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1控制系统仿真(Matlab)实验2实验1：初步了解MATLAB环境及命令窗口的使用一、课堂练习1、掌握MATLAB的启动方式；熟悉MATLAB的命令窗口；熟悉常用的选单和工具栏；熟悉MATLAB桌面的其他窗口。2、熟悉MATLAB命令窗口中的选单“File”的功能。3、在命令窗口中输入以下命令并查看运行结果：a=2.5b=[12;34]c=’a’d=sin(a*b*pi/180)e=a+c4、根据3题分别输入以下命令查看运行结果。（1）使用标点符号来修改命令行①；：不显示计算结果【注意与回车键比较运行结果】a=2.5;②%：用做注释b=[12;34]%b为矩阵（2）通过常用操作键来编辑命令①↑：向前调回已输入过的命令行②↓：向后调回已输入过的命令行③Esc：消除当前行的全部内容3（3）查看工作空间窗口：在工作空间中使用who，whos，clear命令，观察运行结果。5、熟悉MATLAB环境。（1）MATLAB命令窗口：菜单命令各项的作用；工具栏各项功能，要求熟练使用工具栏按钮；熟练使用命令编辑区中命令窗口快捷键的功能。（2）了解MATLAB的程序编辑器。（3）熟悉MATLAB的work子目录。（4）MATLAB运行外部环境：进入DOS操作系统。6、标点符号可以使命令行不显示运算结果，用来表示该行为注释行。二、课外练习1、MATLAB强大的绘图功能（1）采用插值方式绘制海底形状图。具体程序如下：xi=linspace(-5,5,50);yi=linspace(-5,5,50)[XI,YI]=meshgrid(xi,yi);ZI=interp2(x,y,z,XI,YI,’*cubic’);Surf(XI,YI,ZI),view(-25,25)（2）绘制草帽图具体程序如下：[x,y]=meshgrid(-8:0.5:8);4r=sqrt(x.^2+y.^2)+eps;z=sin(r)./r;surf(x,y,z)shadinginterpaxisoff（3）绘制圆球球体具体程序如下：sphere(100);axisequal;shadingflat;camlightright;camlightleft;lightingphong2、MATLAB程序流程控制（1）在M文件编辑器中输入以下程序，并观察运行结果。clc%清屏幕a=[13479];%建立a矩阵b=[246810];%建立b矩阵c=a;%矩阵a与矩阵b交换，设中间变量b=c;a%输出a矩阵、b矩阵b5实验2、3：MATLAB数值运算基础一、课堂练习1、熟悉MATLAB算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、特殊运算符。2、熟悉MATLAB特殊的变量和常量。3、x=[3*pi4*pi5*pi6*pi7*pi]分别指明以下标识所代表的含义写出运算结果，并输入计算机加以验证：x(2)x(2:4)x(3:end)x(3：-1：1)x(2)=5x(find(x＞15))4、分别指明以下标识所代表的含义并求出下列的运算结果并上机验证：A=[1234;5678;9101112]A(2，3)A(3，:)A(:，2)A(:)A(8)5、（1）数组的输入在MATLAB命令窗口输入下列矩阵102030A=405060708090（2）已知A=[1020;3040]计算：A1=A+10A2=A+20A3=A+30G=[AA1;A2A3]66、S=2A=[234;567;8910]计算：（1）A+SA-SS-A（2）S.*AA.*SS*AA*S（3）S./AA.\SA./SS.\A并由计算结果得出什么结论。7、a=[123;456;789]b=[111;222;333]c=3求：（1）a.*bb.*aa*bb*a（2）a./bb.\ab./aa.\b（3）a.^cb.^cc.^ac.^ba.^bb.^a8、a=[321;654;987];b=[112;221;313];求：a\binv(a)*ba/ba*inv(b)9、熟悉MATLAB的基本数组函数、矩阵函数。10、运行以下函数，写出操作结果(1)zeros(4,4)，ones(3,2)(2)已知x=magic(5)求：diag(x)、triu(x)、tril(x)、size(x)、eye(x)。11、数组函数、矩阵函数运算（1）求复数矩阵的模与相角：a=[1+2i3-4i;5+6i7-8i]（2）求复数的实数与虚部：7a=[32+7i]（3）求复数矩阵加法、开方、乘方、乘法运算：c=[1+2i3+4i;5+6i7+8i]，d=[1-i2-2i;3-3i4-4i]c+d,sqrt(c),d^2,c*d（4）求复数矩阵的模、共轭复数矩阵，以e为底的指数函数:a=[1+2i3-4i;5+6i7-8i]。12、复数变量a=2+3i，b=3-4i，计算a+b，a-b，c=a*b，a/b，并计算变量c的实部，虚部，模和相角。13、熟练掌握多项式输入、求根、由根求多项式、多项式部分分式展开。14、（1）计算多项式P（x）=s3+21s2+20s的根以及由多项式的根得出系数。（2）求多项式P（x）=s8+2s7+3s6+4s5+5s4+6s3+7s2+8s+9的根，并用求出的根求多项式。（3）已知传函：S+3（1）G(S)=--------------------------------S4+2S3+11S2+18S+182S3+5S2+3S+6（2）G(S)=------------------------------S3+6S2+11S+6将其分解为部分分式。（4）已知表达式G(S)=(S-4)(S+5)(S2-6S+9)，展开多项式形式，并计算出G(S)=0的根。15、两个多项式a(x)=5x4+4x3+3x2+2x+1，b(x)=3x2+1。计算8c(x)=a(x)*b(x)，并计算c(x)的根，将b(x)/a(x)进行部分分式展开。二、课外练习1、输入矩阵A为3X3的魔方阵，B为3X3的单位阵，由小矩阵组成3X6的大矩阵C和6X3的大矩阵D，将D矩阵的最后一行构成小矩阵E。具体程序：a=magic(3);b=eye(3)c=[a,b]d=[a;b]e=d(6,:)2、求解方程组2x1-3x2+x3+2x4=8x1+3x2+x4=6x1-x2+x3+8x4=77x1+x2-2x3+2x4=5具体程序：a=[2–312;1301;1–118;71–22];b=[8;6;7;5];x=a\b3、已知符号表达式f=x3+3x2-6x+5，转换为多项式系数，并将f中的x用5，a替代。9具体程序：f=sym(‘x^3+3*x^2-6*x+5’);sym2poly(f);subs(f,’a’);subs(f,5)10实验4：MATLAB仿真集成环境工具Simulink的界面与菜单一、课堂练习1、学会Simulink的启动方式。2、熟悉Simulink界面各个部分的内容及其功能。3、熟悉Simulink提供的11类基本模块库中最常用模块库的界面、模块英文名与图标信息。4、重点掌握11类基本模块库中下列常用的一些标准功能模块名称、在Simulink中具体位置及其功能：（1）Derivative、Integrator、State-Space、TransportFcnZero-pole、TransportDelay；（2）Gain、Sum、Math-Function；（3）Mux、Demux；（4）Display、Out1、Scope、XYGraph；（5）Clock、In1、PulseGenerator、Ramp、SineWave、Step、Ground；（6）Subsystem。5、熟悉Simulink模型窗口（Untitled）菜单项的功能；熟练使用模型窗口工具栏按钮并熟悉各按钮功能。二、课外练习1、创建一个由正弦输入信号、放大器、示波器构成的模型。观察正弦信号幅值，频率和放大倍数变化时，示波器的输出变化。2、创建一个由两个正弦输入信号、XYGraph模块构成的模型，11观察当输入两个正弦信号相位差的变化时XYGraph模块输出波形的变化。12实验5：用Simulink建立系统的模型一、课堂练习1、会使用打开“untitled”模型窗口的三种方法。2、熟悉查找所需要的模块；熟练掌握模块的拷贝、移动、删除、连接；模块名称的修改；模块内部参数的修改；模块文件的保存和打开。3、试绘制上图直流单闭环调速系统的Simulink结构图模型，并完成以下实验内容：输入信号分别换成斜坡信号、脉冲信号，点击示波器分别观察输出信号响应曲线。要求：1）所有模块名字体：四号；粗体；2）“电势系数”：隐藏；3）“直流单闭环调速系统”：隶书；粗体；小一；4）画好的图剪切到Word文本中。5）用正确的名称存盘，并通过打开的方式检查存盘名称是否正确。13实验6：Simulink窗口下自定义模块库与自定义子系统一、课堂练习1、定义模块库（1）建立一个只有“Discrete”，“Function&Tables”，“Nonliner”，“signals&System”四类模块库组成的自定义模块库Library1。（2）建立一个只有“Zero-pole”，“Transfer-Fcn”，“State-Space”，“Gain”，“Sum”，“Step”，“Scope”，“In1”，“Out1”9个基本模块构成的自定义模块库Library2。2、定义子系统用Simulink的两种方法（1.“Subsystem”2.“CreateSubsystem”）将直流调速系统的电流环自定义为一子系统(虚线框住的定义子系统)并对其进行单位阶跃响应进行仿真，完成以下实验内容：（1）用同一个示波器在同一坐标系下同时观察单位阶跃输入、输出信号曲线。（2）用同一个示波器在两个坐标系下同时观察单位阶跃输入、输出信号曲线。（3）运用绘图命令plot(tout,yout)在MATLAB命令窗口绘制图形。1415实验7：控制系统的数学模型一、课堂练习1、三种数学模型在MATLAB里的建立在MATLAB环境中输入下列系统的模型：S3+4S2+3S+2（1）G(S)=-----------------------------S5+9S4+24S3+16S2-0.30.1–0.052（2）X(t)=10.10x(t)+0u(t),y(t)=[123]x(t)-1.5-8.9-0.054(S-5)(S-4)（3）G(S)=--------------------------S(S+1)(S+3)(5S2+0.96S+9.6)（4）G(S)=-------------------------------------S(S+1)2(S2+0.384S+2.56)9.9e-80S（5）G(S)=-----------------------120S+12、模型间的相互转化6.8(S+3)(S+7)给定系统的零极点模型为：G(S)=----------------------------------S(S+1.8+j1.63)(S+1)2用MATLAB语句转化成等效的：（1）传递函数模型（2）状态空间模型。3、环节方框图模型的化简已知晶闸管—直流电机单闭环调速系统（V-M系统）的Simulink动态结构图如下图所示。求按负反馈连接闭环系统的传递函数（在MATLAB命令窗口下编写程序求出）。16二、课外练习1、控制系统的结构图如下所示，试建立控制系统的仿真模型，观察系统在阶跃信号作用下的输出响应。给控制系统加上校正装置，如下图所示。观察校正后系统在阶跃信号作用下的输出响应。2、设计一个PID控制器，实现对G(S)=10/S2+S+10系统构成单位负反馈的控制，当输入阶跃和正弦信号时，观察通过PID参数变化对系统控制效果的影响。3、用Simulink仿真一个正弦信号和一个余弦信号相加，即计算x(