控制系统仿真

控制系统仿真

实验报告

指导教师:幸晋渝老师

学生:邢伟

学号：201120307217

2014年06月15日

目录

1MATLAB概述 (3)

1.1MATLAB的基础知识 (3)

1.2MATLAB的工作环境 (4)

1.3MATLAB的M文件 (5)

1.4MATLAB的帮助命令 (6)

2MATLAB的功能介绍 (7)

2.1MATLAB的基本运算 (7)

2.2MATLAB绘图 (9)

2.3作业、例题 (12)

3SIMULINK的功能介绍 (13)

3.1仿真工具SIMULINK的简介 (13)

3.2SIMULINK的界面 (14)

3.3利用SIMULINK进行数字仿真 (16)

3.4作业、例题 (18)

4心得体会..........................................。。。。. (22)

1MATLAB的基础知识

1.1.MATLAB简介

MATLAB（MATrix LABoratory，即矩阵实验室）是美国的Cleve Moler教授利用自己研制的基于特征值计算和线性代数软件包开发的一种高级语言。

1990年推出的MATLAB3.5i是第一个可以运行于Microsoft Windows下的版本，它可以在两个窗口上分别显示命令行计算结果和图形结果。稍后推出的SimuLAB环境首次引入基于框图的仿真功能，该环境就是我们现在所知的Simulink，其模型输入的方式使得一个复杂的控制系统的数字仿真问题变得十分直观而且相当容易。经过多年来版本的不断更新，新版本的MATLAB功能已经十分强大，其应用领域日益广泛，速度更快，数值性能更好；用户图形界面设计更趋合理；与C语言接口及转换的兼容性更强；新的虚拟现实工具箱更给仿真结果三维视景下显示带来了新的解决方案

MATLAB具有以下主要特点：

（1）超强的数值运算功能。

（2）语法限制不严格，程序设计自由度大。

（3）程序的可移植性很好。

（4）强大的数据可视化功能。

（5）丰富的工具箱。

1.2MATLAB工作环境

图形窗口“Figure”

M文件窗口

1.3MATLAB的M文件

所谓M文件，就是用户把要实现的命令写在一个以.m为扩展名的文件中

M文件有两种格式（统称为M文件）

程序式M文件用于把很多需要在命令窗口输入的命令放在一起，就是命令的简单叠加

函数式M文件用于把重复的程序段封装成函数供用户调用。

（1）程序式M文件

运行程序，得到结果：

1.4MATLAB的帮助系统

MATLAB具有完善的帮助系统，帮助内容丰富，获取帮助的形式多样。

帮助系统包括:

命令行帮助

联机帮助

演示帮助

充分利用帮助系统，可以更快更准确地掌握MATLAB的使用方法。

命令行帮助

help工具箱或命令名

联机帮助

演示帮助

2MATLAB的基本运算

2.1MATLAB的基本运算

1．MATLAB的基本语句结构

（1）变量

变量命名的规则为：

1）变量的名称必须以字母开头，其后可以为字母、数字或者下划线。

2）变量名长度不超过63个字符，超过的部分将会被忽略。

3）变量名区分字母的大小写；

MATLAB中还设置了如下一些特殊变量：

ans计算结果默认的变量名

eps浮点数相对精度变量

pi圆周率

Inf正无穷大变量，由n/0或者溢出产生

NaN不确定量，由0/0或者∞－∞产生

i或j虚数单位变量

realmax最大可用正实数，realmax=1.7977e+308

realmin最小可用正实数，realmin=2.2251e-308

（4）常用操作命令

clc清除命令窗口的内容，对工作环境中的全部变量无任何影响clear清除工作空间的所有变量

clear all清除工作空间的所有变量、函数和MEX文件

save将工作空间里的变量保存到磁盘文件

load将磁盘文件里的变量加载到工作空间

close关闭当前的Figure窗口

close all关闭所有的Figure窗口

what列出当前目录下所有的M文件

which显示出某个MATLAB函数的路径

dir查询当前目录下所有的文件

type在命令窗口显示文件

cd删除文件

cd path显示当前目录

delete进入目录

2.MATLAB的基本运算

加（+）、减（-）、乘（*）、除（/）、幂（^）等运算操作MATLAB还提供几乎所有的运算函数

初等运算函数

三角函数

正弦函数sin()余弦函数cos()

正切函数tan()反正弦函数asin()

反余弦函数acos()反正切函数atan()

双曲正弦函数sinh()反双曲正弦函数asinh()数据统计分析函数

最大值max()最小值min()

计算平均值mean()计算中间值median()

求和sum()计算元素之积prod()

元素排序sort()䦋㌌㏒㧀좈ᓀ㵂Ü：

3.矩阵运算

MATLAB中所有的计算都是以矩阵为基本单元进行的，MATLAB对矩阵的运算功能最齐全，也最强大。

矩阵输入时一行中各元素间用逗号“，”或空格，行间用分号“；”或直接回车，整个矩阵以括号“[”和“]”表示开始和结束。

例2-2输入以下MATLAB语句

a=[123;456;789]

b=[1,1+2i;2+3i,exp(-1)]

运行程序，得到结果：

a=

123

456

789

b=

1.0000 1.0000+

2.0000i

2.0000+

3.0000i0.3679

2.2MATLAB的绘图

强大的图形功能是MATLAB受到人们广泛欢迎的一个重要原因。MATLAB软件提供了丰富的用于绘制图形、标注图形以及输出图形的基本命令

1.二维图形

（1）曲线绘图函数

格式：plot(x)

plot(x1,y1,x2,y2…)

plot(x1,y1,’plotstyle’…)

plot函数是MATLAB中绘制基本二维曲线图形的函数，它的基本功能是打开一个新的图形窗口绘制曲线。

若已经存在一个图形窗口，则自动将该窗口的原内容清除，然后再绘制新的图形。·plot(x1,y1,x2,y2…)

绘制以(x1,y1),(x2,y2)…确定的多条曲线。

·plot(x1,y1,’plotstyle’…)

绘制由字符串“plotstyle”定义的颜色、线型的多条曲线。其中“plotstyle”

（2）绘图辅助函数

·title（‘字符串’）

用于给图形添加标题，将字符串添加在图形上方的中部。

·xlabel（‘字符串’）

用于对图形的x轴进行说明，将字符串添加在图形x轴下方。

·ylabel（‘字符串’）

用于对图形的y轴进行说明，将字符串添加在图形y轴左方。