5仿真试验指导书

目录第一章 MATLAB窗口环境一、MATLAB语言的显著特点 (2)二、MATLAB命令窗口 (2)三、MATLAB的工作空间 (2)四、使用帮助 (2)第二章 MATLAB实验任务书实验一、MATLAB基本指令的使用 (3)实验二、M-file文件的编写 (4)实验三、控制系统的稳定性分析 (5)实验四、自动控制系统PID控制仿真 (6)第三章 SIMULINK窗口环境一、启用Simulink (7)二、Simulink模块库简介 (7)第四章 SIMULINK实验任务书实验五、计算机数值仿真的常用算法 (10)实验六、直流调速系统的simulink仿真 (11)实验七、离散系统的仿真分析 (12)第一章MATLAB的窗口环境一、MATLAB语言的显著特点1、具有强大的矩阵运算能力：Matrix Laboratory（矩阵实验室），使得矩阵运算非常简单。

2、是一种演算式语言MATLAB的基本数据单元是既不需要指定维数，也不需要说明数据类型的矩阵（向量和标量为矩阵的特例），而且数学表达式和运算规则与通常的习惯相同。

因此MATLAB语言编程简单，使用方便。

二、MATLAB命令窗口1、启动MATLAB命令窗口计算机安装好MATLAB之后，双击MATLAB图标，就可以进入命令窗口，此时意味着系统处于准备接受命令的状态，可以在命令窗口中直接输入命令语句。

MATLAB语句形式》变量＝表达式；通过等于符号将表达式的值赋予变量。

当键入回车键时，该语句被执行。

语句执行之后，窗口自动显示出语句执行的结果。

如果希望结果不被显示，则只要在语句之后加上一个分号“；”即可。

此时尽管结果没有显示，但它依然被赋值并在MATLAB工作空间中分配了内存。

2、命令行编辑器 方向键和控制键可以编辑修改已输入的命令：向上箭头回调上一行命令；向下箭头回调下一行命令；回车前进一行；空格键显示下一页；q结束当前显示；多行命令（…）。

三、MATLAB的工作空间1、MATLAB的工作空间包含了一组可以在命令窗口中调整（调用）的参数who：显示当前工作空间中所有变量的一个简单列表whos：则列出变量的大小、数据格式等详细信息clear ：清除工作空间中所有的变量clear 变量名：清除指定的变量2、文件管理的命令，包括列文件名、显示或删除文件、显示或改变当前目录等。

what：显示当前目录下所有与matlab相关的文件及它们的路径。

dir：显示当前目录下所有的文件which：显示某个文件的路径cd path：由当前目录进入path目录cd ..：返回上一级目录cd：显示当前目录type filename：在命令窗口中显示文件filenamedelete filename：删除文件filename四、使用帮助1、help 命令，在命令窗口中显示MATLAB 的所有函数都是以逻辑群组方式进行组织的，而MATLAB 的目录结构就是以这些群组方式来编排的。

help matfun ：矩阵函数－数值线性代数help general ：通用命令help graphics ：通用图形函数help elfun ：基本的数学函数help elmat ：基本矩阵和矩阵操作help datafun ：数据分析和傅立叶变换函数help ops ：操作符和特殊字符help polyfun ：多项式和内插函数help lang ：语言结构和调试help strfun ：字符串函数help control ：控制系统工具箱函数2、helpwin ：帮助窗口3、helpdesk ：帮助桌面，浏览器模式4、lookfor 命令：返回包含指定关键词的那些项5、demo ：打开示例窗口第二章 MATLAB 实验任务书实验一 MATLAB 语言程序设计基础实验目的：通过简单的编程：MATLAB 语言的数据结构、矩阵运算、M 函数，使学生初步掌握MATLAB 语言程序设计基础。

实验内容： 利用MATLAB 语言实现矩阵的快速运算。

1．已知矩阵1234a ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦ 3559b ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦求b a ⨯ b a / a b / b a ⨯ a+b a-b a^3 a.*b a./b a.\b a.^3 实验步骤：》a=[1 2 3;4 5 6]'》a=[1 2 3;4 5 6].'》b=[1+2i 2-7i]'》b=[1+2i 2-7i].'》a=[1 2;3 4]；b=[ 3 5; 5 9]》c=a+b ，d=a-b ，》a*b ，》a/b》a\b》a^3》a.*b》a./b》a.\b》a.^32．已知矩阵⎥⎦⎤⎢⎣⎡=05314320A ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=50513501B 求A&B A==B实验步骤：》A=[0 2 3 4;1 3 5 0]; B=[1 0 5 3;1 5 0 5]; A&B》A=[0 2 3 4;1 3 5 0]; B=[1 0 5 3;1 5 0 5]; A==B实验二 M-file 文件的编写实验目的：说明M 脚本文件的编写技术，以及如何使用前面所讲述的MATLAB 语言的条件判断与循环语句。

由此可见使用MATLAB 语言进行程序设计简单而又快速。

实验内容：编写一个M 文件绘制函数在区间中[0 3]的图形。

实验步骤：在MATLAB 命令行下输入edit 命令以打开M 文件编辑器，输入以下程序： x=-6:0.1:6; % 设定自变量x 的取值范围leng=length(x); % 计算向量x 的长度for m=1:leng % 计算函数值if x(m)<=0 % 判断x 取值所在范围 y(m)=sin(x(m)); % 计算分段函数值elseif x(m)<=3y(m)=x(m); % 计算分段函数值⎪⎩⎪⎨⎧>+-≤<≤=3,630,0,sin )(x x x x x x x yelsey(m)=-x(m)+6; % 计算分段函数值endendplot(x,y,'*')，grid ； %绘制函数曲线将其存盘为demomfile1.m 然后在MATLAB 命令行下输入：>>demomfile1>>t=0:.1:2*pi;y=sin(t);plot(t,y)回车则生成该函数曲线：实验三 控制系统的稳定性分析实验内容：1、已知某系统的模型：要求判断系统的稳定性及系统是否为最小相位系统；求系统的阶跃响应和冲激响应。

实验步骤：在matlab 命令提示符下键入：〉〉A=[1 2 -1 -2;2 6 3 0;4 7 -8 -5;7 2 1 6];B=[-1;0;0;1]; 〉〉C=[-2 5 6 1];D=[7]〉〉[Z P K]=ss2zp(A,B,C,D)如果闭环极点全部在S 平面左半平面，则系统是稳定的。

如果全部零极点都位于S 左半平面；则系统是最小相位系统。

然后键入如下命令，即可得到系统的阶跃响应和冲激响应曲线〉〉step(A,B,C,D)〉〉[y,x,t]=step(A,B,C,D)〉〉impulse(A,B,C,D,iu)〉〉[y,x,t]=impulse(A,B,C,D)2、nyquist 曲线的绘制figure('pos',[30 100 300 300],'color','w');[]u x y u x x 7165210016127587403622121+-=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=axes('pos',[0.15 0.2,0.7,0.7]);gg=zpk([5],[-1 -2 -3 -4],-25);gg1=zpk([-5],[-1 -2 -3 -4],25);nyquist(gg);hold on;nyquist(gg1);实验四自动控制系统PID控制仿真实验内容：被控对象为一电机模型的传递函数G(s)=1/(Js2+Bs)，连续系统的数字PID控制仿真。

J=0.0067,B=0.10,采用M函数形式，利用ODE45的方法求解连续对象方程，输入信号rin(k)=0.50sin(2πt),采用PID控制方法设计控制器，Kp=20,Kd=0.5,并根据阶跃响应特性优化PID参数；实验目的：通过编写自动控制系统PID控制的仿真程序，掌握Euler算法、Runge-Kutta算法对常微分方程计算精度的影响。

实验步骤：1打开matlab应用程序，在matlab的命令窗口选择file/new/M-file，在新窗口键入如下程序：ts=0.001; %Sampling timexk=zeros(2,1);e_1=0;u_1=0;for k=1:1:2000time(k) = k*ts;rin(k)=0.50*sin(1*2*pi*k*ts);para=u_1;tSpan=[0 ts];[tt,xx]=ode45('chap1_2f',tSpan,xk,[],para);xk = xx(length(xx),:);yout(k)=xk(1);e(k)=rin(k)-yout(k);de(k)=(e(k)-e_1)/ts;u(k)=20.0*e(k)+0.50*de(k);%Control limitif u(k)>10.0u(k)=10.0;endif u(k)<-10.0u(k)=-10.0;endu_1=u(k);e_1=e(k);endfigure(1);plot(time,rin,'r',time,yout,'b');xlabel('time(s)'),ylabel('rin,yout');figure(2);plot(time,rin-yout,'r');xlabel('time(s)'),ylabel('error');%连续对象子程序function dy = PlantModel(t,y,flag,para)u=para;J=0.0067;B=0.1;dy=zeros(2,1);dy(1) = y(2);dy(2) = -(B/J)*y(2) + (1/J)*u;2打开file/save，将文件保存为conPID.m3在命令工具栏中选择debug/simulation或在matlab命令提示行键入conPID.m，执行该程序。

仿真控制参数通过simulation/simulation parameters菜单项选择，仿真时间15S，仿真算法分别选择ode45/ode23，其他参数为默认参数。