《MATLAB与控制系统仿真》实验指导书

实验一 MATLAB 软件操作练习一、 实验目的1. 熟悉MATLAB 软件的基本操作；2. 学会利用MATLAB 进行基本数学计算的方法；3. 学会用MATLAB 进行矩阵创建和运算。

二、实验设备计算机一台，MATLAB 软件三、实验内容1. 使用help 命令，查找 sqrt （开方）、roots (求根)等函数的使用方法；2. 用MATLAB 可以识别的格式输入以下矩阵75350083341009103150037193......A ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦并将A 矩阵的右下角2×3子矩阵赋给D 矩阵。

赋值完成后，调用相应的命令查看MATLAB 工作空间的占用情况。

3. 矩阵运算（1）矩阵的乘法已知A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8];求A^2*B（2）矩阵除法已知 A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9];B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3];A\B,A/B（3）矩阵的转置及共轭转置已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i];求A.', A'（4）使用冒号选出指定元素已知： A=[3 2 3;2 4 6;6 8 10];求A 中第3列前2个元素；A 中所有列第2，3行的元素；4. 分别用for 和while 循环结构编写程序，求出6323626302122222i i K ===++++++∑并考虑一种避免循环的简洁方法来进行求和。

四、实验步骤1. 熟悉MATLAB 的工作环境，包括各菜单项、工具栏以及指令窗口、工作空间窗口、启动平台窗口、命令历史窗口、图形文件窗口和M 文件窗口；2． 在指令窗口中完成实验内容中规定操作并记录相关实验结果；3. 完成实验报告。

实验二 M 文件编程及图形处理一、实验目的1．学会编写MATLAB 的M 文件；2．熟悉MATLAB 程序设计的基本方法；3. 学会利用MATLAB 绘制二维图形。

二、实验设备计算机一台，MATLAB 软件三、实验内容1. 选择合适的步距绘制出下面的图形（1）sin(tan )tan(sin )t t -，其中(,)t ππ∈-（2）-0.5t y=e sin(t-)3π，t ∈[0，20]（3）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)， t ∈[0，2π]2.基本绘图控制绘制[0，4π]区间上的x1=10sint 曲线，并要求：（1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号；（2）给横坐标标注’t ’，纵坐标标注‘y(t)‘，3.M 文件程序设计（1）编写程序，计算1+3+5+7+…+(2n+1)的值（用input 语句输入n 值）；（2）编写分段函数⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-<≤=其它021210)(x x x x x f的函数文件，存放于文件ff.m 中，计算出)2(f ，)3(-f 的值四、实验要求1. 预习实验内容，按实验要求编写好实验程序；2. 上机调试程序，记录相关实验数据和曲线，3. 完成实验报告。

机械与汽车工程学院《Matlab控制系统仿真》实验指导书学院班级姓名学号浙江科技学院机械与汽车工程学院制实验一 MATLAB语言基本命令1 实验目的1. 掌握科学计算的有关方法，熟悉MA TLAB语言及其在科学计算中的运用；2. 掌握MATLAB的命令运行方式和M文件运行方式；3. 掌握矩阵在MA TLAB中的运用。

2 实验器材计算机WinXP、Matlab7.0软件3 实验内容(1). 输入A=[7 1 5;2 5 6;3 1 5]，B=[1 1 1; 2 2 2;3 3 3]，在命令窗口中执行下列表达式，掌握其含义：A(2, 3) A(:,2) A(3,:) A(:,1:2:3)A(:,3).*B(:,2) A(:,3)*B(2,:) A*B A.*BA^2 A.^2 B/A B./A(2).输入C=1:2:20，则C（i）表示什么？其中i=1,2,3, (10)(3).查找已创建变量的信息，删除无用的变量；(4). 试用help命令理解下面程序各指令的含义：cleart =0:0.001:2*pi;subplot(2,2,1);polar(t, 1+cos(t))subplot(2,2,2);plot(cos(t).^3,sin(t).^3)subplot(2,2,3);polar(t,abs(sin(t).*cos(t)))subplot(2,2,4);polar(t,(cos(2*t)).^0.5)4 实验步骤：打开MA TLAB程序，将实验内容中的题目依次输入MATLAB中，运行得到并记录结果，最后再对所得结果进行验证。

5 实验报告要求记录实验数据,理解其含义实验二 MATLAB语言程序设计1 实验目的（1）掌握Matlab程序的编制环境和运行环境。

（2）掌握Matlab程序的编写方法。

（3）能编写基本的数据处理Matlab程序。

（4）能编写基本的数据可视化Matlab程序。

2 实验器材计算机WinXP、Matlab7.0软件3 实验内容(1) Matlab脚本文件编写和执行(2) Matlab 函数文件的编写和调用(3) nargm和nargout函数使用方法(4) 局部变量与全局变量使用4 实验步骤1、Matlab命令文件编写(1) 建立自己工作目录，如/Mywork。

1实验5. 控制理论仿真实验1 控制系统的建模一、实验目的1.学习在MATLAB 命令窗口建立系统模型的方法；2.学习如何在三种模型之间相互转换；3.学习如何用SIMULINK 仿真工具建模。

二、相关知识1.传递函数模型设连续系统的传递函数为：nn n n m m m m a s a s a s a b s b s b s b s den s num s G ++++++++==----11101110)()()( 设离散系统的传递函数为：n n n n m m m m a z a z a z a b z b z b z b z den z num z G ++++++++==----11101110)()()( 则在MATLAB 中，都可直接用分子/分母多项式系数构成的两个向量num 与den 构成的矢量组[num ,den ]表示系统，即num =],,,[10m b b b den =],,,[10n a a a建立控制系统的传递函数模型（对象）的函数为tf (),调用格式为：sys=tf (num ,den )sys=tf (num ,den ,Ts)sys=tf(othersys)sys=tf (num ,den )返回的变量sys 为连续系统的传递函数模型。

sys=tf (num ,den ,Ts)返回的变量sys 为离散系统的传递函数模型，Ts 为采样周期，当Ts=-1或Ts=[]时，系统的采样周期未定义。

sys=tf(othersys)将任意的控制系统对象转换成传递函数模型。

离散系统的传递函数的表达式还有一种表示为1-z 的形式（即DSP 形式），转换为DSP 形式的函数命令为filt()，调用格式为：sys=filt(num ,den )sys=filt(num ,den ,Ts)sys=filt(num ,den )函数用来建立一个采样时间未指定的DSP 形式传递函数。

sys=filt(num ,den ,Ts)函数用来建立一个采样时间为Ts 的DSP 形式传递函数。

《MATLAB语言与控制系统仿真》实验指导书实验一、MATLAB语言环境与基本运算一、实验目的及要求1．学习了解MATLAB语言环境2．练习MATLAB命令的基本操作3．练习MATLAB数值运算相关内容4．练习MATLAB符号运算相关内容5．撰写实验报告二、实验内容1．熟悉Matlab语言环境2．1)．学习了解MATLAB语言环境MATLAB语言操作界面(主界面的各个窗口)变量查询命令who, whos 目录与目录结构搜索路径联机帮助2)．MATLAB基本操作命令demos，clc，clf，clear，contro-c(^c)，diary3．Matlab数值运算与符号运算1)．MATLAB数值运算相关内容MATLAB变量及变量赋值初等矩阵函数ones, zeros, eye, rand, randn, size矩阵的基本运算矩阵的特征运算det, eig, rank, svd 矩阵的分解运算基本数学函数矩阵的运算与点运算多项式的运算2)．MATLAB符号运算相关内容符号变量的定义基本符号运算符号运算的扩展实验二、MATLAB编程与绘图一、实验目的及要求1．练习MATLAB编程2．练习MATLAB二维绘图与三维绘图3．撰写实验报告二、实验内容1．MATLAB编程MATLAB关系运算MATLAB逻辑运算switch分支选择语句if条件语句for循环语句while循环语句2．MATLAB二维绘图与三维绘图MATLAB二维绘图plot, subplot, figureMATLAB三维绘图plot3, mesh, surf z=rand(10,10);>> mesh(z)[X,Y,Z]=cylinder(r,30);surf(X,Y,Z)实验三、控制系统时间响应与频率响应分析一、实验目的及要求1．练习控制系统仿真绘图2．练习控制系统的数学模型的描述3．SIMULINK系统仿真4．撰写实验报告二、实验内容1．控制系统数学模型与时域分析时间响应绘图impulse, step, lsim控制系统的数学模型tf, zp, ss; printsys, conv, feedback,控制系统的数学模型之间的相互转换2．控制系统频域分析与稳定性分析频率特性绘图bode, nichols, nyquist根轨迹图rlocus3．SIMULINK系统仿真SIMULINK的功能模块利用SIMULINK进行控制系统仿真。

实验总要求1、封面必须注明实验名称、实验时间和实验地点，实验人员班级、学号（全号）和姓名等。

2、内容方面：注明实验所用设备、仪器及实验步骤方法；记录清楚实验所得的原始数据和图像，并按实验要求绘制相关图表、曲线或计算相关数据；认真分析所得实验结果，得出明确实验结论。

3、图形可以打印出来并剪贴上去，文字必须用标准试验纸手写。

实验一MATLAB绘图基础一、实验目的了解MATLAB常用命令和常见的内建函数使用。

熟悉矩阵基本运算以及点运算。

掌握MATLAB绘图的基本操作：向量初始化、向量基本运算、绘图命令plot,plot3,mesh,surf 使用、绘制多个图形的方法。

二、实验内容建立并执行M文件multi_plot.m，使之画出如图的曲线。

三、实验方法（参考程序）024681012Plot of y=sin(2x) and its derivative四、实验要求1. 分析给出的MA TLAB 参考程序，理解MA TLAB 程序设计的思维方法及其结构。

2. 添加或更改程序中的指令和参数，预想其效果并验证，并对各语句做出详细注释。

对不熟悉的指令可通过HELP 查看帮助文件了解其使用方法。

达到熟悉MA TLAB 画图操作的目的。

3. 总结MATLAB 中常用指令的作用及其调用格式。

五、实验思考1、实现同时画出多图还有其它方法，请思考怎样实现，并给出一种实现方法。

(参考程序如下)t=0:pi/100:4*pi;y1=sin(2*t);y2=2*cos(2*t);plot(t,y1,'-b');hold on; %保持原图plot(t,y2,'-g');grid onaxis([0 4*pi -2 2])title('Plot of y=sin(2x) and its derivative')Plot of y=sin(2x) and its deriv ativ e024681012024681012-2-1012xyPlot of y=sin(2x)024681012-2-1012xyPlot derivative of y=sin(2x);y=2cos(2x)t=0:pi/100:4*pi; y1=sin(2*t); y2=2*cos(2*t);024681012-2-1.5-1-0.500.511.52Plot of y=sin(2x) and its deriv ativ et=0:pi/100:4*pi; y1=sin(2*t); y2=2*cos(2*t); plot(t,y1,'r--'); hold on ;plot(t,y2,'-b'); grid onaxis([0 4*pi -2 2])title('Plot of y=sin(2x) and its derivative')2468101214Plot of y=sin(2x)xyPlot of y=sin(2x) and its deriv ativ exyt=0:pi/100:4*pi; y1=sin(2*t); y2=2*cos(2*t); plot(t,y1,'r--');title('Plot of y=sin(2x)'); xlabel('x'),ylabel('y'); figure(2) plot(t,y2,'-b');title('Plot of y=sin(2x) and its derivative') xlabel('x'),ylabel('y'); grid onaxis([0 4*pi -2 2])2、思考三维曲线（plot3）与曲面(mesh, surf)的用法，（1）绘制参数方程233,)3cos(,)3sin()(t z e t t y e t t t x t t ===--的三维曲线；t=0:pi/30:10*pi;plot3(t.^3.*sin(3.*t).*exp(-t),t.^3.*cos(3.*t).*exp(-t),t.^2);2（2）绘制二元函数xyy xe x x y xf z ----==22)2(),(2，在XOY 平面内选择一个区域(-3:0.1:3,-2:0.1:2)，然后绘制出其三维表面图形。

实验一MATLAB 在控制系统模型建立与仿真中地应用一、MATLAB 基本操作与使用1. 实验目地1)熟悉MATLAB工作环境平台及其各个窗口,掌握MATLAB 语言地基本规定,MATLAB图形绘制功能、M 文件程序设计.2) 学习使用MATLAB控制系统工具箱中线性控制系统传递函数模型地相关函数.2. 实验仪器PC计算机一台,MATLAB软件1套3. 实验内容1) MATLAB工作环境平台Command Window图1 在英文Windows 平台上地MATLAB6.5 MATLAB工作平台①命令窗口（Command Window）命令窗口是对 MATLAB 进行操作地主要载体,默认地情况下,启动MATLAB 时就会打开命令窗口,显示形式如图 1 所示.一般来说,MATLAB地所有函数和命令都可以在命令窗口中执行.掌握 MALAB 命令行操作是走入 MATLAB 世界地第一步.命令行操作实现了对程序设计而言简单而又重要地人机交互,通过对命令行操作,避免了编程序地麻烦,体现了MATLAB 所特有地灵活性.p1Ean。

在运行MATLAB后,当命令窗口为活动窗口时,将出现一个光标,光标地左侧还出现提示符“>>”,表示MATLAB正在等待执行命令.注意：每个命令行键入完后,都必须按回车键！DXDiT。

当需要处理相当繁琐地计算时,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 将只计算一行地值,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地结果.在 MATLAB 命令行操作中,有一些键盘按键可以提供特殊而方便地编辑操作.比如：“↑”可用于调出前一个命令行,“↓”可调出后一个命令行,避免了重新输入地麻烦.当然下面即将讲到地历史窗口也具有此功能.jLBHr。

②历史窗口（Command History）历史命令窗口是 MATLAB6 新增添地一个用户界面窗口,默认设置下历史命令窗口会保留自安装时起所有命令地历史记录,并标明使用时间,以方便使用者地查询.而且双击某一行命令,即在命令窗口中执行该命令.xHAQX。

自动控制原理MATLAB 仿真实验实验指导书电气电子信息工程系自动化教研室实验一典型环节的MATLAB仿真一、实验目的1．熟悉 MATLAB桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK功能模块的使用方法。

2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。

3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。

二、 SIMULINK 的使用MATLAB 中SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。

利用SIMULINK功能模块可以快速的建立控制系统的模型，进行仿真和调试。

1．运行 MA TLAB软件，在命令窗口栏“>> ”提示符下键入simulink 命令，按Enter 键或在工具栏单击按钮，即可进入如图1-1 所示的 SIMULINK仿真环境下。

2．选择 File 菜单下 New 下的 Model 命令，新建一个simulink 仿真环境常规模板。

图 1-1SIMULINK 仿真界面图 1-2系统方框图3．在 simulink 仿真环境下，创建所需要的系统。

以图 1-2 所示的系统为例，说明基本设计步骤如下：1）进入线性系统模块库，构建传递函数。

点击simulink 下的“ Continuous”，再将右边窗口中“ Transfer Fen”的图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口。

2）改变模块参数。

在 simulink 仿真环境“ untitled ”窗口中双击该图标，即可改变传递函数。

其中方括号内的数字分别为传递函数的分子、分母各次幂由高到低的系数，数字之间用空格隔开；设置完成后，选择OK ，即完成该模块的设置。

3）建立其它传递函数模块。

按照上述方法，在不同的simulink 的模块库中，建立系统所需的传递函数模块。

例：比例环节用“Math ”右边窗口“ Gain”的图标。

4）选取阶跃信号输入函数。

用鼠标点击simulink 下的“ Source”，将右边窗口中“Step”图标用左键拖至新建的“untitled ”窗口，形成一个阶跃函数输入模块。

实验5. 控制理论仿真实验1 控制系统的建模一、实验目的1.学习在命令窗口建立系统模型的方法；2.学习如何在三种模型之间相互转换；3.学习如何用仿真工具建模。

二、相关知识1.传递函数模型设连续系统的传递函数为：nn n n m m m m a s a s a s a b s b s b s b s den s num s G ++++++++==----11101110)()()( 设离散系统的传递函数为：nn n n m m m m a z a z a z a b z b z b z b z den z num z G ++++++++==----11101110)()()( 则在中，都可直接用分子/分母多项式系数构成的两个向量与构成的矢量组[]表示系统，即],,,[10m b b b=],,,[10n a a a建立控制系统的传递函数模型（对象）的函数为 (),调用格式为：()()()()返回的变量为连续系统的传递函数模型。

()返回的变量为离散系统的传递函数模型，为采样周期，当1或[]时，系统的采样周期未定义。

()将任意的控制系统对象转换成传递函数模型。

离散系统的传递函数的表达式还有一种表示为1-z 的形式（即形式），转换为形式的函数命令为()，调用格式为：()()()函数用来建立一个采样时间未指定的形式传递函数。

()函数用来建立一个采样时间为的形式传递函数。

2.零极点增益模型设连续系统的零极点增益模型传递函数为：)())(()())(()(2121n m p s p s p s z s z s z s k s G ------= 设离散系统的零极点增益模型传递函数为：)())(()())(()(1010n m p z p z p z z z z z z z k z G ------= 则在中，都可直接用向量构成的矢量组[]表示系统，即],,[10m z z z],,[10n p p p][k在中，用函数()来建立控制系统的零极点增益模型，调用格式为：()()()()返回的变量为连续系统的零极点增益模型。

实验总要求1、封面必须注明实验名称、实验时间和实验地点，实验人员班级、学号（全号）和姓名等。

2、内容方面：注明实验所用设备、仪器及实验步骤方法；记录清楚实验所得的原始数据和图像，并按实验要求绘制相关图表、曲线或计算相关数据；认真分析所得实验结果，得出明确实验结论。

3、图形可以打印出来并剪贴上去，文字必须用标准试验纸手写。

实验一MATLAB绘图基础一、实验目的了解MATLAB常用命令和常见的内建函数使用。

熟悉矩阵基本运算以及点运算。

掌握MATLAB绘图的基本操作：向量初始化、向量基本运算、绘图命令plot,plot3,mesh,surf 使用、绘制多个图形的方法。

二、实验内容建立并执行M文件multi_plot.m，使之画出如图的曲线。

三、实验方法（参考程序）四、实验要求1.分析给出的MA TLAB参考程序，理解MA TLAB程序设计的思维方法及其结构。

2.添加或更改程序中的指令和参数，预想其效果并验证，并对各语句做出详细注释。

对不熟悉的指令可通过HELP查看帮助文件了解其使用方法。

达到熟悉MA TLAB画图操作的目的。

3.总结MATLAB中常用指令的作用及其调用格式。

五、实验思考1、实现同时画出多图还有其它方法，请思考怎样实现，并给出一种实现方法。

(参考程序如下)%hold on;hold off命令2、思考三维曲线（plot3）与曲面(mesh, surf)的用法，（1）绘制参数方程233,)3cos(,)3sin()(t z e t t y e t t t x t t ===--的三维曲线；（2）绘制二元函数xyy x ex x y x f z ----==22)2(),(2，在XOY 平面内选择一个区域(-3:0.1:3,-2:0.1:2)，然后绘制出其三维表面图形。

(以下给出PLOT3和SURF 的示例)实验二：基于Simulink的控制系统仿真实验目的1．掌握MATLAB软件的Simulink平台的基本操作；2．能够利用Simulink平台研究PID控制器对系统的影响；3．掌握建立子系统的方法。