MATLAB与控制系统仿真
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5.丰富的MATLAB工具箱
MATLAB提供丰富的工具箱，是将许多基本功能组合为函数包或可操作的图形界面，极 大的减轻了用户编程的负担。本教材相关的工具箱有：MATLAB通用工具箱、Simulink仿真 工具箱、控制系统工具箱、符号数学工具箱、信号处理工具箱、图象处理工具箱等。
6.MATLAB的兼容功能
具备与C/C++语言、VB、JAVA等语言的编程接口实现混合编程； 应用程序集成，包括发布COM组件及实现DDE动态数据交换等功能。
7.部分常用运算函数示例
初等运算 sqrt( ), exp( ), log( ),log10( )； 三角函数 sin( ),cos( ),tan( ),asin( ),acos( ),atan()； 数据统计函数 max( ),min( ),mean( ),sum( ),sort( )。
在MATLAB工作内存中，驻留了几个由系统本身在启动时定义的变量，我们称为永久变量。
永久变量 eps pi inf或Inf NaN i， j 默认使用i,j为虚数单位标志 注释 系统定义的最小正整数， eps≈2.22e-016 定在计算中某结果小于 eps时系统默认其值为0，也可以视为MATLAB的精度值 圆周率，近似值3.1415926 表示正无穷大
MATLAB与控制系统仿真
1.3 MATLAB基本操作
1.MATLAB R2014a的启动
使用Windows操作系统下的MATLAB R2014a（其对应版本编号为8.3）软件，进入 windows主界面后，选择“开始”—“程序”—“MATLAB R2014a”启动软件，安装软件 时也可选择在桌面生成MATLAB快捷方式，点击快捷方式亦可直接启动。
2.基本操作界面
工具栏 功能区 当前文件夹窗口 运算提示符 工作区窗口 快捷键
文件详细信息窗口
命令行窗口
MATLAB与控制系统仿真
1.3 MATLAB基本操作
（1）MATLAB工具栏 菜单/工具栏中包含3个标签，分别是主页、绘图、应用程序。
3.仿真的基本步骤
MATLAB与控制系统仿真
1.2 MATLAB简介
MATLAB语言设计者的初衷是为解决“线性代数”课程的矩阵运算问题，取名MATLAB即
Matrix Laboratory 矩阵实验室的意思。 MATLAB具备大规模计算能力和仿真功能，是大学工科必修的计算机语言之一。其应用领域
非常广泛，如：
MATLAB与控制系统仿真
—第1章 控制系统仿真概述
MATLAB与控制系统仿真
章节重点
本章节主要介绍两个部分，一是控制系统仿真的基本概念，二是 MATLAB控制系统仿真的基础知识，具体内容如下： 系统仿真的基本概念；
MATLAB的简介；
MATLAB基本操作，包括MATLAB R2014a的启动方法和MATLAB 基本操作界面的介绍； MATLAB的操作实例介绍。
MATLAB与控制系统仿真
1.1 系统仿真概述
2.仿真软件
仿真软件吸收了仿真方法学、网络、图形/图像、多媒体、软件工程、自动控制、人工智 能等技术成果得到了很大发展。人机环境也由初期的图形支持，到动画、交互式仿真，进一
步发展到矢量的图形支持，并向虚拟实现方向发展。
MATLAB与控制系统仿真
1.1 系统仿真概述
工业研究与开发； 数学教学与研究，特别是线性代数；
数值分析和科学计算方面的教学与研究；
电子学、控制理论和物理学等工程和科学学科方面的教学与研究； 经济学、化学和生物学等计算问题
MATLAB与控制系统仿真
1.2 MATLAB简介
1.矩阵运算功能
MATLAB提供了丰富的矩阵运算处理功能，是基于矩阵运算的处理工具；它的变量是矩 阵，运算是矩阵的运算。
2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
MATLAB与控制系统仿真
1.2 MATLAB简介
4.图形化程序编制功能
具备动态系统进行建模、仿真和分析的软件包；
只需采用拖拽模块连接模块的形式，即可实现编程功能。
MATLAB与控制系统仿真
1.2 MATLAB简介
1.1 系统仿真概述
（3）军事领域 武器装备的研制，军事训练。
MATLAB与控制系统仿真
1.1 系统仿真概述
（4）交通，医学
MATLAB与控制系统仿真
1.1 系统仿真概述
1.系统仿真的三要素
系统：即仿真对象，其基本特性是整体性和相关性。 模型：是系统的抽象，是对系统属性和变化规律的一种定量抽象，是对系统本质的描述。
仿真：是利用计算机模型复现实际项目（系统）中发生的本质过程，并通过对系统模型的实
验来研究存在的或设计中的系统。 根据不同的分类标准，可以将系统仿真分为以下几类：
物理仿真 数学仿真 混合仿真 研制一些实体模型，使之能够重现原系统的各种状态。 用数学语言表达系统，并编制程序在计算机上对实际系统进行 研究。 为了提高数学仿真的可信度或针对难以建模的系统多采取物理 模型、数学模型和实体相结合组成较复杂的仿真系统。
MATLAB与控制系统仿真
1.1 系统仿真概述
系统仿真是随着计算机技术的发展而逐步形成的一类实验研究方法，应用领域十分广 泛： （1）研究领域 如：地球活动研究，海洋环境仿真，分子动力学研究，机器人研究，机器人的控制。
MATLAB与控制系统仿真
1.1 系统仿真概述
（2）工业、物流
MATLAB与控制系统仿真
ຫໍສະໝຸດ Baidu
用于解代数方程、微积分、复合导数、积分、二重积分、有理函数、微分方程、泰乐级数 展开、寻优等，可求得解析符号解。
MATLAB与控制系统仿真
1.2 MATLAB简介
3.丰富的绘图功能与计算结果的可视化
具有高层绘图功能——二维、三维绘图； 具有底层绘图功能——句柄绘图； 使用plot函数可随时将计算结果可视化。
ans
对于未赋值运算结果，自动赋给变量ans
MATLAB与控制系统仿真
1.2 MATLAB简介
2.符号运算功能
符号运算允许将变量定义为符号进行数学运算和分析；
允许变量不赋值而参与运算；如下例： syms a b c x % 创建多个符号变量
f2 = a*x^2 + b*x + c
% 创建符号表达式
MATLAB提供丰富的工具箱，是将许多基本功能组合为函数包或可操作的图形界面，极 大的减轻了用户编程的负担。本教材相关的工具箱有：MATLAB通用工具箱、Simulink仿真 工具箱、控制系统工具箱、符号数学工具箱、信号处理工具箱、图象处理工具箱等。
6.MATLAB的兼容功能
具备与C/C++语言、VB、JAVA等语言的编程接口实现混合编程； 应用程序集成，包括发布COM组件及实现DDE动态数据交换等功能。
7.部分常用运算函数示例
初等运算 sqrt( ), exp( ), log( ),log10( )； 三角函数 sin( ),cos( ),tan( ),asin( ),acos( ),atan()； 数据统计函数 max( ),min( ),mean( ),sum( ),sort( )。
在MATLAB工作内存中，驻留了几个由系统本身在启动时定义的变量，我们称为永久变量。
永久变量 eps pi inf或Inf NaN i， j 默认使用i,j为虚数单位标志 注释 系统定义的最小正整数， eps≈2.22e-016 定在计算中某结果小于 eps时系统默认其值为0，也可以视为MATLAB的精度值 圆周率，近似值3.1415926 表示正无穷大
MATLAB与控制系统仿真
1.3 MATLAB基本操作
1.MATLAB R2014a的启动
使用Windows操作系统下的MATLAB R2014a（其对应版本编号为8.3）软件，进入 windows主界面后，选择“开始”—“程序”—“MATLAB R2014a”启动软件，安装软件 时也可选择在桌面生成MATLAB快捷方式，点击快捷方式亦可直接启动。
2.基本操作界面
工具栏 功能区 当前文件夹窗口 运算提示符 工作区窗口 快捷键
文件详细信息窗口
命令行窗口
MATLAB与控制系统仿真
1.3 MATLAB基本操作
（1）MATLAB工具栏 菜单/工具栏中包含3个标签，分别是主页、绘图、应用程序。
3.仿真的基本步骤
MATLAB与控制系统仿真
1.2 MATLAB简介
MATLAB语言设计者的初衷是为解决“线性代数”课程的矩阵运算问题，取名MATLAB即
Matrix Laboratory 矩阵实验室的意思。 MATLAB具备大规模计算能力和仿真功能，是大学工科必修的计算机语言之一。其应用领域
非常广泛，如：
MATLAB与控制系统仿真
—第1章 控制系统仿真概述
MATLAB与控制系统仿真
章节重点
本章节主要介绍两个部分，一是控制系统仿真的基本概念，二是 MATLAB控制系统仿真的基础知识，具体内容如下： 系统仿真的基本概念；
MATLAB的简介；
MATLAB基本操作，包括MATLAB R2014a的启动方法和MATLAB 基本操作界面的介绍； MATLAB的操作实例介绍。
MATLAB与控制系统仿真
1.1 系统仿真概述
2.仿真软件
仿真软件吸收了仿真方法学、网络、图形/图像、多媒体、软件工程、自动控制、人工智 能等技术成果得到了很大发展。人机环境也由初期的图形支持，到动画、交互式仿真，进一
步发展到矢量的图形支持，并向虚拟实现方向发展。
MATLAB与控制系统仿真
1.1 系统仿真概述
工业研究与开发； 数学教学与研究，特别是线性代数；
数值分析和科学计算方面的教学与研究；
电子学、控制理论和物理学等工程和科学学科方面的教学与研究； 经济学、化学和生物学等计算问题
MATLAB与控制系统仿真
1.2 MATLAB简介
1.矩阵运算功能
MATLAB提供了丰富的矩阵运算处理功能，是基于矩阵运算的处理工具；它的变量是矩 阵，运算是矩阵的运算。
2 1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
MATLAB与控制系统仿真
1.2 MATLAB简介
4.图形化程序编制功能
具备动态系统进行建模、仿真和分析的软件包；
只需采用拖拽模块连接模块的形式，即可实现编程功能。
MATLAB与控制系统仿真
1.2 MATLAB简介
1.1 系统仿真概述
（3）军事领域 武器装备的研制，军事训练。
MATLAB与控制系统仿真
1.1 系统仿真概述
（4）交通，医学
MATLAB与控制系统仿真
1.1 系统仿真概述
1.系统仿真的三要素
系统：即仿真对象，其基本特性是整体性和相关性。 模型：是系统的抽象，是对系统属性和变化规律的一种定量抽象，是对系统本质的描述。
仿真：是利用计算机模型复现实际项目（系统）中发生的本质过程，并通过对系统模型的实
验来研究存在的或设计中的系统。 根据不同的分类标准，可以将系统仿真分为以下几类：
物理仿真 数学仿真 混合仿真 研制一些实体模型，使之能够重现原系统的各种状态。 用数学语言表达系统，并编制程序在计算机上对实际系统进行 研究。 为了提高数学仿真的可信度或针对难以建模的系统多采取物理 模型、数学模型和实体相结合组成较复杂的仿真系统。
MATLAB与控制系统仿真
1.1 系统仿真概述
系统仿真是随着计算机技术的发展而逐步形成的一类实验研究方法，应用领域十分广 泛： （1）研究领域 如：地球活动研究，海洋环境仿真，分子动力学研究，机器人研究，机器人的控制。
MATLAB与控制系统仿真
1.1 系统仿真概述
（2）工业、物流
MATLAB与控制系统仿真
ຫໍສະໝຸດ Baidu
用于解代数方程、微积分、复合导数、积分、二重积分、有理函数、微分方程、泰乐级数 展开、寻优等，可求得解析符号解。
MATLAB与控制系统仿真
1.2 MATLAB简介
3.丰富的绘图功能与计算结果的可视化
具有高层绘图功能——二维、三维绘图； 具有底层绘图功能——句柄绘图； 使用plot函数可随时将计算结果可视化。
ans
对于未赋值运算结果，自动赋给变量ans
MATLAB与控制系统仿真
1.2 MATLAB简介
2.符号运算功能
符号运算允许将变量定义为符号进行数学运算和分析；
允许变量不赋值而参与运算；如下例： syms a b c x % 创建多个符号变量
f2 = a*x^2 + b*x + c
% 创建符号表达式