，代表MATLAB运算後的答案（Answer），并显示其数值於萤幕上。（为简便起见，在下述各例中，我们不再印出MATLAB的提示号。）

=============================================== 小提

示： ">>"是MATLAB的提示符号（Prompt），但在PC中文视窗系统下，由於编码方式不同，此提示符号常会消失不见，但这并不会影响到MATLAB的运算结果。

=============================================== 我们也可

将上述运算式的结果设定给另一个变数x：x = (5*2+1.3-0.8)*10^2/25 x = 42 此时MATLAB会直接显示x的值。由上例可知，MATLAB认识所有一般常用到的加（+）、减（-）、乘（*）、除（/）的数学运算符号，以及幂次运算（^）。小提示：MATLAB将所有变数均存成double的形式，所以不需经过变数宣告（Variable declaration）。MATLAB同时也会自动进行记忆体的使用和回收，而不必像C语言，必须由使用者一一指定。这些功能使的MATLAB易学易用，使用者可专心致力於撰写程式，而不必被软体枝节问题所干扰。若不想让MATLAB每次都显示运算结果，只需在运算式最後加上分号（；）即可，如下例：y = sin(10)*exp(-0.3*4^2); 若要显示变数y的值，直接键入y即可：>>y y = -0.0045 在上例中，sin是正弦函数，exp是指数函数，这些都是MATLAB常用到的数学函数。下表即为MATLAB常用的基本数学函数及三角函数：

=============================================== 小整理：MATLAB常用的基本数学函数abs(x)：纯量的绝对值或向量的长度angle(z)：复数z的相角(Phase angle) sqrt(x)：开平方 real(z)：复数z的实部imag(z)：复数z的虚部conj(z)：复数z的共轭复数round(x)：四舍五入至最近整数fix(x)：无论正负，舍去小数至最近整数floor(x)：地板函数，即舍去正小数至最近整数ceil(x)：天花板函数，即加入正小数至最近整数rat(x)：将实数x化为分数表示rats(x)：将实数x化为多项分数展开sign(x)：符号函数(Signum function)。当x<0时，sign(x)=-1；当x=0时，sign(x)=0; 当x>0时，sign(x)=1。rem(x,y)：求x除以y的馀数gcd(x,y)：整数x和y的最大公因数lcm(x,y)：整数x和y的最小公倍数exp(x)：自然指数pow2(x)：2的指数log(x)：以e为底的对数，即自然对数或log2(x)：以2为底的对数log10(x)：以10为底的对数

=============================================== 小整理：