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控制系统仿真实验指导书MATLAB部分.pdf

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控制系统仿真实验说明书

Matlab 部分

前言 ............................................................................................................错误！未定义书签。

实验一 MATLAB 基本操作 .........................................................................................................2

实验二 MATLAB 编程 .................................................................................................................6

实验三 MATLAB 底层图形控制 .................................................................................................6

实验四控制系统古典分析...........................................................................................................6

实验五控制系统现代分析...........................................................................................................6

实验六 PID 控制器的设计 .........................................................................................................12

实验七系统状态空间设计.........................................................................................................14

实验八磁悬浮系统仿真.............................................................................................................16

实验九直流双闭环调速系统仿真.............................................................................................20

实验十倒立摆控制系统仿真.....................................................................................................21

实验一 MATLAB 基本操作

实验目的

1．熟悉 MATLAB实验环境，练习 MATLAB命令、m 文件基本操作。

2．利用 MATLAB编写程序进行矩阵运算、图形绘制、数据处理等。

3. 熟悉矩阵相关的基本函数和命令。

4．熟练使用帮助。

实验原理

MATLAB 环境是一种为数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式的环境。MATLAB

有 3 种窗口，即：命令窗口（The Command Window）、m-文件编辑窗口（The Edit Window）

和图形窗口（The Figure Window），而 Simulink 另外又有 Simulink 模型编辑窗口。

1．命令窗口（The Command Window）

当 MATLAB 启动后，出现的最大的窗口就是命令窗口。用户可以在提示符“>>”后面

输入交互的命令，这些命令就立即被执行。

在 MATLAB 中，一连串命令可以放置在一个文件中，不必把它们直接在命令窗口内

输入。在命令窗口中输入该文件名，这一连串命令就被执行了。因为这样的文件都是以“.m”

为后缀，所以称为 m-文件。

2．m-文件编辑窗口（The Edit Window）

我们可以用 m-文件编辑窗口来产生新的 m-文件，或者编辑已经存在的 m-文件。在

MATLAB 主界面上选择菜单“File/New/M-file”就打开了一个新的 m-文件编辑窗口；选择

菜单“File/Open”就可以打开一个已经存在的 m-文件，并且可以在这个窗口中编辑这个 m-

文件。

3．图形窗口（The Figure Window）

图形窗口用来显示 MATLAB 程序产生的图形。图形可以是 2 维的、3 维的数据图形，

也可以是照片等。

实验内容

1 用 MATLAB 可以识别的格式输入下面两个矩阵





A 





2 3 3





1 4i

3 5 7











3 5 7 B 



2 6  7i



2 3 9







8 9 4





7 8



5 4  2i



4 2



4 3



再求出它们的乘积矩阵 C，并将 C 矩阵的右下角 2×3 子矩阵赋给 D 矩阵。赋值完成后，调

用相应的命令查看 MATLAB工作空间的占用情况。

2 选择合适的步距绘制出下面的图形

sin(1/ t)

，其中

t (1,1)

3 对下面给出的各个矩阵求取矩阵的行列式、秩、特征多项式、范数、特征根、特征向量和

逆矩阵。



7.5 3.5 0



5 7 6 5





8 33 4.1

 

7 10 8 7



，

B 

 

A 



6 8 10 9



9 103 1.5



   

0 0 3.7 19.3 5 7 9 10

   



1 2 3 4

 

3 3 2 4





5 6 7 8

 

5 5 1 8



，

D 

 

C 



9 10 11 12

 

11 8 5 7



   

13 14 15 16 5 1 3 1

   

4 求解下面的线性代数方程，并验证得出的解真正满足原方程。



7 2 1 2

 

1 3 2 13

 

9 0





9 15 3 2

 

7 2 1 2

 

6 4



X 

 

，(b)

 

X 

 

(a)



2 2 11 5

 

1

 

9 15 3 2

 

11 7



       

1 3 2 13 0 2 2 11 5 2 1

       

(1) 初始化一 10*10 矩阵，其元素均为 1

(2) 初始化一 10*10 矩阵，其元素均为 0

(3) 初始化一 10*10 对角矩阵

(4) 输入 A=[7 1 5；2 5 6；3 1 5]，B=[1 1 1; 2 2 2; 3 3 3]，执行下列命令，理解其含义

A(2, 3) A(:,2) A(3,:) A(:,1:2:3) A(:,3).*B(:,2) A(:,3)*B(2,:) A*B A.*B A^2 A.^2 B/A B./A

6 在同一坐标系中绘制余弦曲线 y=cos(t-0.25)和正弦曲线 y=sin(t-0.5)，sin(t)/t∈[0，2π]，

用不同颜色，不同线的类型予以表示，注意坐标轴的比例控制。

实验二 Matlab 编程

实验目的

1．熟悉 Matlab 程序设计的基本方法

2．掌握 for，while，switch-case，if 结构

3．掌握函数编写方法

实验原理

1 在 MATLAB 帮助中切换到 index 标签，分别键入 if，while，for，switch 查看相关说

明

2 建立函数文件，系统提供了一个用于创建用户函数的命令 function，以备用户

(

1)．格式：

function [输出变量列表]=fun_name(输入变量列表)

用户自定义的函数体

(2)．函数文件名为：fun_name，注意：保存时文件名与函数名最好相同；

(3)．存储路径：最好在系统的搜索路径上。

(4). 调用方法：输出参量=fun_name (输入变量)

Example 求向量的平均值及标准差

function [mean,stdev] = stat(x)

n = length(x);

mean = sum(x)/n;

stdev = sqrt(sum((x-mean).^2/n));

实验内容

1 分别用 for 和 while 循环结构编写程序，求出

K 



 1 2  2

 2

  2

 2

i0

并考虑一种避免循环的简洁方法来进行求和。

2 计算 1+2+„+n<2000 时的最大 n 值

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