MATLA语言及其在自动控制和仿真中的应用.ppt

MATLAB 语言及其在自动控制和仿真中的应用 东北大学 人工智能与机器人研究所、控制仿真中心 薛定宇 内容简介 MATLAB 语言入门 MATLAB 语言编程起步 MATLAB 语言与科学可视化 MATLAB 在科学运算中的应用 MATLAB在控制理论中的应用 MATLAB在电机及拖动中的应用 MATLAB 的PID控制技术 MATLAB 在相关领域中的应用 主要参考文献 薛定宇、陈阳泉 基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用，清华大学出版社2002 (东大本科生、研究生教材) 薛定宇 反馈控制系统的设计与分析，清华大学出版社，2000 (SV,2003) 薛定宇 控制系统计算机辅助设计，清华大学出版社，1996 薛定宇 科学运算语言MATLAB程序设计及应用，清华大学出版社，2000 1. MATLAB 语言简介 MATLAB ＝ Matrix Laboratory 它是高度集成的语言 ( “第五代”) 重要特色是“科学运算”、“可视化”、仿真 有各种各样的“工具箱” 已经渗透到各行各业 被控制界学者捧红，成为通用语言 MATLAB 起源和发展 LINPACK，EISPACK LaPack 1980，Cleve Moler第一个免费版本 1984年 MathWorks公司创立，v1 1990年v3.5i，第一个微机Windows版，并推出Simulink仿真环境 1992年v4，全面支持Windows编程 必威体育精装版版本 6.5, Simulink 5.0 控制界首选，将长期保持独一无二 2. MATLAB 编程入门 编程方法的进展 矩阵的表示 目前流行语言， C、Fortran， Basic 等 二维数组，双重循环 MATLAB表示 数据结构及其特色 以复数矩阵为基本变量单元 (C得用二个数组来表示复数矩阵) 特殊矩阵生成(单位阵，Vandermonde阵) 矩阵直接可以运算，如 A+B， A*B (C语言: A+B 双重循环，A*B得三重循环，此外兼容性判定、复数矩阵更难处理) 例 A*A’ 其他数据结构：结构体、类、字符串 程序流程控制 循环结构 for结构和while结构 转移结构 if, elseif, end 开关结构 switch case, end 试探结构 try, catch, end 代数运算、逻辑运算与比较运算 代数运算： ’、+、-、* 、/左除、\右除、^ 点运算：.*, .^ 等，相应元素运算 逻辑运算： 、|、~、xor(A,B) 比较运算： =, , =, ~=, any(), all() 函数编写 函数格式 function [a,b,c,…]=funname(d,e,f,…) 举例 Hilbert 矩阵生成 特殊函数编写技巧举例 递归调用 例：阶乘 n! 可变变元个数, 举例：扩展 conv() 函数，接纳任意多个多项式 MATLAB 函数可以自动翻译成 C 无优化，兼容性不佳。另有方法 工具箱 (任何人都可以是工具箱作者) 3. 科学可视化技术 二维图形表示 plot() 一般二维图形 ezplot() 已知函数绘图 stem() 绘制火柴杆图形 stairs() 绘制阶梯图形 绘图窗口分割 图形修饰 3.2 二维图形的其他绘制方法 极坐标图形 对数坐标图形 semilogx(), semilogy(), loglog() 修改图形坐标系直接变换 隐函数图形绘制 3.3 三维图形绘制 三维曲线绘制 三维曲面绘制 3.4 “4维”图形绘制 想法：对 V=f(x,y,z)，构造不同的三维网格，用颜色绘制网格点处 V 函数的值 其中 使用slice函数绘制图形 另外一种4维图形为三维动画 4. 数学问题的 MATLAB 求解 解析解：数学公式推导 数学机械化，几何定理证明。 有的时候不宜求解析解，只能求数值解： 如非线性微分方程求解 高元非线性代数方程求解 仿真问题 (连续、离散、DEDS和混杂) 具有复杂控制算法、结构的控制问题没有解析解 很多其他领域没有解析解，如图像等 不适合求取解析解的场合 解析解不存在： 例p，无限不循环 errf(x) 解析解存在，但求解不可能 例：矩阵的行列式， Cramer 法则 需要运算 n=20时： 实际运