1、实验一 Matlab 使用方法和程序设计1、 实 验 目 的1、掌握 Matlab 软件使用的基本方法；2、熟悉 Matlab 的数据表示、基本运算和程序控制语句；3、熟悉 Matlab 绘图命令及基本绘图控制；4、熟悉 Matlab 程序设计的基本方法。2、实验内容1、帮助命令2、矩阵运算（1）矩阵的乘法和乘方已知 A=1 2;3 4:B=5 5;7 8:求 A2*B( 2 )矩阵除法已知 A=1 2 3:4 5 6:7 8 9:B=1 0 0:0 2 0:0 0 3,求矩阵左除 AB,右除 A/B。( 3 )矩阵的转置及共轭转置已知 A=5+i,2-i,1;6*i,4,9-i,求该复数矩阵
2、的转置 A,共轭转置 A.( 4 )使用冒号选出指定元素已知：A=1 2 3:4 5 6:7 8 9;求 A 中第 3 列前 2 个元素;A 中第 2、3 行元素。( 5 )方括号用 magic 函数生成一个 4 阶魔术矩阵，删除该矩阵的第四列3、多项式（1）求多项式 P(x)=x3-2x-4 的根( 2 )已知 A=1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4.,构造多项式，并计算多项式值为 20 的解。4、基本绘图命令( 1 ) 绘制余弦曲线 。,)cos(ty( 2 ) 在同一坐标系中绘制曲线 2,0)5.sin(),25.0( ttyt5、基本绘图控制绘制
3、 区间上的 y=10sint 曲线，并要求：4,0（1）线形为点划线，颜色为红色，数据点标记为加号；（2）坐标轴控制：显示范围，刻度线，比例，网络线；（3）标注控制：坐标轴名称，标题，相应文本。6、基本程序设计（1）编写命令文件：计算 1+2+n n=input(输入正数 n:)输入正数 n:20n =20 ji=1; for i=1:nji=ji+2i;end jiji =2097151 n=input(输入正数 n:)输入正数 n:20 n=20 ji=1; i=1i =1 while i jiji =2097151 k=input(shuruX:,s);shuruX:y if k=y k
4、=Yx=1elseif k=n k=Nx=0elsereturnendans =0x = 1 k=input(shuruX:,s);shuruX:n if k=y k=Yx=1elseif k=n k=Nx=0elsereturnendans =0x =0实验二 控制系统分析（一）1实验目的1.掌握如何使用 Matlab 进行系统的时域分析；2.掌握如何使用 Matlab 进行系统的频域分析。2实验内容1.时域分析（1）根据下面传递函数模型，绘制其单位阶跃响应曲线并从图上读取最大超调量、调节时间、上升时间，绘制系统的单位脉冲响应、零输入响应曲线（设初始状态 x0=1,0,0）。G(s)= 81
5、06)5(23Ss（2）根据下面传递函数模型，绘制其单位阶跃响应曲线并编程序求该系统的上升时间、调节时间、峰值时间、超调量和终值（ ） 。G(s)= 524s（3）典型二阶系统传递函数为：G(s)= ,当 =0.7,wn 取22s2、4、6、8、10、12 的单位阶跃响应。2.频域分析（1）典型二阶系统传递函数为：G(s)= ,在同一幅图上绘制当 =0.7,wn22s取 2、4、6、8、10、12 的伯德图。运行程序及结果如下：kc=0.7;w=logspace(-1,1,100);for wn=2:2:12;num=wn2;den=1 2*kc*wn wn2;mag,phase,w1=bod
6、e(num,den,w);subplot(2,1,1);hold on;semilogx(w1,20*log10(mag);subplot(2,1,2);hold on;semilogx(w1,phase);end（2）已知系统开环传递函数为：G(s)H(s)= 在同一幅图上绘制当 =3，T=8 和)1(52Ts=8，T=3 的奈氏图。 num=3 1;den=8 1 0 0;sys1=tf(num,den);num1=8 1;den1=3 1 0 0; sys2=tf(num1,den1); nyquist(sys1,sys2);实验三 控制系统分析（二）1、实验目的1.掌握如何使用 Mat
7、lab 进行系统的稳定性分析；2.掌握如何使用 Matlab 进行系统的根轨迹分析；3.掌握如何使用 Matlab 进行离散系统分析。2、实验内容1.系统稳定性分析(1)代数法稳定性判据:(用求分母多项式的根、routh 函数和 hurwrtz 函数等几种方法)，已知负反馈控制系统的开环传递函数为：G(s)=100(s+2)/s(s+1)(s+20) 是对系统闭环判别其稳定性。参考程序： num0=conv(100,1 2);dcn0=conv(conv(1 0,1 1),1 20);num0,dcn0=feedback(num0,dcn0,1,1);z,p,k=tf2zp(num0,dcn0
8、) % p=roots(dcno)ii=find(real(p)0);n=length(ii);if(n0),disp(闭环系统是不稳定的),disp(不稳定的闭环极点是),disp(p(ii)else disp(闭环系统是稳定的);endfunction rtab,info=routh(den)info=;vec1=den(1:2:length(den);nrT=length(vec1);vec2=den(2:2:length(den);rtab=vec1;vec2,zeros(1,nrT-length(vec2);for k=1;length(den)-2alpha(k)=vec1(1)/
9、vec2(1);if mod(length(den),2)=0n=length(vec1)-1;else n=length(vec2);end for i=1:na3(i)=rtab(k,i+1)-alpha(k)*rtab(k+1,i+1);endif sum(abs(a3)=0a3=polyder(vec2);info=info,All elements in row,.int2str(k+2) are zeros;else if abs(a3(1)0info=该系统是不稳定的;elseinfo=该系统是稳定的endendclear;numo=conv(100,1 2);deno=conv
10、(conv(1 0,1 1),1 20);numc,denc=freedback(numo,deno,1,1);H,Hz_det,info=hurwitz(denc)；（4）已知离散系统传递函数 H(z)=0.632/(z2-1.368z+0.568) 绘制系统的 Nyquist 曲线，判别系统稳定性，并绘制出闭环系统的单位脉冲响应。参考程序如下： num=0.632;den=1,-1.368,0.568;z,p,k=tf2zp(num,den);P figure(1)subplot(211)dnyquist(num,den,0.1,k);title(离散 Nyquist 曲线图);subpl
11、ot(212)num1,den1=cloop(num,den);dimpulse(num1,den1,k);title(离散冲击响应) （5）根轨迹分析根据下面负反馈系统的开环传递函数，绘制系统根轨迹，并分析系统稳定的 K 值范围。参考程序如下：num=1;den=conv(1 0,conv(1 1,1 2);rlocus(num,den); axis(-5 1 -4 4)k,poles=rlocfind(num,den)实验四 古典控制系统设计1实验目的掌握使用 Bode 图法进行控制系统设计的方法.2实验内容1.设单位负反馈被控对象的开环传递函数为： )125.0)(0sskG试设计一串联
12、校正装置，使得校正后的系统满足：稳态速度误差系数 Kv=25s-1;相位欲量 。40Y分析：由稳态速度误差系数 kv=25,可得系统开环增益 k=kv=25;由原系统伯德图知，原系统相位欲量 Y=321449，对应频率为 wcp=4.1142,该系统不稳定，采用串联滞后校正。参考程序：clear;num=25; den=conv(1 0,conv(1 1,0.25 1);Gyuan=tf(num,den);mag,phase,w=bode(Gyuan); gm,pm,wcg,wcp=margin(Gyuan); pm,wcpgama=40;deta=10;%deta 值为保证一定的欲度phi=
13、gama+deta-180;wcnew=spline(phase,w,phi);Lw=spline(w,20*log10(mag),wcnew);b=10(-Lw/20);T=1/b/(0.1*wcnew);Gc=tf(b*T 1,T 1)Gnew=Gyuan*Gc w=logspace(-1,4,100); gm,pmnew,wcg,wcpnew=margin(Gnew)pmnew,wcpnewFyuan=feedback(Gyuan,1);Fnew=feedback(Gnew,1);figure(1)bode(Gyuan,w)hold onbode(Gnew,w)hold offgrid
14、on figure(2) step(Fyuan,0:0.01:10)grid onfigure(3)step(Fnew,0:0.01:50)grid on 2. 设单位负反馈被控对象的开环传递函数为： )10.)(1.()0sskG试设计一串联校正装置，使得校正后的系统满足：斜坡信号作用下 ;穿.e越频率 wc rad/s；相位欲量 Y 45。150参考程序如下：方法一：clear;num=1000;den=conv(1 0,conv(0.1 1,0.001 1);Gyuan=tf(num,den);mag,phase,w=bode(Gyuan);gm,pm,wcg,wcp=margin(Gy
15、uan);pm,wcpwcnew=170;Lw=spline(w,20*log10(mag),wcnew);a=10(-Lw/10); T=1/wcnew/sqrt(a);Gc=tf(a*T 1,T 1)Gnew=Gyuan*Gcw=logspace(-1,4,100);gm,pmnew,wcg,wcpnew=margin(Gnew);pmnew,wcpnewFyuan=feedback(Gyuan,1);Fnew=feedback(Gnew,1);figure(4)bode(Gyuan,w)hold onbode(Gnew,w)hold offgrid onfigure(5)subplot(
16、121)step(Fyuan,0:0.001:0.2)grid onsubplot(122)step(Fnew,0:0.001:0.1)grid on实验五 SIMULINK 仿真1.实验目的学习使用 SIMULINK 进行系统仿真的方法。2.实验内容1.Simulink 的基本操作：（1）运行 Simulink；（2）常用的标准模块；（3）模块的操作；（4）参数设置。2.系统仿真及参数设置：（1）算法设置（Solver）;(2)工作空间设置（Workspace I/O)3.已知系统结构图如下：已知输入为单位阶跃信号，仿真时间为 30 秒，试用 Simulink 绘制其响应曲线。4.已知具有间隙非线性的控制系统结构图如下，设输入为单位阶跃函数，仿真时间为 30 秒，间隙参数为 c=0.375，试用 Simulink 绘制其响应曲线。
