MATLAB与系统仿真实验手册2010

实验一MATLAB基本操作与基本运算 (1)

实验二M文件及数值积分仿真方法设计 (3)

实验三MATLAB 的图形绘制 (4)

实验四函数文件设计和控制系统模型的描述 (6)

实验五控制系统的分析与设计 (7)

实验六连续系统离散化仿真方法设计 (8)

实验七SIMULINK 仿真 (9)

实验八SIMULINK 应用进阶 (10)

附录MATLAB常用函数 (11)

实验一MATLAB基本操作与基本运算

一、实验目的及要求：

1．熟悉MATLAB6.5的开发环境；

2．掌握MATLAB6.5的一些常用命令；

3．掌握矩阵、变量、表达式的输入方法及各种基本运算。

二、实验内容：

1.熟悉MATLAB6的开发环境：

①MATLAB的各种窗口：

命令窗口、命令历史窗口、启动平台窗口、工作空间窗口、当前路径窗口。

图1 MA TLAB 界面窗口

②路径的设置：

建立自己的文件夹，加入到MA TLAB 路径中，并保存。 设置当前路径，以方便文件管理。 ③改变命令窗口数据的显示格式

>> format short >> format long

然后键入特殊变量：pi （圆周率），比较显示结果。 2.掌握MATLAB 常用命令

>> who %列出工作空间中变量

>> whos %列出工作空间中变量，同时包括变量详细信息 >>save test %将工作空间中变量存储到test.mat 文件中 >>load test %从test.mat 文件中读取变量到工作空间中 >>clear %清除工作空间中变量

>>help 函数名 %对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明 >>lookfor %查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称

如： lookfor Lyapunov 可列出与Lyapunov 有关的所有函数。 3. 在MATLAB 的命令窗口计算:

1) )2sin(π

2) 5.4)4.05589(÷⨯+

4. 设计M 文件计算: 已知

求出： 1) a+b

a-b a+b*5 a-b+I （单位阵）

2) a*b a.*b a/b 3) a^2 a.^2

注意：点运算 . 的功能，比较结果。

⎥⎥

⎥⎦⎤

⎢⎢⎢⎣⎡=987654321a ⎥⎥

⎥⎦

⎤

⎢⎢⎢⎣⎡=300120101b

)

)(,(12

h k x y h x f k m m ++=)(2

)(211k k h x y y m

m ++=+⎪⎩⎪⎨⎧))

(,(1m m x y x f k =5. 设计M 文件计算:

x=0:0.1:10

当sum>1000时停止运算，并显示求和结果及计算次数。

三、实验报告要求：

1）体会1、2的用法；

2）对3、4、5写出程序及上机的结果。

实验二 M 文件及数值积分仿真方法设计

一、实验目的及要求：

1. 掌握MA TLAB 程序设计方法，会编写M 文件；

2. 掌握用数值积分方法对连续系统建立仿真模型的方法。

二、实验内容：

M 文件设计：仿真时间0～1秒，计算步长h=0.1，初始值y(0)=1，对连续系统

y x dx

dy

+= 采用以下方法建立仿真模型： ① 前向Euler: n n n h f y y +=+1

② 后向Euler: ③ 梯形法： ④ 改进Euler:

⑤ 经典RK4：

)

2(100

2

i i i x x sum -∑==1

1+++=n n n hf y y ()

112

++++=n n n n f f h

y y ))

(,(1m m x y x f k =)2

,2(12k h

y h x f k m m ++

=()4321122k k k k h

y y m m ++++

=+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧

)

,(34h k y h x f k m m ++=)2

,2(23k h y h x f k m m ++

=

⑥ Adams 法： ⑦ Milne 法：

并与精确解x e x y x --=12)(的结果进行比较。

三、实验报告要求：

写出程序及上机的结果（保存程序，以便下次实验使用）。

实验三 MATLAB 的图形绘制

一、实验目的及要求：

1.掌握MA TLAB 绘图的基本方法，熟悉各种绘图函数的使用；

2.掌握图形的修饰方法和标注方法；

3.了解MA TLAB 中图形窗口的操作。

二、实验内容：

1、x=［－2π，2π］，y1=sinx 、y2=cosx 、y3=sin2x 、y4=cos 2x

①用MA TLAB 语言分四个区域分别绘制的曲线，并且对图形标题及横纵坐标轴

进行标注（如下图所示）。

()32115162312

----+-+=n n n n n f f f h

y y ()111143

-+-++++

=m m m m m f f f h

y

y

图2 四分区绘制曲线

②另建一个窗口，不分区，用不同颜色、线型绘出四条曲线，并标注图例注解。

图2 四分区绘制曲线

图3 同一窗口绘制多条曲线

③(选做)在图形窗口可利用Figure窗口菜单提供的功能进行操作，并保存成** .fig文件。

2、在实验二的基础上分别用分区域绘制和同一窗口绘制多条曲线的方法绘制7种算法和精确解的结果。

图4 仿真算法与精确解曲线分区域比较