现代控制理论实验指导报告.doc

山 东 建 筑 大 学 现代控制理论 实验报告 班 级： 姓 名： 学 号： 成 绩： MATLAB基本知识 0.0 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。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。 0.1 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0-1。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）。 图0-1 MATLAB桌面平台 用户可以在View菜单下选择打开或关闭某个窗口。 0.2 MATLAB命令窗口 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，但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。 我们可以先运行一个简单的程序。让大家领略一下MATLAB的非凡之处。 设二阶系统的状态空间表达式为 求系统的阶跃响应，可以输入以下命令： A=[0 1;-10 -2];B=[0;1];C=[1 0];D=0; %输入系数矩阵 step(A,B,C,D) %求阶跃响应 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0-2。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。 图0-2 动态响应时域图 MATLAB的语法规则类似于C语言，变量名、函数名都与大小写有关，即变量A和a是两个完全不同的变量。应该注意所有的函数名均由小写字母构成。 0.3 MATLAB基本操作命令 MATLAB只有一种数据形式，那就是矩阵，或者数的矩形阵列。标量可看作为1×1的矩阵，向量可看作为n×1或1×n的矩阵。MATLAB语言对矩阵的维数及类型没有限制，即用户无需定义变量的类型和维数，MATLAB会自动获取所需的存储空间。 输入矩阵最便捷的方式为直接输入矩阵的元素，其定义如下： 元素之间用空格或逗号间隔； 用中括号（[]）把所有元素括起来； 用分号（；）指定行结束。 例如，在MATLAB的工作空间中，输入： 则输出结果为： 　　　　　　　　 矩阵a被一直保存在工作空间中，以供后面使用，直至修改它。 MATLAB的矩阵输入方式很灵活，大矩阵可以分成n行输入，用回车符代替分号或用续行符号（…）将元素续写到下一行。例如： 以上三种输入方式结果是相同的。一般若长语句超出一行，则换行前使用续行符号（…）。 MATAB允许在函数调用时同时返回多个变量,而一个函数又可以由多种格式进行调用，语句的典型格式可表示为： [返回变量列表]＝函数名(输入变量列表) 例如用step()函数