控制系统的MATLAB仿真与设计第6章
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MATLAB基础教程(第四版) 第6章 MATLAB 编程
命令
说明
disp(A)
显p(‘text’) Format
显示单引号内部的文本串 控制屏幕输出的显示格式
Fprintf x = input('text')
执行格式化的写入到屏幕或者写入到一个文件 显示单引号中的文本，等待用户的键盘输入，并且将输入值存储在x中
x = input('text','s') k=menu('title','option1','option2',...
有变量，就需要考虑使用函数文件。这将避免用变量名“弄乱”工作空间，并将 同时减少内存需求。
(6) 在不使用文本编辑器打开M-文件的情况下，用户可以使用type命令来查看文件的 内容。
2019年9月27日
第7页
MATLAB R2018b 基础教程
脚本文件和编辑器（4/11）
有效使用命令窗口和编辑器/调试器窗口
脚本文件和编辑器（8/11）
使用脚本文件存储数据 可能会有一些应用程序要求用户频繁地访问同一组数据。
如果是这样的话，用户可以将数组中的数据存储在一个脚 本文件之中。
2019年9月27日
第12页
MATLAB R2018b 基础教程
脚本文件和编辑器（9/11）
控制输入和输出
MATLAB为从用户获取输入以及为格式化输出(执行MATLAB命令而获得的结果)提供了许多有用的命令。
2019年9月27日
第5页
MATLAB R2018b 基础教程
脚本文件和编辑器（2/11）
创建和使用脚本文件
2019年9月27日
第6页
MATLAB R2018b 基础教程
自动控制原理习题全解及MATLAB实验 第6章习题解答
系统开环传递函数为 G0 s
s0.1s
K
10.2s
1
，要求：
（1）系统响应斜坡信号 r(t)=t 时，稳态误差 ess 0.01 ；
(2) 系统相位裕量 ' 40 。
试用分析法设计一个串联滞后-超前校正装置。
解：（1）系统为Ⅰ型系统，在单位斜坡信号下
分稳态误差为
essr
1 k
令 essr
稳态性能与动态性能？ 答：PID 兼有 PI、PD 控制的特点，它相当于提供了一个积分环节与两个一阶微分环节。
积分环节改善稳态性能，两个一阶微分环节改善动态性能。 试分别叙述利用比例负反馈和微分负反馈包围振荡环节所起到的作用。
答：二阶振荡环节的频率特性为
1
T 2S 2 2 S 1
用比例负反馈 H(s)=h
0.2s 1 0.0143s 1
（5） Gc (s)
s 1 14s 1
0.2s 1 0.0143s
(6)
G
k
(s)
s(14s
100(s 1) 1)(0.1s 1)(0.0143s
1)
' 180 [90 arctan 7 arctan(14 7) arctan(0.1 7) arctan(0.0143 7)] 41.9 40
10lg( 12)
6dB
,
最后得出 c' m 4.47rad/s>4.4rad/s
(4) 确定校正装置的转折频率
1 m
2.2rad/s ，2 m
8.8rad/s ，T 1 0.45s ， 1
G(s)=
s
2.2 s
1 1
0.45s 0.11s
1 1
第6章串级控制系统
15
④主、副对象 主回路所包括的对象称为主对象； 副回路所包括的对象称为副对象。 ⑤主、副检测变送器 检测和变送主变量的称为主 检测变送器；检测和变送副变量的称为副检测变送 器。 ⑥一、二次干扰进入主回路的干扰称为一次干扰 ；进人副回路的干扰称为二次干扰。
16
应该指出，系统中尽管有两个调节器，它们 的作用各不相同。 主调节器具有自己独立的设定值，它的输出作为 副调节器的设定值， 副调节器的输出信号则是送到调节阀去控制生产 过程。比较串级系统和简单系统，前者只比后者 多了一个测量变送元件和一个调节器，增加的仪 表投资并不多，但控制效果却有显著的提高。
6
但由于从控制阀到窑道烧成带滞后时间太大，如果燃料的压 力发生波动，尽管控制阀门开度没变，但燃料流量将发图6-2 隔 焰式隧道客温度简单控制系统方框图生变化，必将引起燃烧室温 度的波动，再经过隔焰板的传热、辐射，引起烧成带温度的变化 。因为只有烧成带温度出现偏差时，才能发现干扰的存在，所以 对于燃料压力的干扰不能够及时发现。烧成带温度出现偏差后， 控制器根据偏差的性质立即改变控制阀的开度，改变燃料流量， 对烧成带温度加以调节。可是这个调节作用同样要经历燃烧室的 燃烧、隔焰板的传热以及烧成带温度的变化这个时间滞后很长的 通道，当调节过程起作用时，烧成带的温度已偏离设定值很远了 。也就是说，即使发现了偏差，也得不到及时调节，造成超调量 增大，稳定性下降。如果燃料压力干扰频繁出现，对于单回路控 制系统，不论控制器采用PID的什么控制作用，还是参数如何整定 ，都得不到满意的控制效果。
4
制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度 进行烧结，烧结温度一般为1300℃，偏差不得 超过5C。所以烧成带的烧结温度是影响产品 质量的重要控制指标之一，因此将窑道烧成带 的温度作为被控变量，将燃料的流量作为操纵 变量。如果火焰直接在窑道烧成带燃烧，燃烧 气体中的有害物质将会影响产品的光泽和颜色 ，所以就出现了隔焰式隧道窑。火焰在燃烧室 中燃烧，热量经过隔焰板辐射加热烧成带。
matlab控制系统课程设计
matlab控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能掌握MATLAB软件的基本操作，并运用其进行控制系统的建模与仿真。
2. 学生能理解控制系统的基本原理，掌握控制系统的数学描述方法。
3. 学生能运用MATLAB软件分析控制系统的稳定性、瞬态响应和稳态性能。
技能目标：1. 学生能运用MATLAB软件构建控制系统的模型，并进行时域和频域分析。
2. 学生能通过MATLAB编程实现控制算法，如PID控制、状态反馈控制等。
3. 学生能对控制系统的性能进行优化，并提出改进措施。
情感态度价值观目标：1. 学生通过课程学习，培养对自动化技术的兴趣和热情，提高创新意识和实践能力。
2. 学生在团队协作中，学会沟通与交流，培养合作精神和集体荣誉感。
3. 学生能认识到控制系统在现代工程技术中的重要作用，增强社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，注重理论知识与实际应用相结合。
学生特点：学生具备一定的数学基础和控制理论基础知识，对MATLAB软件有一定了解。
教学要求：教师需采用案例教学法，引导学生运用MATLAB软件进行控制系统设计，注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。
同时，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行教学设计和评估。
二、教学内容1. 控制系统概述：介绍控制系统的基本概念、分类及发展历程，使学生了解控制系统的基本框架。
- 教材章节：第一章 控制系统概述2. 控制系统的数学模型：讲解控制系统的数学描述方法，包括微分方程、传递函数、状态空间方程等。
- 教材章节：第二章 控制系统的数学模型3. MATLAB软件操作基础：介绍MATLAB软件的基本操作，包括数据类型、矩阵运算、函数编写等。
- 教材章节：第三章 MATLAB软件操作基础4. 控制系统建模与仿真：利用MATLAB软件进行控制系统的建模与仿真，分析系统的稳定性、瞬态响应和稳态性能。
- 教材章节：第四章 控制系统建模与仿真5. 控制算法及其MATLAB实现：讲解常见控制算法，如PID控制、状态反馈控制等，并通过MATLAB编程实现。
控制系统计算机仿真(内蒙古工业大学)MATLAB基础第6章 SIMULINK仿真基础
Transfer-Fcn：线性传递函数模型
Transport Delay：输入信号延时一个固定时间再输出 Variable Transport Delay：输入信号延时一个可变时间再输出 Zero-Pole：以零极点表示的传递函数模型
2、Discontinuities （非线性模块） Backlash：死区间隙 Coulomb &Viscous Friction：库仑粘滞摩擦信号 Dead Zone：死区信号 Hit Crossing：将信号与特定的偏移值比较 Quantizer；量化器 Rate Limiter；信号上升、下降速率控制器 Relay：滞环比较器，限制输出值在某一范围内变化。 Saturation：饱和信号，让输出超过某一值时能够饱和。
第一节 SIMULINK简介 一、什么是SIMULINK
SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系 统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要 区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化 图形输入。
所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功 能分类的基本的系统模块，用户只需知道这些模块的输 入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现 的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就 可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取）， 进而进行仿真与分析。
三、SIMULINK的公共模块库
SIMILINK模块库按功能进行分类，包括以下子库： Continuous（连续模块） disontinuous （非线性模块） Discrete（离散模块） look up tables(查询表模块)
Math operations（数学模块）Model verification(模型检测) Model-wide Utilities（模型扩展功能模块） Ports&Systems（端口和子系统模块） Signal attributes(信号描述模块)
第6章 MATLAB程序设计
程序如下： A=[1,2,3;4,5,6]; B=[7,8,9;10,11,12]; try C=A*B; catch C=A.*B; end C lasterr %显示出错原因
循环结构
在MATLAB中，包含两种循环结构 循环次数不确定的while循环 循环次数确定的for循环
循环结构（续）
打开方式
MATLAB提供了meditor编辑器编辑M文件 在MATLAB命令行窗口中键入指令edit，则可启动
meditor编辑器 >> edit
打开方式
通过“File”菜单中的“New”子菜单下的“M-file”命令
来启 动meditor编辑器
直接单击 MATLAB用户界面工具栏上的新建按钮
概述（续）
M文件有两类
独立的M文件 —— 脚本（Scripts） 可调用M文件 —— 函数（Functions）
概述（续）
MATLAB通过M语言来实现完整的编写应用程序的能力 M语言 M语言是一种解释性语言，利用该语言编写的代码
仅能被MATLAB接受，被MATLAB解释、执行。 M语言文件可以分为脚本文件和函数文件 一个M语言文件就是由若干MATLAB的命令组合在一 起构成的。 M语言文件是标准的纯文本格式的文件，其文件扩 展名为.m。 使用M文件可以将一组MATLAB命令组合起来，通过 一个简单的指令就可以执行这些命令。
来启动meditor编辑器
2．打开已有的M文件
打开已有的M文件，也有3种方法： (1) 菜单操作。从MATLAB主窗口的File菜单中选 择Open命令，则屏幕出现Open对话框，在Open对 话框中选中所需打开的M文件。在文档窗口可以对 打开的M文件进行编辑修改，编辑完成后，将M文 件存盘。 (2) 命令操作。在MATLAB命令窗口输入命令： edit 文件名，则打开指定的M文件。 (3) 命令按钮操作。单击MATLAB主窗口工具栏 上的Open File命令按钮，再从弹出的对话框中选 择所需打开的M文件。
循环结构
在MATLAB中，包含两种循环结构 循环次数不确定的while循环 循环次数确定的for循环
循环结构（续）
打开方式
MATLAB提供了meditor编辑器编辑M文件 在MATLAB命令行窗口中键入指令edit，则可启动
meditor编辑器 >> edit
打开方式
通过“File”菜单中的“New”子菜单下的“M-file”命令
来启 动meditor编辑器
直接单击 MATLAB用户界面工具栏上的新建按钮
概述（续）
M文件有两类
独立的M文件 —— 脚本（Scripts） 可调用M文件 —— 函数（Functions）
概述（续）
MATLAB通过M语言来实现完整的编写应用程序的能力 M语言 M语言是一种解释性语言，利用该语言编写的代码
仅能被MATLAB接受，被MATLAB解释、执行。 M语言文件可以分为脚本文件和函数文件 一个M语言文件就是由若干MATLAB的命令组合在一 起构成的。 M语言文件是标准的纯文本格式的文件，其文件扩 展名为.m。 使用M文件可以将一组MATLAB命令组合起来，通过 一个简单的指令就可以执行这些命令。
来启动meditor编辑器
2．打开已有的M文件
打开已有的M文件，也有3种方法： (1) 菜单操作。从MATLAB主窗口的File菜单中选 择Open命令，则屏幕出现Open对话框，在Open对 话框中选中所需打开的M文件。在文档窗口可以对 打开的M文件进行编辑修改，编辑完成后，将M文 件存盘。 (2) 命令操作。在MATLAB命令窗口输入命令： edit 文件名，则打开指定的M文件。 (3) 命令按钮操作。单击MATLAB主窗口工具栏 上的Open File命令按钮，再从弹出的对话框中选 择所需打开的M文件。
第六章 (2)MATLAB高级图形设计
se因t（此’一u般i_h用aUnsdelreD’a,’tUa存se储rD简a单ta与’,单Va一lu的e数）据
。此时，Value数据就已经存储在句柄值为 ui_handle的对象内。
② 在执行的过程中若要取回该变量，可以通过以下 方式在任一Callback中获取该数据值：
Value=get(‘ui_handle’,’UserData’);
用的有hObject、 eventdata和 handles。
hObject：当前回调函数的图形对象句柄；
eventdata：预留的输入参数；
handles：存放图形窗口中所有图形对象句柄的结 构体，存储了所有在图形界面中的控件、菜单、 坐标轴对象的句柄，可以用于在function之间传 递数据。例如：handles.pushbutton1就是按钮 pushbuton1的句柄，handles.axes1就是axes1 的句柄。
global A;
25
多个回调函数之间变量的传递
方法二：直接通过对象的UserData属性来进行各个
C注al意lb：ack此之方间法的在数操据作存上取简操单作且。方便，但每个对
①象次于首设为仅变复先该V能量杂a必对存时的lu须象取，操e，一先作先的则个前会将句输变的造数柄入量 变 成据值以值 量 很存为下， 值 多储ui程因 就 不_到h序此 会 便一an即被当 。个d可覆同l特e盖一：，定掉对需的，象要对这存存象样储储中对两的，值假
➢string属性是按钮上显示的文字，默认的string属 性与Tag相同。
3．滚动条（Slider） （1）常用属性 滚动条的常用回调函数是callback，当每次单击滚动条
改变当前值时调用该函数。 （2）回调函数 常用属性有value、max、min和SliderStep。
。此时，Value数据就已经存储在句柄值为 ui_handle的对象内。
② 在执行的过程中若要取回该变量，可以通过以下 方式在任一Callback中获取该数据值：
Value=get(‘ui_handle’,’UserData’);
用的有hObject、 eventdata和 handles。
hObject：当前回调函数的图形对象句柄；
eventdata：预留的输入参数；
handles：存放图形窗口中所有图形对象句柄的结 构体，存储了所有在图形界面中的控件、菜单、 坐标轴对象的句柄，可以用于在function之间传 递数据。例如：handles.pushbutton1就是按钮 pushbuton1的句柄，handles.axes1就是axes1 的句柄。
global A;
25
多个回调函数之间变量的传递
方法二：直接通过对象的UserData属性来进行各个
C注al意lb：ack此之方间法的在数操据作存上取简操单作且。方便，但每个对
①象次于首设为仅变复先该V能量杂a必对存时的lu须象取，操e，一先作先的则个前会将句输变的造数柄入量 变 成据值以值 量 很存为下， 值 多储ui程因 就 不_到h序此 会 便一an即被当 。个d可覆同l特e盖一：，定掉对需的，象要对这存存象样储储中对两的，值假
➢string属性是按钮上显示的文字，默认的string属 性与Tag相同。
3．滚动条（Slider） （1）常用属性 滚动条的常用回调函数是callback，当每次单击滚动条
改变当前值时调用该函数。 （2）回调函数 常用属性有value、max、min和SliderStep。
Matlab第6章 数值计算功能
5
例 已知x=[-43,72,9,16,23,47]，求向量x 的最大值和最小值。 x=[-43,72,9,16,23,47] y=max(x) %求向量x中的最大值 [y,k]=max(x) %求向量x中的最大值及其该元 素的位置 z=min(x) %求向量x中的最小值 [z,m]=min(x) %求向量x中的最小值及其该元 素的位置
6
2）求矩阵A的最大值和最小值 max(A) 返回一个行向量，向量的第i个元素 是矩阵A的第i列上的最大值。 [Y,K]=max(A) 返回行向量Y和K，Y向量记录A 每列的最大值，K向量记录每列最大值的行号。 max(A,[],dim) dim取1或2。dim取1时，该函 数和max(A)完全相同；dim取2时，该函数返 回一个列向量，其第i个元素是A矩阵的第i行 上的最大值。 • 求矩阵最小值的函数是min，其用法和max完 全相同。 7
第6章 数值计算功能
张燕 zy29209@
1
数据分析
MATLAB提供了方便的数据分析函数，可以 对较复杂的向量或矩阵元素进行数据分析。 分析原则 如果输入是向量，则按整个向量进行运算 如果输入是矩阵，则按列进行运算，运算 和列向量一样
2
6.1 数据统计和相关分析 6.2 差分与积分 *6.3 卷积和快速傅立叶变换
32
a）梯形法求积分 原理：把积分区间(a,b)分成n个小梯形，然后 将这n个小梯形的面积求和。 MATLAB提供了trapz()函数计算数值积分 梯形法求积分的结果不很精确
33
Z=trapz(Y) 以单位间隔，采用计算若干梯形 面积的和的方法来计算某函数的近似积分。 如果Y为向量，计算Y的积分；如果Y是矩阵， 得一个每列积分的行向量。 Z=trapz(X,Y) 用梯形积分法，依据X计算Y 的积分，X为自变量，Y为函数。如果X、Y 为向量，则大小必须相同；如果Y为矩阵， 则Y的列元素个数必须等于length(X)。 Z=trapz(X,Y,dim) dim=1，和trapz(X,Y)相 同，按列计算积分，dim=2，按行计算积分。
matlab第6章ode
1 L 0
u
i
状态方程以两个状态元件 i和uo作状态变量 21
+S
i
ui
D
-
dT
L
+
C u0 R
-
0
L
di dt
u0
i
C
d u0
dt
u0
R
T
(2)当S=off：时间长度为: （1-d)*T:
di dt
u0
L
du0
dt
i C
u0
RC
22
S=OFF
u
•
i
•
0
0
1 C
1
1. ode23
在MATLAB中，函数ode23采用2-3阶龙格-库塔法 求解微分方程。
[t,y]=ode23(odefun,tspan,y0) [t,y]=ode23(odefun,tspan,y0,options) odefun：定义微分方程的形式y’=f(t,y) tspan=[t0,tfinal]：表示微分方程的积分限从t0（始值） 到tfinal（终值），该积分限也可以是一些离散的点。 y0:初始状态列向量 options：积分参数，包括‘RelTol’（相对误差）和 ‘AbsTol’（绝对误差），可省略。
IR Vi
L C UC
12
（1）分析：根据电路分析，可以得出微分方程
RI(t) VL(t) VC (t) Vi (t)
I(t) C dVC (t) dt
VL (t)
L
dI(t) dt
LC
d
2VC (t) dt 2
dI(t) L dt RI(t) VC (t) Vi (t)
LC
《控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用第2版》薛定宇_课后习题答案
polar(t,r）;axiｓ('sｑｕａre')
【17】
（1)z＝ｘy
＞>[x,y]=mesｈgrid(-3:0.01:3，-3：0.０1:３);
z=x.*y；
mesh(x,ｙ，z);
>> contoｕr3(x,ｙ,z,５0)；
(１)ｚ=sin（xｙ)
>> [x,y］=mesｈgrid(-3:０.01:3，-3:０.０1：3);
【２】
相应的ＭATＬAB命令:B=A(２：2:end,：）
>>Ａ=ｍagic(8)
A=
64２361６06７57
95５5412１3 51５01６
1７47４6 20２１43 42２4
40262737３6 30313３
3２３435 29２838 392５
41２32244４5１91８48
4９１514 5253 11 10 5６
【１0】
fｕｎcｔion y＝fｉb(ｋ)
if nargin~=1,ｅrror（＇出错：输入变量个数过多，输入变量个数只允许为１!')；ｅｎdﻭif narｇout＞１,ｅｒrｏr(＇出错：输出变量个数过多！'）;end
if k<=０,error('出错:输入序列应为正整数！＇）;endﻭiｆk==1|k＝=2,y＝１;ﻭｅｌsｅy=ｆib（k-１)＋fib(k-２);ｅnｄﻭeｎｄ
8５8 5954 62 6３1
＞＞Ｂ=Ａ(2:2:ｅnd，:)
B =
9５5 54１21３515０16
402６27３7 3６30３1３3
4１２3２24４4519１8 4８
858 5954 6２631
【17】
（1)z＝ｘy
＞>[x,y]=mesｈgrid(-3:0.01:3，-3：0.０1:３);
z=x.*y；
mesh(x,ｙ，z);
>> contoｕr3(x,ｙ,z,５0)；
(１)ｚ=sin（xｙ)
>> [x,y］=mesｈgrid(-3:０.01:3，-3:０.０1：3);
【２】
相应的ＭATＬAB命令:B=A(２：2:end,：）
>>Ａ=ｍagic(8)
A=
64２361６06７57
95５5412１3 51５01６
1７47４6 20２１43 42２4
40262737３6 30313３
3２３435 29２838 392５
41２32244４5１91８48
4９１514 5253 11 10 5６
【１0】
fｕｎcｔion y＝fｉb(ｋ)
if nargin~=1,ｅrror（＇出错：输入变量个数过多，输入变量个数只允许为１!')；ｅｎdﻭif narｇout＞１,ｅｒrｏr(＇出错：输出变量个数过多！'）;end
if k<=０,error('出错:输入序列应为正整数！＇）;endﻭiｆk==1|k＝=2,y＝１;ﻭｅｌsｅy=ｆib（k-１)＋fib(k-２);ｅnｄﻭeｎｄ
8５8 5954 62 6３1
＞＞Ｂ=Ａ(2:2:ｅnd，:)
B =
9５5 54１21３515０16
402６27３7 3６30３1３3
4１２3２24４4519１8 4８
858 5954 6２631