第1篇 第1章 MATLAB基础ff

【例1-1-3】 在MATLAB命令窗口中键入 ‚(5*2+1.3-0.8)*10/25”并按Enter键。
若想将上述运算式的结果设定给另一个 变数x,则改成键入 ‚x=(5*2+1.3-0.8)*10/25”， 将得到‚x=4.2000” 的显示。
注： 1.方向键和控制键可以编辑修改已输入的命 令 ：回调上一行命令 ：回调下一行命令 2.若不想让MATLAB每步计算都显示运算结果， 只需在运算式结束处加上分号（;）即可。 例：‚y=sin(10)*exp(-0.3*4^2);‛。若 要显示变数y的值，直接键入‚y” 。
其中start为起始值，step为步长，end 为终止值。当步长为1时可省略step参 数；另外step也可以取负数。
【例1-1-4】试产生7至16公差为1的等差 数列。 解：在MATLAB命令窗口中键入‚x=7:16” 并按Enter键。
【例1-1-5】试产生7至16公差为3的等差数 列。 解：在MATLAB命令窗口中键入‚x=7:3:16” 并按Enter键。
函数名 MATLAB中exp、sprt、 sin、cos等命令可 abs 以直接使用在矩阵 上，这种运算只是 sqrt 定义在矩阵的单个 real 元素上，即分别对 imag 矩阵的每个元素进 conj 行运算。MATLAB中 也提供了基本的三 round 角函数。 fix
含义 绝对值或者复数模 平方根 实部 虚部 复数共轭 4舍5入到整数 舍入到最接近0的整数
四、课程的主要内容及教学要求
教学内容
基础篇 MATLAB基础 SIMULINK基础 计算机仿真基础 实验篇 控制系统的数学模型 控制系统的MATLAB实验平台 时域分析法 根轨迹分析法 频率特性分析法 离散控制系统 状态变量控制系统 非线性控制系统
学时分配与进度安排
学时数 2 2 2 学时数 2 2 4 4 4 4 4 2
MATLAB参考书目
《MATLAB语言与控制系统仿真》孙亮 主编 工业大学出版社 《掌握和精通MATLAB 》张志勇 学出版社 北京
北京航空航天大
《基于MATLAB的系统分析与设计——控制系统》 西安电子科技大学出版社，1999年，楼顺天
第一篇
基 础 篇
基础篇内容简介
MATLAB基础 动态系统仿真：Simulink基础 计算机仿真基础
（3）a=logspace(n1,n2,n) 在对数空间上，行矢量的值从10n1到 10n2，数据个数为n，缺省n为50。这个 指令为建立对数频域轴坐标提供了方便。 》a=logspace(1,3,3) a= 10 100 1000
课内练习： 1.试产生首项为0,末项为2π （提示：2*pi）的等差数列。 2.试产生0至2π，公差为0.05的等差 数列。
利用linspace函数来产生任意的等差数列 （2）a=linspace(n1,n2,n) 在线性空间上，行矢量的值从n1到n2， 数据个数为n，缺省n为100。
【例1-1-6】试产生首项为4,末项为10,项数为 6的等差数列。 解： 在MATLAB命令窗口中键入 ‚x=linspace(4,10,6)”并按Enter键 。
特殊变量
特殊变量 ans pi eps flops inf nan i j 取值 用于结果的缺省变量名 圆周率 计算机的最小数 浮点运算书 无穷大 如 1/0 不等量 i=j=
1
如 0/0
nargin nargout realmin realmax
函数的输入变量数目 函数的输出变量数目 最小的可用正实数 最大的可用正实数
MATLAB的帮助文件
help 命令：已知命令不知道用法 lookfor命令：查找具有某种功能的函数 Demo:打开示例窗口 字母＋TAB： 模糊查找
1.1.2 常用MATLAB基本操作
一、MATLAB的数据操作 1、 基本运算
MATLAB可识别所有一般常用 的加‚+”、减‚-”、乘‚*‛、 除‚/”的数学运算符号，以及幂 次运算符号‚^”。
MALTAB常用特殊变量
ans：用于结果的缺省变量名 i、j：虚数单位 pi： 圆周率π值3.14159265... inf：无穷大 eps：MATLAB定义的正的极小值=2.2204e-16 nan：不定量 Help:在线帮助命令
3、向量的建立
（1）用线性等间距生成向量矩阵 （start:step:end）
常用矩阵函数（表1-1-2所示 ）见书P6
函数命令
Size (a) [d1,d2,d3,..] =size(a) Rot90(a) rot90(a ,k) eye(a) eye(a ,k) ones(a) ones(a ,k) zeros(a) zeros(a ,k) inv(a)
说明
求矩阵的大小，对m*n二维矩阵，第一个为行数m,第二个为列 数n； 对多维矩阵，第N个为矩阵第N维的长度。
2、MATLAB常用的基本数学函数
（对照P4 （表1-1-1 ） ）
abs(x) 纯量的绝对值或向量的长度 angle(z)复数z的相角(Phase angle) sqrt(x)开平方 real(z)复数z的实部 imag(z)复数z的虚部 conj(z)复数z的共轭复数
sign(x)符号函数(Signum function), 当x<0时，sign(x)=-1; 当x=0时，sign(x)=0; 当x>0时，sign(x)=1。 sin(x)正弦函数 cos(x)余弦函数 tan(x)正切函数
（2）MATLAB操作界面
当前路径
工作空间
命令窗口
命令历史窗口
（3）Matlab常用命令
cd: 路径操作命令 What和dir命令：列出指定目录下文件,显示当前路径下文件 who和whos：查询变量信息的命令 load和save：装入与存储变量与数据的命令 clc或clear：清除命令窗口的显示内容或工作空间变量 format 命令：命令窗口数据显示格式 which命令：用于显示指定的外部函数(M文件)所在的目录 exit和quit命令：退出命令
Βιβλιοθήκη Baidu
矩阵逆时针旋转90度（把你的头顺时针旋转90看原数就可以 知道结果了,^-^） k参数定义为逆时针旋转90*k度。
生成a阶单位方阵 k参数设置为生成a×k阶单位矩阵,即生成a阶单位方阵后， 取前k列,不足补0。 生成a阶全1方阵 k参数设置生成a×k阶全1矩阵。 生成a阶全0方阵 k参数设置生成a×k阶全0矩阵。 生成a的逆矩阵
自 动 控 制 原 理 实 验 电 子 教 案
教师 桂金星 2011.10.20
一、课程的目的与任务 本课程是《自动控制原理》课的配套 实验课程。通过本课程的学习，使学生通 过实验的方式加深对自动控制基本原理和 方法的理解，掌握运用MATLAB语言进行控 制系统仿真和辅助设计的基本技能，为今 后从事科学研究打下较好的基础。
教学目标：
1。理解和掌握MATLAB的基本概念。 2。理解和掌握SIMULINK实验平台的使用。 3。理解计算机仿真的基本方法。 4。理解和掌握根轨迹分析及设计法，能熟练实现 其实验系统，并会分析结果。 5。理解和掌握频域分析及设计法，能熟练实现其 实验系统，并会分析结果。 6。理解和掌握离散控制分析及设计法，能熟练实 现其实验系统，并会分析结果。 7。理解和掌握状态空间分析及设计法，能熟练实 现其实验系统，并会分析结果。 8。理解非线性系统的描述函数分析方法。
二、课程的基本要求和特点
初步掌握MATLAB软件的使用方法，能通过 实验验证自动控制原理和方法，分析和说明实 验系统和实验数据，并以较规范的科技报告形 式写出实验报告。
三、本课程与其它课程的联系
本课程的先修课为高等数学与工程数 学、数值方法、MATLAB等。后续课程有过 程控制系统，计算机测控技术与系统，控 制系统计算机仿真，自动化仪表系统，自 适应控制和模糊控制等。
成绩评定： 考勤10%、课内实验考核检查30%、课外实 验和报告60%。
六、教材及参考书
教科书： 1. 自动控制原理实验与实践，杨平、余洁、冯照 坤、翁思义，北京，中国电力出版社.，2005.9。 2. 自动控制原理学习辅导，杨平，翁思义，王志 萍，中国电力出版社，2005。 参考书：
自动控制原理学习辅导，杨平，翁思义，王志萍，中国电 力出版社，2005。 自动控制原理，翁思义，杨平，中国电力出版社，2001。 现代控制工程（第三版）. [美] Katsuhiko Ogata ，北京， 电子工业出版社，2000.5。 自动控制原理（第四版）.胡寿松主编.，北京，科学出版 社，2001。
左除：.\
乘
k*A C=A*B 数量k与矩阵A相乘, 将A的每个元素都乘以k 两矩阵A,B相乘，要求两个矩阵的相邻阶数相等 右除---要求B'与A相邻阶数相等 左除---要求B'与A相邻阶数相等
除
1）C＝A/B 2）C＝A\B
幂
C＝A^n 矩阵的n次幂运算，等于矩阵自相乘n次， 要求矩阵为方阵。
点运算
第1章
基本内容


MATLAB基础
熟悉MATLAB运行环境 掌握常用MATLAB基本操作命令 掌握基本二维平面绘图命令 掌握MATLAB编程的基本形式
1.1.1 MATLAB的运行环境
（1）MATLAB的启动运行方法 双击桌面上MATLAB的快捷图标，打开 MATLAB的工作界面； 通过开始菜单打开程序，选项选择MATLAB； 在MATLAB的安装路径中找到可执行文件 Matlab.exe启动MATLAB
学习建议： 本课程重在理论联系实际。不能只满 足于会在MATLAB平台上实现控制系统 运行，还应会分析结果，并通过细心 观察现象，发现问题和归纳出结论。 建议学生在做实验前在有关理论上下 功夫预习。
五、考核方式
考核方法： 考勤；课内实验（编程组态、分析计算、操 作演示、质疑答辩）；课外实验和报告。
注意其中的取整
floor
ceil
舍入到最接近-∞的整数
舍入到最接近∞的整数
二、变量
1、变量命名的规则：
变量区分字母的大小写 名字不能超过19个字符，第19个字符后的字符被忽 略 变量必须以字母开头，之后可以是任意字母、数字 或者下滑线 变量中不能含有标点符号。
2、变量可用来存放向量或矩阵，并进行各种运 算可通过更改、增加或删除向量的元素来改变 变量值。
【例1-1-8】矩阵相加。 >> A =[1 2;3 4]; >> B=[5,6 7,8]; >> C=A+B 【例1-1-9】点幂运算。 >> C=A.\B >> C=A./B
练习 10分钟 ：P13 1、2
注意 点运算（数组运算）与矩阵运算的区别
【例1-1-a1】状态空间方程的求解： Y=AX X=A-1Y
5、复数与复数矩阵 （1）可用下图所示方式输入复数变量。
>> z=1+2i z = 1.0000 + 2.0000i
2）可用以下两种方式输入复数矩阵。
>> a =[1+2i 3+4i;5+6i 7+8i]
>> a =[1 3;5 7]+i*[2 4;6 8]
1.1.3 矩阵
矩阵的定义 由m行n列构成的数组称为(m×n)阶矩阵； 用‚[ ]”方括号定义矩阵； 用逗号或空格号分隔矩阵列元素； 分号或"Enter"回车键分隔矩阵行数值。
>> A =[1 2;3 4]; >> Y=[2;8]; >> X=inv(A)*Y
MATLAB中‚.”点运算指同阶矩阵中每个对应元素 进行的算术运算,标量常数可以和矩阵进行任何点运 算。 （1）C=A.*B 点乘--- 两矩阵（或向量）对应 相关元素相乘，要求两矩阵同阶。 （2）C＝A./B 点右除---点除结果为A对应元素 除以B对应元素 C＝A.\B 点左除---结果为B对应元素除以A 对应元素 矩阵（或向量）中各个元素独立的除运算，要求两 矩阵同阶。 （3）C＝A.^B 点幂---矩阵（或向量）中各个元 素独立的幂运算，要求两矩阵同阶。
操作示例
a1=3; X=eye(a1) Y=ones(a1) Z=zeros(a1) Q=inv(X) Q1=diag(m:n) Q2=diag(m,n)
矩阵运算
矩阵的转置 用符号’来表示和实现 非共轭转置 .’ 矩阵的四则运算 +-*/ \ 点乘：.* 右除：./ 矩阵的乘方 ^矩阵乘方 .^元素对元素的乘方