控制系统的模拟试验MATLAB仿真1.doc

《控制工程基础》 实验指导书 安徽科技学院工学院 2009.6 《控制工程基础实验》 一．预备知识 1 MATLAB简介 MATLAB是Mathworks公司开发的一种集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的功能强大、操作简单的优秀工程计算应用软件。MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题,而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能。从而能够很好的帮助工程师及科学家解决实际的技术问题。 MATLAB的含义是矩阵实验室（Matrix Laboratory）,最初主要用于方便矩阵的存取,其基本元素是无需定义维数的矩阵。经过十几年的扩充和完善,现已发展成为包含大量实用工具箱（Toolbox）的综合应用软件,不仅成为线性代数课程的标准工具,而且适合具有不同专业研究方向及工程应用需求的用户使用。 MATLAB最重要的特点是易于扩展。它允许用户自行建立完成指定功能的扩展MATLAB函数（称为M文件）,从而构成适合于其它领域的工具箱,大大扩展了MATLAB的应用范围。目前,MATLAB已成为国际控制界最流行的软件,控制界很多学者将自己擅长的CAD方法用MATLAB加以实现,出现了大量的MATLAB配套工具箱,如控制系统工具箱（control systems toolbox）,系统识别工具箱（system identification toolbox）,鲁棒控制工具箱（robust control toolbox）,信号处理工具箱（signal processing toolbox）以及仿真环境SIMULINK等。 （1）　MATLAB的安装 本节将讨论操作系统为Microsoft Windows环境下安装MATLAB6的过程。 将MATLAB6的安装盘放入光驱,系统将自动运行auto-run.bat文件,进行安装;也可以执行安装盘内的setup.exe文件启动MATLAB的安装程序。启动安装程序后,屏幕将显示安装MATLAB的初始界面,根据Windows安装程序的常识,不断单击[Next],输入正确的安装信息,具体操作过程如下： 输入正确的用户注册信息码; 选择接收软件公司的协议; 输入用户名和公司名; 选择MATLAB组件（Toolbox）; 选择软件安装路径和目录; 单击[Next]按钮进入正式的安装界面。安装过程界面如图1所示。 图1　 MATLAAB安装过程界面 图2　MATLAAB启动过程界面 安装完毕后,选择[Restart my computer now]选项以重新启动计算机。 重新启动计算机后,用户就可以点击图标使用MATLAB6了。MATLAB启动过程界面如图2所示。 （2）　MATLAB桌面系统 MATLAB的桌面系统由桌面平台以及桌面组件共同构成,如图3。桌面平台是各桌面组件的展示平台,它提供了一系列的菜单操作以及工具栏操作,而不同功能的桌面组件构成了整个MATLAB操作平台。其组件主要包含如下8个组件部分： ①命令窗口（Command Window）②历史命令窗口（Command History）③组件平台（Launch Pad）④路径浏览器（Current Directory Browser）⑤帮助浏览器（Help Browser）⑥工作空间浏览器（Workspace Browser）⑦数组编辑器（Array Editor）⑧M文件编辑调试器（Editor-Debugger）。 　　用户可以在View菜单下选择打开或关闭某个窗口。 图3　MATLAB桌面平台 （3） MATLAB命令窗口 MATLAB可以认为是一种解释性语言。在MATLAB命令窗口中,标志为命令提示符,在命令提示符后面键入一个MATLAB命令时,MATLAB会立即对其进行处理,并显示处理结果。 这种方式简单易用,但在编程过程中要修改整个程序比较困难,并且用户编写的程序不容易保存。如果想把所有的程序输入完再运行调试,可以用鼠标点击快捷或File|New|M-file菜单,在弹出的编程窗口中逐行输入命令,输入完毕后点击Debug|Run(或F5)运行整个程序。运行过程中的错误信息和运行结果显示在命令窗口中。整个程序的源代码可以保存为扩展名为“.m”的M文件。 在介绍MATLAB的强大计算和图象处理功能前,我们可以先运行一个简单的程序。 设系统的闭环传递函数为: 求系统的时域响应图,可输入下面的命令： num=[1,4]; den=[1,2,8]; step(num,den) 图4　动态响应时域图 程序运行后会在一个新的窗口中显示出系统的时域动态响应曲线,如图4。用鼠标左键点击动态响应曲线的某一点,系统会提示其响应时间和幅值。按住左键在曲线上