MATLAB
课程设计报告
课题名称：控制系统时间响应分析（四）专业班级：
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MATLAB简介
MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MA TLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JA V A的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。
优势
（1）友好的工作平台和编程环境
MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。
（2）简单易用的程序语言
MATLAB一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。
使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。（3）强大的科学计算机数据处理能力
MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++ 。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。
（4）出色的图形处理功能
MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。
（5）应用广泛的模块集合工具箱
MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。
（6）实用的程序接口和发布平台
新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C++数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C++代码。允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C++语言程序。另外，MATLAB 网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。
（7）应用软件开发（包括用户界面）
在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等；在输入输出方面，可以直接向Excel和HDF5进行连接。
控制系统时间响应分析
时域分析法是根据系统的微分方程(或传递函数)，以拉普拉斯变换作为数学工具，对给定输入信号，求取控制系统的时间响应。然后，通过响应来评价系统的性能。在控制理论发展初期，时域分析只限于阶次较低的简单系统。随着计算机的不断发展，目前很多复杂系统都可以在时域直接分析，使时域分析法在现代控制理论中得到了广泛应用。
齐次微分方程的通解与系统结构、参数及初始条件有关，而与输入信号无关，是系统响应的过渡过程分量，称为暂态响应或自由分量。而非齐次微分方程的特解通常是系统的稳态解，它是在输入信号作用下系统的强迫分量，取决于系统结构、参数及输入信号的形式，称为稳态分量。
从系统时域响应的两部分看，稳态分量(特解)是系统在时间t→∞时系统的输出，衡量其好坏是稳态性能指标：稳态误差。系统响应的暂态分量是指从t=0开始到进入稳态之前的这一段过程，采用动态性能指标(瞬态响应指标)，如稳定性、快速性、平稳性等来衡量。
任何一个系统在受到扰动作用后，会偏离原来的平衡状态，而当扰动消除后，经过一段时间，这个系统又能逐渐回到原来的平衡状态，则称系统是稳定的。否则，称这个系统是不稳定的。
需要强调指出：
1.稳定性是控制系统自身的固有特性，它取决于系统本身的结构和参数，而与输入信号无关；
2.控制理论中所讨论的稳定性都是指自由振荡下的稳定性，即讨论系统输入为零，初始偏差不为零时的稳定性，也就是讨论自由振荡是收敛的还是发散的。
系统稳定的充分必要条件是系统特征根的实部均小于零，或系统的特征根均在根平面的左半平面。
程序实现过程：
结果分析：
由零极点图可以看出，在x轴的正半轴上有极点，所以可得该最小相位系统的开环传递函数G(s)=Kg(s+1)/[s(s-1)(s^2+4s+16)为不稳定系统。
总结：
本次课设研究控制系统的开环传递函数，MATLAB设计用户界面，绘制零极点图。在M文件的程序编写当中，要注意与零点图绘制有关的函数书写。显示零点函数plot(real(zs),imag(zs),'yo'); 显示极点函数plot(real(ps),imag(ps),'rx')。以及控件的设计和属性的改变。掌握这些就能正确的得出零极点图。
心得体会：
通过本次课程设计，让我巩固了课堂上所学的理论知识，并能很好地理解与掌握自动控制原理中的传递函数的稳定性判断，以及零极点图的分析。因为学过自动控制原理这门课，但这只是理论知识，通过实验我们才能真正理解其意义。
总的来说，通过这次的课程设计，我对MATLAB有了全新的认识，对自动控制原理也有了深刻的理解。让我感受到只有在理解课本知识的前提下，才能更好的应用这个工具；并且熟练的应用MATLAB也可以很好地加深我对课程的理解，方便我的思维。
这次设计使我了解了MATLAB的使用方法，GUI的图形用户界面设计，以及M文件的程序编写。我相信，进一步加强对MATLAB的学习与研究对我今后的学习将会起到很大的帮助！
控制器极点配置方法 如果已知系统的模型或传递函数，通过引入某种控制器，使得闭环系统的极点可以移动到指定的位置，从而使系统的动态性能得到改善。这种方法称为极点配置法。 例6－12 有一控制系统如图6－38，其中，要求设计一个控制器，使系统稳定。 图6-38 解：（1）校正前，闭环系统的极点： > 0 因而控制系统不稳定。 （2）在控制对象前串联一个一阶惯性环节，c>0，则闭环系统极点： 显然，当，时，系统可以稳定。但此对参数c 的选择依赖于 a 、b 。因而，可 选择控制器，c 、d ，则有特征方程： 当，时，系统稳定。 本例由于原开环系统不稳定，因而不能通过简单的零极点相消方式进行控制器的设计，其原因在于控制器的参数在具体实现中无法那么准确，从而可能导致校正后的系统仍不稳定。 例6－13 已知一单位反馈控制系统的开环传递函数：
要求设计一串联校正装置Gc(s) ，使校正后系统的静态速度误差系统，闭环主导极点在 处。 解：首先，通过校正前系统的根轨迹可以发现，如图6－39所示，其主导极点为： 。 图6-39 为使主导极点向左偏移，宜采用超前校正装置。 （2）令超前校正装置，可采用待定系数法确定相关参数： 又
其中、、、为待定系数。 进一步可得： 即 将代入式子可以得到：，，，。进一步可得超前校正装置的传递函数： 校正后系统的根轨迹如图6-39所示。 该校正装置与例6－7中由超前装置获取的校正装置结果基本相同，说明结果是正确的。 在matlab中，亦有相应的命令可进行极点配置，主要有三个算法可实现极点配置算法：Bass-Gura算法、Ackermann 算法和鲁棒极点配置算法。这些算法均以状态空间进行表征，通过设定期望极点位置，获取状态反馈矩阵K。下面通过示例介绍其中的一种算法。 例6－14 考虑给定的系统，其状态方程模型如下：
摘要 本课程设计主要运用MATLAB的仿真平台设计进行文字识别算法的设计与仿真。也就是用于实现文字识别算法的过程。从图像中提取文字属于信息智能化处理的前沿课题，是当前人工智能与模式识别领域中的研究热点。由于文字具有高级语义特征，对图片内容的理解、索引、检索具有重要作用，因此，研究图片文字提取具有重要的实际意义。又由于静态图像文字提取是动态图像文字提取的基础，故着重介绍了静态图像文字提取技术。随着计算机科学的飞速发展，以图像为主的多媒体信息迅速成为重要的信息传递媒介，在图像中，文字信息（如新闻标题等字幕）包含了丰富的高层语义信息，提取出这些文字，对于图像高层语义的理解、索引和检索非常有帮助。 关键字：文字识别算法；静态图像文字提取；检索
目录 1 课程设计目的 (3) 2 课程设计要求 (4) 3 相关知识 (5) 4 课程设计分析 (8) 5 系统实现 (9) 6 系统测试与分析 (17) 6.1文字识别算法仿真结果 (17) 6.2基于字符及单词的识别 (19) 6.2.1 基于字符的识别 (19) 6.2.2 基于单词的识别 (20) 6.3现存算法的问题 (21) 6.3.1 大多文字识别方法依赖于人工定义的特征 (21) 6.3.2 脱离上下文的字符识别易造成显著的歧义 (21) 6.3.3 简单的单词整体识别有着较大的局限性 (22) 6.3.4 训练样本制作繁琐 (22) 7 参考文献 (23)
图像文字提取又分为动态图像文字提取和静态图像文字提取两种，其中，静态图像文字提取是动态图像文字提取的基础，其应用范围更为广泛，对它的研究具有基础性，所以本文主要讨论静态图像的文字提取技术。静态图像中的文字可分成两大类：一种是图像中场景本身包含的文字，称为场景文字；另一种是图像后期制作中加入的文字，称为人工文字，如右图所示。场景文字由于其出现的位置、小、颜色和形态的随机性，一般难于检测和提取；而人工文字则字体较规范、大小有一定的限度且易辨认，颜色为单色，相对与前者更易被检测和提取，又因其对图像内容起到说明总结的作用，故适合用来做图像的索引和检索关键字。对图像中场景文字的研究难度大，目前这方面的研究成果与文献也不是很丰富，本文主要讨论图像中人工文字提取技术。 静态图像中文字的特点 静态图像中文字（本文特指人工文字，下同）具有以下主要特征： （1）文字位于前端，且不会被遮挡； （2）文字一般是单色的； （3）文字大小在一幅图片中固定，并且宽度和高度大体相同，从满足人眼视觉感受的角度来说，图像中文字的尺寸既不会过大也不会过小； （4）文字的分布比较集中，排列一般为水平方向或垂直方向； （6）多行文字之间，以及单行内各个字之间存在不同于文字区域的空隙。在静态图片文字的检测与提取过程中，一般情况下都是依据上述特征进行处理的。 数字图象处理 静态图像文字提取一般分为以下步骤：文字区域检测与定位、文字分割与文字提取、文字后处理。其流程如图所示。 图1 静态文字处理流程图
摘要 本文详细分析了系统函数零极点的分布与冲击响应时域特性之间的关系。首先论述了如何通过MATLAB软件绘制出系统函数的零极点分布图。然后根据系统函数极点的不同分布情况，通过MATLAB软件绘制出冲击响应的时域函数，通过对图像的观察和比较，得出了极点的类型决定时间函数的时间连续形式，极点在S平面的位置决定时间函数的波形特点。最后，在极点相同，但零点不同的情况下，通过比较时域函数的波形，得出零点分布与时域函数的对应关系，即零点分布的情况只影响到时域函数的幅度和相位。 关键词：系统函数的零极点；时域特性；MATLAB软件
目录 1课程设计目的 (1) 2实验原理 (1) 3实现过程 (1) 3.1MATLAB简介 (1) 3.2系统函数极点分布情况 (2) 3.2.1极点为单实根 (2) 3.2.2极点为共轭复根 (2) 3.2.3极点为重根 (2) 3.2.4用MATLAB绘制系统函数的零极点分布图 (2) 3.3系统函数的零极点分布与冲击响应时域特性的关系 (6) 3.3.1用MATLAB绘制冲击响应的时域函数 (6) 3.3.2极点的类型决定时间函数的时间连续形式 (19) 3.3.3极点在S平面的位置决定时间函数的波形特点 (19) 3.3.4零点分布与时域函数的对应关系 (19) 4设计体会 (23) 5参考文献 (24)
1 课程设计目的 1.掌握系统函数的零极点分布与系统冲激响应时域特性之间的关系。 2.学习MATLAB 软件知识及应用。 3.利用MATLAB 编程，完成相应的信号分析和处理。 2 实验原理 拉普拉斯变换将时域函数f(t)变换为s 域函数F(s)；反之，拉普拉斯逆变换将F(s)变换为相应的f(t)。由于f(t)与F(s)之间存在一定的对应关系，故可以从函数F(s)的典型形式透视出f(t)的内在性质。当F(s)为有理函数时，其分子多项式和分母多项式皆可分解为因子形式，各项因子指明了F(s)零点和极点的位置，显然，从这些零点和极点的分布情况，便可确定原函数的性质。 设连续系统的系统函数为)(s H ，冲激响应为)(t h ，则 ?+∞ -=0)()(dt e t h s H st 显然，)(s H 必然包含了)(t h 的本质特性。 对于集中参数的LTI 连续系统，其系统函数可表示为关于s 的两个多项式之比，即 其中),,2,1(M j q j =为)(s H 的M 个零点，),,2,1(N i p i =为)(s H 的N 个极点。 3 实现过程 3.1 MATLAB 简介 MALAB 译于矩阵实验室（MATrix LABoratory ），是用来提供通往 LINPACK 和EISPACK 矩阵软件包接口的。后来，它渐渐发展成了通用科技计算、图视交互系统和程序语言。 MATLAB 的基本数据单位是矩阵。它的指令表达与数学、工程中常用的习惯形式十分相似。比如，矩阵方程Ax=b ，在MATLAB 中被写成A*x=b 。而若要通过A ，b 求x ，那么只要写x =A \b 即可，完全不需要对矩阵的乘法和求逆进行编程。因此，用MATLAB 解算问题要比用C 、Fortran 等语言简捷得多。 MATLAB 发展到现在，已经成为一个系列产品：MATLAB “主包”和各种可选的toolbox “工具包”。主包中有数百个核心内部函数。迄今所有的三十几个工具包又可分为两类：功能性工具包和学科性工具包。功能性工具包主要用来扩充MATLAB 的符号计 ∏∏1 1) -()-() () ()(N i i M j j p s q s C s A s B s H ====
课程设计报告册 课程名称： MATLAB课程设计 课题名称：灰度变换增强 专业班级： 姓名： Bob Wang 学号： 15164 课程设计主要场所：信息楼220 时间： 指导教师：成绩：
前言 数字图像处理技术是20世界60年代发展起来的一门新兴学科，随着图像处理理论和方法的进一步完善，使得数字图像处理技术在各个领域得到了广泛应用，并显示出广阔的应用前景。MATLAB既是一种直观、高效的计算机语言，同时又是一个科学计算平台。它为数据分析和数据可视化、算法和应用程序开发提供了最核心的数学和高级图形工具。根据它提供的500多个数学和工程函数，工程技术人员和科学工作者可以在它的集成环境中交互或变成以完成各自的计算。MATLAB中集成了功能强大的图像处理工具箱。由于MATLAB语言的语法特征与C语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式，而且这种语言可移植性好、可扩展性强，再加上其中有丰富的图像处理函数，所以MATLAB在图像处理的应用中具有很大的优势。 MATLAB是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，能够满足科学、工程计算和绘图的要求，与其它计算机语言相比，其特点是简洁和智能化，适应科技专业人员的思维方式和书写习惯，使得编程和调试效率大大提高。我们学习掌握MATLAB，也可以说是在科学工具上与国际接轨。
目录 一、课程设计目的 (2) 二、设计任务及容 (2) 三、课题设计实验条件 (3) 四、涉及知识 (3) 五、具体设计过程及调试 (4) 5.1、图像的读入和显示 5.1.1、打开图像 (4) 5.1.2、显示原图像 (5) 5.1.3、图像灰度处理 (7) 5.1.4、显示灰阶后图像 (8) 5.2、直方图均衡化 5.2.1、生成直方图 (10) 5.2.2、直方图均衡化 (12) 5.3、灰度变换 5.3.1、线性变换 (9) 5.3.2、分段线性变换 (9) 5.3.3、非线性变换.................................... (9) 六、心得体会 (17) 七、参考文献 (18) 八、程序清单 (19)
绘制离散系统零极点图：zplane() 滤波器 绘制离散系统零极点图：zplane() zplane(Z,P) 以单位圆为基准绘制零极点图，在图中以'o'表示零点，以'x'表示极点，如果存在重零极点，则在它们的右上方显示其数目。如果零极点是用矩阵来表示，在不同行内的零极点用不同的颜 色来表示。 zplane(B, A) 输入的是传递函数模型，则函数将首先调用root 函数以求出它们的零极点。 [H1, H2, H3]=zplane(Z,P) 函数返回图形对象的句柄。其中，H1返回的是零点线的句柄；H2返回的是极点线的句柄；H3返回的是轴和单位圆线条句柄。如果有重零极点，它还包括显示在其右上方 的文本句柄。 例：设计一个数字椭圆带阻滤波器，具体要求是：通带截止频率是 wp1=1500Hz，wp2=2500Hz，阻带截止频率是ws1=1000Hz，ws2=3000Hz，在通带内的最大衰减为0.5dB，在阻带内的最小衰减 为60dB 程序设计如下： wp1=1500; wp2=2500; ws1=1000; ws2=3000; Fs=100 00Hz; rp=0.5; rs=60; wp=[wp1,wp2]; ws=[ws1,ws2]; [n,wn]=ellipord(wp/(Fs/2), ws/(Fs/2), rp, rs); [num,den]=ellip(n, rp, rs, wn, 'stop'); [H, W]=freqz(num, den); figure; plot(W*Fs/(2*pi), abs(H)); grid; xlabel('频率/Hz'); ylabel('幅值'); figure; impz(num, den); figure; grpdelay(num, den); figure; zplane(num, den); FREQZ 是计算数字滤波器的频率响应的函数
图像处理系统 --学习报告 学号： 姓名： 专业： 日期：
1 使用语言 Matlab 2图像选择及变换 2.1 原始图像选择读取 原始图片如下： 图1 原始图片 MATLAB为用户提供了专门的函数以从图像格式的文件中读写图像数据。 采用的是imrea d函数来实现图像文件的读取操作，采用的格式如下： A=imread（’filename.fmt’） 该语句用于读取字符串“filename”对应的灰度图像或彩色图像，“fmt”指定了文件的格式。 采用imfinfo函数查询图像文件的信息。其语句格式如下：
Info=imfinfo（‘filename.fmt’） 该语句可以在命令窗口会显示出文件的基本信息。 采用imshow函数进行图像的显示，采用的格式如下: A=imread(‘filename.fmt’); imshow(A); 当这种显示方式要求被显示的图像要么在当前目录下或MATLAB的目录下。 采用rgb2gray函数进行真彩色图像与灰阶强度图像的转变，其格式调用如下：A=rgb2gry(‘filename.fmt’); 得到的图像可以进行统计与处理，能完成要求。 图像读入与显示和变化的源代码如下： close all; clear all; x=imread('xuewu.jpg'); imshow(x); imfinfo('xuewu.jpg') 程序运行结果如下图2所示： 图2 读取后显示图片
命令窗口中，显示如下： Filename: 'xuewu.jpg' FileModDate: '27-Dec-2011 08:58:56' FileSize: 348015 Format: 'jpg' FormatVersion: '' Width: 1024 Height: 768 BitDepth: 24 ColorType: 'truecolor' FormatSignature: '' NumberOfSamples: 3 CodingMethod: 'Huffman' CodingProcess: 'Sequential' Comment: {}2.2 转换图像为灰阶图像 2.2 图像的变换 在后期的处理中，有部分程序需要用到灰阶图片，因此提前将图片进行转换，得到灰阶图片。采用rgb2gray函数进行真彩色图像与灰阶强度图像的转变其格式调用如下： A=rgb2gry(‘filename.fmt’); 得到的图像可以进行统计与处理。 程序源代码如下： x1=rgb2gray(x); figure,imshow(x1) 程序运行结果如下图3所示：
%极点配置直接自校正控制(最小相位确定性系统) 设被控对象为开环不稳定最小相位系统： ()2(1) 1.1(2)(3)0.5(4)y k y k y k u k u k --+-=-+- 期望传递函数分母多项式为： 112()1 1.32050.4966m A z z z ---=-+ 取遗忘因子=1，期望输出y r (k )为幅值为10的方波信号。 clear all;close all; a=[1 -2 1.1];b=[1 0.5];d=3; %对象参数 Am=[1 -1.3 0.5]; %期望闭环特征多项式 na=length(a)-1;nb=length(b)-1; nam=length(Am)-1; nf=nb+d-1;ng=na-1; %确定多项式A0 na0=2*na-nam-nb-1; %观测器最低阶次 A0=1; for i=1:na0 A0=conv(A0,[1 0.3-i*0.1]); %生成观测器 end AA=conv(A0,Am);naa=na0+nam;
nfg=max(naa,max(nf,ng)); %用于ufk, yuf更新 nr=na0; %R的阶次 L=400; uk=zeros(d+nb,1); ufk=zeros(d+nfg,1); %滤波输入的初值 yk=zeros(max(na,d),1); yfk=zeros(d+nfg,1); yrk=zeros(max(na,d),1); yr=10*[ones(L/4,1);-ones(L/4,1);ones(L/4,1);-ones(L/4+d,1)] ; %RELS初值设定 thetae_1=0.001*ones(nf+ng+2,1); P=10^6*eye(nf+ng+2); lambda=1; %遗忘因子 for k=1:L time(k)=k; y(k)=-a(2:na+1)*yk(1:na)+b*uk(d:d+nb); ufk(d)=-AA(2:naa+1)*ufk(d+1:d+naa)+uk(d); %滤波输入输出
欢迎阅读数字图像处理 课程设计报告 姓名： 学号： 班级： .net 设计题目：图像处理 教师：赵哲老师 提交日期： 12月29日
一、设计内容： 主题：《图像处理》 详细说明：对图像进行处理（简单滤镜，模糊，锐化，高斯模糊等），对图像进行处理（上下对称，左右对称，单双色显示，亮暗程度调整等），对图像进行特效处理（反色，实色混合，色彩平衡，浮雕效果，素描效果，雾化效果等）， 二、涉及知识内容： 1、二值化 2、各种滤波 3、算法等 三、设计流程图 插入图片 对图片进行处理 二值化处理 重复 输出两幅图 结束 四、实例分析及截图效果： 运行效果截图： 第一步：读取原图,并显示 close all;clear;clc; % 清楚工作窗口clc 清空变量clear 关闭打开的窗口close all I=imread('1.jpg'); % 插入图片1.jpg 赋给I imshow(I);% 输出图I I1=rgb2gray(I);%图片变灰度图 figure%新建窗口
subplot(321);% 3行2列第一幅图 imhist(I1);%输出图片 title('原图直方图');%图片名称 一，图像处理模糊 H=fspecial('motion',40); %% 滤波算子模糊程度40 motion运动 q=imfilter(I,H,'replicate');%imfilter实现线性空间滤波函数，I图经过H滤波处理，replicate反复复制 q1=rgb2gray(q); imhist(q1); title('模糊图直方图'); 二，图像处理锐化 H=fspecial('unsharp');%锐化滤波算子，unsharp不清晰的 qq=imfilter(I,H,'replicate'); qq1=rgb2gray(qq); imhist(qq1); title('锐化图直方图'); 三，图像处理浮雕(来源网络) %浮雕图 l=imread('1.jpg'); f0=rgb2gray(l);%变灰度图 f1=imnoise(f0,'speckle',0.01); %高斯噪声加入密度为0.01的高斯乘性噪声 imnoise噪声污染图像函数 speckle斑点 f1=im2double(f1);%把图像数据类型转换为双精度浮点类型 h3=1/9.*[1 1 1;1 1 1;1 1 1]; %采用h3对图像f2进行卷积滤波 f4=conv2(f1,h3,'same'); %进行sobel滤波 h2=fspecial('sobel'); g3=filter2(h2,f1,'same');%卷积和多项式相乘 same相同的 k=mat2gray(g3);% 实现图像矩阵的归一化操作 四，图像处理素描(来源网络) f=imread('1.jpg'); [VG,A,PPG] = colorgrad(f); ppg = im2uint8(PPG); ppgf = 255 - ppg; [M,N] = size(ppgf);T=200; ppgf1 = zeros(M,N); for ii = 1:M for jj = 1:N if ppgf(ii,jj) 自校正控制系统分析 摘要：本文介绍了自校正控制系统的基本结构，主要介绍了基于PID 结构的间接自校正控制系统的控制算法，并通过实例仿真结果，表明了自校正PID 控制不仅需要调整的参数少，而且还能够根据对象特性的变化在线修改这些参数，增强了控制器的自适应能力。 关键字：自校正控制系统；PID 控制；自适应能力 1 引言 自校正控制系统主要由参数估计器、控制器设计、控制器和被控对象4部分组成，如图1所示。该系统内环由被控对象和可调控制器组成，外环则由过程模型参数估计器和控制器参数计算器所组成，其任务是辨识过程参数再按选定的设计方法综合出控制器参数，用以修改内环的控制器。这类系统的特点是必须对过程或者被控对象进行在线辨识估计器，然后用对象参数估计值和事先规定的性能指标在线综合出调节器的控制参数，并根据此控制参数产生的控制作用对被控对象进行控制经过多次地辨识和综合调节参数可以使系统的性能指标趋于最优。 图1 自适应控制系统结构图 自适应控制算法对于复杂系统能够达到较好的控制精度跟踪速度以及稳定性，其实时性好，算法简单，易于实现。然而，在PID 控制中，一个至关重要的问题就是PID 参数的整定。典型的PID 参数整定方法是在获取被控对象数学模型的基础上，根据某一整定规则来确定参数。PID 参数整定的优劣，不但会影响到控制质量，而且会影响到控制系统的稳定性和鲁棒性。本文介绍了基于PID 结构的间接自校正控制。 2 基于PID 结构的间接自校正控制 自校正PID 控制算法的设计思想是: 以极点配置控制律为控制器基本形式，引入递推算法估计对象参数，并将估计结果按极点配置法进行控制器参数的设计。下面介绍自校正PID 控制器。 被控对象为 )()()()()(11k e k u z B z k y z A d +=--- （1） 式中，u(k)，y(k)表示系统的输入和输出，e(k)为外部扰动，d ≥为纯延迟，且221111)(---++=z a z a z A ，21101)(---+???++=z b z b b z B b n 。 对系统（1）采用PID 控制，此时，对应的PID 控制器可表示为 )()()()()()(1111k y z R k y z R t u z F r ----= （2） ?=--)()(1 11z F z F （3） 过 程过程模型参数估计器 可调控制器 输出控制量输入 过程参数 控制器 参 数 控制器参数 计算器 一．课程设计相关知识综述...................................................................... 1.1 研究目的及意义 (3) 1.2 数字图像处理研究的内容........................................................... 1.3 MATLAB 软件的介绍.................................................................. 1.3.1 MATLAB 语言的特点......................................................... 1.3.2 MATLAB 图像文件格式.................................................... 1.3.3 MATLAB 图像处理工具箱简介........................................ 1.3.4 MATLAB 中的图像类型.................................................... 1.3.5 MATLAB 的主要应用........................................................ 1.4 函数介绍........................................................................................ 二．课程设计内容和要求........................................................................... 2.1 主要研究内容................................................................................ 2.2 具体要求....................................................................................... 2.3 预期达到的目标........................................................................... 三．设计过程............................................................................................... 3.1 设计方案及步骤............................................................................ 3.2 程序清单及注释........................................................................... 3.3 实验结果........................................................................................ 四．团队情况................................................................................................ 五．总结....................................................................................................... 六．参考文献............................................................................................... 一．课程设计相关知识综述. 1.1研究目的及意义 二阶弹簧—阻尼系统的PID 控制器设计及其参数整定 班级：电控（中荷），学号：200710234***，姓名：包艳 1 前 言 PID 控制器结构简单，其概念容易理解，算法易于实现，且具有一定的鲁棒 性，因此，在过程控制领域中仍被广泛使用，除非在特殊情况下证明它不能满足既定的性能要求。对于单输入单输出的系统，尤其是阶跃响应单调变化的低阶对象，已有大量的PID 整定方法及其比较研究。当对象的阶跃响应具有欠阻尼特性时，如果仍近似为惯性对象，被忽略的振荡特性有可能引起控制品质的恶化。现有的一些针对二阶欠阻尼对象的PID 整定方法，例如极点配置方法,幅值相位裕量方法等，尽管在各自的假设前提下取得了较好的控制效果，但并非适用于所有的二阶欠阻尼对象，其性能鲁棒性问题也有待讨论。 本文通过使用MATLAB 对二阶弹簧—阻尼系统的控制器（分别使用P 、PI 、PID 控制器）设计及其参数整定，定量分析比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。同时，掌握MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅助设计，学会运用SIMULINK 对系统进行仿真，掌握PID 控制器参数的设计。 2 研究的原理 积分（I ）控制具有积分控制规律的控制称为积分控制,即I 控制,I 控制的传递函数为: s s K G i C = )(。其中, Ki 称为积分系数。控制器的输出信号为: U(t)= ?t I t e K )( dt。或者说,积分控制器输出信号u(t) 的变化速率与输入信号e(t) 成正比,即: )( )( t e dt t du K I = 。 对于一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个系统是有稳态误差的或简称有差系统.为了消除稳态误差,在控制器必须引入”积分项”.积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大使稳态误差进一步减小,直到等于零. 通常,采用积分控制器的主要目的就是使用系统无稳态误差,由于积分引入了相位滞后,使系统稳定性变差,增加积分器控制对系统而言是加入了极点,对系统的响应而言是可消除稳态误差,但这对瞬时响应会造成不良影响,甚至造成不稳定,因此,积分控制一般不单独使用,通常结合比例控制器构成比例积分(PI)控制器. 课程设计(论文)说明书题目：数字图像处理的MATLAB实现 摘要 利用matlab的GUI程序设计一个简单实用的图像处理程序。该程序应具备图像处理的常用功能，以满足用户的使用。现设计程序有以下基本功能： 1.图像的读取和保存。 2.设计图形用户界面，让用户能够对图像进行任意的亮度和对比度变化调整，显示和对比变换前后的图像。 3.设计图形用户界面，让用户能够用鼠标选取图像感兴趣区域，显示和保存该选择区域。 4.编写程序通过最近邻插值和双线性插值等算法将用户所选取的图像区域进行放大和缩小整数倍的操作，并保存，比较几种插值的效果。 5.图像直方图统计和直方图均衡，要求显示直方图统计，比较直方图均衡后的效果。 6.能对图像加入各种噪声，并通过几种滤波算法实现去噪并显示结果。 关键词:图像；截图；缩放；直方图；加噪去噪 Abstract Use of matlab GUI programming a simple and practical image processing program. The program should have the common use of the image processing function, to meet the user's use. Now has the following basic function design program: 1. The image of the reading and save. 2. The graphical user interface design, to enable users to the image of any brightness and contrast change adjustment, display and contrast transform the before and after images. 3. The graphical user interface design, let users can use the mouse to select the image the interested region, display and save the for the area. 4. Write a program through the nearest interpolation and double linear interpolation algorithms such as the selection of users will enlarge image region and narrowing the integer times the operation, and preserve, the comparison of several interpolation effect. 5. The image histogram statistics and histogram equalization, required to display histogram statistics, compared the effect after the histogram equalization. 6. Can join various noise image, and through several filtering algorithm denoising and displays the results. Keywords：Image,；screenshots；zoom；histogram,；add noise to noise 控制系统的极点配置设计法 一、极点配置原理 1.性能指标要求 2.极点选择区域 主导极点： n s t ζω 4 = ；当Δ=0.02时，。 n s t ζω 3 = 当Δ=0.05时, 3.其它极点配置原则 系统传递函数极点在s 平面上的分布如图（a ）所示。极点s 3距虚轴距离不小于共轭复数极点s 1、s 2距虚轴距离的5倍，即n s s ξω5Re 5Re 13=≥（此处ξ，n ω对应于极点s 1、s 2） ；同时，极点s 1、s 2的附近不存在系统的零点。由以上条件可算出与极点s 3所对应的过渡过程分量的调整时间为 135 1 451s n s t t =?≤ ξω 式中1s t 是极点s 1、s 2所对应过渡过程的调整时间。 图（b ）表示图（a ）所示的单位阶跃响应函数的分量。由图可知，由共轭复数极点s 1、s 2确定的分量在该系统的单位阶跃响应函数中起主导作用，即主导极点。因为它衰减得最慢。其它远离虚轴的极点s 3、s 4、s 5 所对应的单位阶跃响应衰减较快，它们仅在极短时间内产生一定的影响。因此，对系统过渡过程进行近似分析时。可以忽略这些分量对系统过渡过程的影响。 n x o (t) （a ） （b ） 系统极点的位置与阶跃响应的关系 二、极点配置实例 磁悬浮轴承控制系统设计 1.1磁悬浮轴承系统工作原理 图1是一个主动控制的磁悬浮轴承系统原理图。主要由被悬浮转子、传感器、控制器和执行器(包括电磁铁和功率放大器)四大部分组成。设电磁铁绕组上的电流为I0，它对转子产生的吸力F和转子的重力mg相平衡，转子处于悬浮的平衡位置，这个位置称为参考位置。 （a）（b） 图1 磁悬浮轴承系统的工作原理 Fig.1 The magnetic suspension bearing system principle drawing 假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，转子就会偏离其参考位置向下运动，此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移，控制器将这一位移信号变换成控制信号，功率放大器又将该控制信号变换成控制电流I0+i，控制电流由I0增加到I0+i，因此，电磁铁的吸力变大了，从而驱动转子返回到原来的平衡位置。反之，当转子受到一个向上的扰动并向上运动，此时控制器使得功率放大器的输出电流由I0，减小到I0-i，电磁铁的吸力变小了，转子也能返回到原来的平衡位置。因此，不论转子受到向上或向下的扰动，都能回到平衡状态。这就是主动磁轴承系统的工作原理。即传感器检测出转子偏移参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测到的位移信号变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力从而使转子维持其悬浮位置不变。悬浮系统的刚 《数字图像处理》课程设计文档 目录 一、课程设计目的 (2) 二、课程设计要求 (2) 三、课程设计的内容 (2) 四、课题分析 (3) 五、总体设计 (3) 六、具体设计 (4) 6.1、文件 (4) 6.1.1、打开 (4) 6.1.2、保存 (4) 6.1.3、打印 (4) 6.1.4、退出 (4) 6.2、直方图统计 (4) 6.2.1、R直方图 (4) 6.2.2、G直方图 (4) 6.2.3、B直方图 (4) 6.3、图像增强处里 (5) 6.3.1、直方图均衡化 (5) 6.3.2、对比度展宽 (6) 6.3.3、动态范围调整 (6) 6.3.4、空间域平滑算法 (6) 6.3.4.1、均值滤波 (7) 6.3.4.2、中值滤波 (7) 6.3.4.3、边界保持滤波 (8) 6.4、图像分割 (8) 6.4.1、均匀性度量法 (8) 6.4.2、类间最大距离法 (9) 6.4.3、局部阈值法 (9) 6.5、颜色空间转化 (9) 6..5.1、RGB转HSV (10) 6.5.2、RGB转HIS (10) 6.6、其他图像处理功能 (10) 6.6.1、锐化 (10) 6.6.2、傅里叶………………………………………………………….10\\ 七、程序调试及结果分析 (11) 八、心得体会 (11) 九、参考文献 (11) 十、附录 (12) 基于MATLAB的图像处理的课程设计 一、课程设计目的 1、提高分析问题、解决问题的能力，进一步巩固数字图像处理系统中的基本原理与方法。 2、熟悉掌握一门计算机语言，可以进行数字图像的应用处理的开发设计。 二、课程设计要求 1、要求独立完成设计项目，开发工具为MATLAB，也可为C、C++、java等， 具体自选。各组长有责任督促组员完成任务并提交报告； 2、时间为4月28日~6月28日为其两个月的业余时间。 三、课程设计的内容 学习MATLAB GUI程序设计，利用MATLAB图像处理工具箱，设计和实现自己的Photoshop 。要求：按照软件工程方法，根据需求进行程序的功能分析和界面设计，给出设计详细说明。然后按照自己拟定的功能要求进行程序设计和调试。 MATLAB GUI 设计 目录 一、课程设计目的 (3) 二、课程设计要求 (3) 三、课程设计的内容 (3) 四、题目分析 (3) 五、总体设计 (4) 六、具体设计 (5) 6.1、文件 (5) 6.1.1、打开 (5) 6.1.2、保存 (5) 6.1.3、退出 (5) 6.2、编辑 (5) 6.2.1、灰度 (5) 6.2.2、亮度 (6) 6.2.3、截图 (7) 6.2.4、缩放 (7) 6.3、旋转 (9) 6.3.1、上下翻转 (9) 6.3.2、左右翻转 (9) 6.3.3任意角度翻转 (9) 6.4、噪声 (10) 6.5、滤波 (10) 6.6、直方图统计 (11) 6.7、频谱分析 (12) 6.7.1、频谱图 (12) 6.7.2、通过高通滤波器........................... .. (12) 6.7.3、通过低通滤波器...................................... . (13) 6.8、灰度图像处理................................................ . . (14) 6.8.1、二值图像……………………………………………….. .14 6.8.2、创建索引图像............................................. (14) 6.9、颜色模型转换 (14) 6.10、操作界面设计 (15) 七、程序调试及结果分析 (15) 八、心得体会 (16) 九、参考文献 (17) 十、附录 (18) 基于MATLAB的图像处理的课程设计 摘要： 数字图像处理技术是20世纪60年代发展起来的一门新兴学科，随着图像处理理论和方法的进一步完善，使得数字图像处理技术在各个领域得到了广泛应用，并显示出广阔的应用前景。MATLAB既是一种直观、高效的计算机语言,同时又是一个科学计算平台。它为数据分析和数据可视化、算法和应用程序开发提供了最核心的数学和高级图形工具。根据它提供的500多个数学和工程函数，工程技术人员和科学工作者可以在它的集成环境中交互或编程以完成各自的计算。MATLAB中集成了功能强大的图像处理工具箱。由于MATLAB语言的语法特征与C语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式，而且这种语言可移植性好、可扩展性强，再加上其中有丰富的图像处理函数，所以MATLAB在图像处理的应用中具有很大的优势。 关键词：MATLAB，数字图像处理 一、课程设计目的 综合运用MATLAB工具箱实现图像处理的GUI程序设计。 二、课程设计要求 1）熟悉和掌握MA TLAB 程序设计方法 2）掌握MATLAB GUI 程序设计 3）学习和熟悉MA TLAB图像处理工具箱 4）学会运用MATLAB工具箱对图像进行处理和分析 三、课程设计的内容 学习MATLAB GUI程序设计，利用MATLAB图像处理工具箱，设计和实现自己的Photoshop 。要求：按照软件工程方法，根据需求进行程序的功能分析和界面设计，给出设计详细说明。然后按照自己拟定的功能要求进行程序设计和调试。 以下几点是程序必须实现的功能。 1）图像的读取和保存。 2）设计图形用户界面，让用户能够对图像进行任意的亮度和对比度变化调整，显示和对比变换前后的图像。 3）设计图形用户界面，让用户能够用鼠标选取图像感兴趣区域，显示和保存该选择区域。 4）编写程序通过最近邻插值和双线性插值等算法将用户所选取的图像区域进行放大和缩小整数倍的操作，并保存，比较几种插值的效果。 5）图像直方图统计和直方图均衡，要求显示直方图统计，比较直方图均衡后的效果。 6）能对图像加入各种噪声，并通过几种滤波算法实现去噪并显示结果。比较去噪效果。 四、题目分析 信息化社会中，计算机在各种信息处理中发挥着重要的作用。我们可以借助计算机，对数字图像进行处理，以达到不同的效果。根据题目的要求，除了实现要求的功能外，还有 B4.1 已知系统的开环零极点分布如图B4.1所示，试绘制各系统的概略根轨迹。 图B4.1控制系统的开环零极点分布图 B4.2 设系统的开环传递函数如下所示： 试绘制各系统的根轨迹。 B4.3 证明题B4.2各系统在复平面上的根轨迹均为一圆或圆弧，并求出它们的圆心和半径。 B4.4 已知系统的开环传递函数如下所示，试绘制各系统的根轨迹。 B4.5 设单位反馈系统的开环传递函数为 要求： (1)绘制系统的根轨迹； (2)确定系统的临界开环增益； (3)当系统的暂态响应为欠阻尼、临界阻尼或过阻尼时，试分别求其开环增益的取值范围。B4.6 已知单位反馈系统的开环传递函数为 若要求系统的性能满足σp≤5%,t s≤8(s)，试求开环增益的取值范围。 B4.7 设系统的开环传递函数如下所示，其中a和b为可变参量，试绘制各系统的根轨迹： B4.8 设单位反馈系统的开环传递函数为 当微分时间常数T d可变时试绘制系统的根轨迹；并确定使复数极点的阻尼比为0.707的T d值。 B4.9 已知系统的特征方程如下所示，试绘制各系统的根轨迹： B4.10 设某复杂系统的开环传递函数为 试应用MATLAB： (1)绘制系统的根轨迹； (2)确定分离点的位置及对应的开环增益值； (3)确定使系统稳定时开环增益的取值范围，以及临界稳定时闭环零极点的分布。 B4.11 设某单位负反馈系统的开环传递函数为 安装时不慎将反馈的极性接反了，变成正反馈系统。试分别绘制负反馈系统和正反馈系统的根轨迹；并以系统的稳定性为例，分析说明反馈极性接反了的后果。 B4.12 图B3.32所示的某记录仪位置随动系统，其结构图重画在图B4.12上。如果在安装时出现以下差错：(1)把测速反馈的极性接反了；(2)测速反馈的极性是正确的，但把位置反馈的极性接反了，试问它们的后果如何?习题B3.22是用时域分析法来讨论的，现要求将它视为多回路系统，用根轨迹法来分析讨论。从B4.11和B4.12的求解中，您有何感想或体会?自校正控制系统分析
MATLAB课程设计报告图像处理
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基于MATLAB的图像处理的课程设计
已知系统的开环零极点分布如图B41所示
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