自动控制原理实讲义--MATLAB仿真.doc

控制系统的模拟试验与MATLAB仿真 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MATLAB7的过程。 将MATLAB7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； 图2　MATLAAB启动过程界面 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 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MATLAB7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。按住左键在曲线上移动鼠标的位置可以很容易的根据幅值观察出上升时间、调节时间、峰值及峰值时间，进而求出超调量。如果想求根轨迹