Matlab语言基本知识(18页).doc

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1、-Matlab语言基本知识-第 18 页MATLAB语言基本知识物理电气信息学院自控系宋 娟 2012年8月Matlab语言基本知识(一)1. 掌握MATLAB常用命令clc 清除命令窗口中内容clear 清除工作空间中变量help 对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明save将工作空间中变量存储到MAT文件中load从MAT文件中读取变量到工作空间中format显示命令窗口数据格式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who查询工作空间中的变量信息whos查询工作空间中变量，同时包括变量详细信息what列出指定目录下的M文件、MAT文件、MEX文件和Clas

2、swhich显示指定的外部函数（M文件）所在的目录 who %列出工作空间中变量Your variables are:a ans b c whos %列出工作空间中变量，同时包括变量详细信息 Name Size Bytes Class a 1x1 8 double array ans 1x1 8 double array b 1x1 8 double array c 1x3 24 double arrayGrand total is 6 elements using 48 bytessave 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

3、读取变量到工作空间中clc %清除命令窗口中内容clear %清除工作空间中变量format %命令窗口数据显示格式命令help %函数名（回车） %对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明which %显示指定的外部函数（M文件）所在的目录如：which abc 则系统会显示文件abc所在的目录what %列出指定目录下的M文件、MAT文件、MEX文件和Classlookfor %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。2. MATLAB变量与运算符变量命名规则如下： （1）变量名可以由英语字母、数字

4、和下划线组成（2）变量名应以英文字母开头（3）长度不大于31个（4）区分大小写MATLAB中设置了一些特殊的变量与常量，列于下表。表1 MATLAB的特殊变量与常量变量名 功能说明 变量名 功能说明 ANS 默认变量名，以应答最近一次操作运算结果realmin 最小的正实数i或j 虚数单位INF(inf) 无穷大pi 圆周率NAN(nan) 不定值（0/0） eps 浮点数的相对误差nargin 函数实际输入参数个数realmax 最大的正实数nargout 函数实际输出参数个数 MATLAB运算符，通过下面几个表来说明MATLAB的各种常用运算符表2 MATLAB算术运算符操作符 功能说明

5、操作符 功能说明 + 加 矩阵左除- 减. 数组左除* 矩阵乘/ 矩阵右除.* 数组乘./ 数组右除 矩阵乘方 矩阵转置. 数组乘方. 数组转置表3 MATLAB关系运算符操作符 功能说明 = 等于= 不等于 大于= 大于等于axis(0,2,0,4)axis square2.二维图形的绘制（1）plot函数的多种调用方法：plot(y) y为向量plot(t,y) t为向量、y为矩阵plot(t,y) t、y为矩阵例：y=0 0.6 2.3 5 8.3 11.7 15 17.7 19.4 20;plot(y)（2）多组变量绘图：plot(x1, y1, 选项1, x2, y2, 选项2, )

6、上面的plot格式中，选项是指为了区分多条画出曲线的颜色、线型及标记点而设定的曲线的属性。MATLAB在多组变量绘图时，可将曲线以不同的颜色、不同的线型及标记点表示出来。这些选项如下表所示：各种颜色属性选项选 项意 义选 项意 义 r红色m粉红 g绿色c青色 b兰色w白色 y黄色k黑色各种线型属性选项选 项意 义选 项意 义-实线-虚线:点线-.点划线各种标记点属性选项选 项意 义选 项意 义.用点号绘制各数据点用上三角绘制各数据点+用+号绘制各数据点v用下三角绘制各数据点*用*号绘制各数据点用右三角绘制各数据点 。用。号绘制各数据点num=4*conv(1,2,conv(1, 6, 6,1,

7、 6, 6);den=conv(1,0,conv(1,1,conv(1,1,conv(1,1,1,3,2,5);表示下列传递函数模型（2）零极点模型G(s)=将零点、极点及K值输入即可建立零极点模型。 z=-z,-z ,-z p=-p,-p ,-p k=k多项式求根的函数：roots ( )调用格式： z=roots(a)其中：z 各个根所构成的向量 a 多项式系数向量两种模型之间的转换函数：z ,p ,k=tf2zp(num , den);num , den =zp2tf(z ,p ,k)（3）状态方程模型A=0 1;-1 2;B=0;1;C=0 1;D=0;s=ss(A,B,C,D);系统

8、状态方程转换为系统零极点模型及传递函数模型的函数。num , den=ss2tf(A ,B ,C ,D , iu ) %iu表示输入的序号（对多输入系统）z, p ,k=ss2zp(A ,B ,C ,D , iu ) %z ,p ,k：表示对第iu个输入信号的传递函数的零极点。A , B ,C ,D= tf2ss (num , den)A , B ,C ,D=zp2ss(z ,p ,k)（4）feedback()函数：系统反馈连接调用格式：sys=feedback(s1,s2,sign)2.控制系统的稳定性分析方法（1）求闭环特征方程的根；（2）化为零极点模型，看极点是否在s右半平面；（3）对

9、状态空间形式（闭环），求A阵的特征值eig(A)；判断如下系统的稳定性：G(s)=可编程如下：numg=1; deng=1 1 2 23;numf=1; denf=1;num,den= feedback(numg,deng,numf,denf,-1); roots(den)判断状态空间形式描述的系统的稳定性，两个输入。A=0 1 1；-6 11 6；-6 11 5；B=0 0 1；C=1 0 0； D=0；,=ss2zp(A,B,C,D,1),=ss2zp(A,B,C,D,2)ii=find(real()0),=length(ii);ii1= find(real()0),=length(ii1

10、);if (+0),disp(system is Unstable)else disp(system is Stable);end3.控制系统根轨迹绘制rlocus() 函数：功能为求系统根轨迹rlocfind():计算给定根的根轨迹增益sgrid()函数：绘制连续时间系统根轨迹和零极点图中的阻尼系数和自然频率栅格线4.控制系统频域分析基本方法（1）Bode图：bode()函数（2）Nyquist图：nyquist()函数（3）稳定裕度计算：margin( )函数综合应用：A=0 1 1；-6 11 6；-6 11 5；B=0 0 1；C=1 0 0； D=0；=logspace(-1,1)；

11、m,p=bode(A,B,C,D,1,)subplot(211),semilogx(,20*log10(m)；subplot(212),semilogx(,p)；X,Y=nyquist(A,B,C,D,1,);plot(X,Y)，=margin(A,B,C,D)5.线性系统时间响应分析step( )函数:求系统阶跃响应impulse( )函数：求取系统的脉冲响应lsim( )函数：求系统的任意输入下的仿真Matlab语言基本知识(五)1SIMULINK简介 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

12、于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。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，用户只需要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。2SIMULINK的启动进入SIMULINK界面，只要你在MATLAB命令窗口提示符下键入SIMULINK，按回车键即可启动SIMULINK软件。在启动S IMULINK软件之后，SIMULINK的主要方块图库将显示在一个新

13、的Windows中。如图5-1所示： 在MATLAB命令窗口中输入simulink ：结果是在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser的窗口，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。图5-1 SIMULINK的主要方块图库3SIMULINK的模块库介绍SIMILINK模块库按功能进行分为以下8类子库：Continuous（连续模块）Discrete（离散模块）Function&Tables（函数和平台模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Signals&Systems（信号和系统模块）Sinks（接收器模块）Sources（输入源模块）4SI

14、MULINK简单模型的建立（1）建立模型窗口（2）将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口（3）对模块进行连接，从而构成需要的系统模型5SIMULINK功能模块的处理（1）模块库中的模块可以直接用鼠标进行拖曳（选中模块，按住鼠标左键不放）而放到模型窗口中进行处理。（2）在模型窗口中，选中模块，则其4个角会出现黑色标记。此时可以对模块进行以下的基本操作：u 移动：选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。若要脱离线而移动，可按住shift键，再进行拖曳；u 复制：选中模块，然后按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个功能模块；u 删除：选中模块，按Delete键即可。若要删除多个模块，可以同时按

15、住Shift键，再用鼠标选中多个模块，按Delete键即可。也可以用鼠标选取某区域，再按Delete键就可以把该区域中的所有模块和线等全部删除；u 转向：为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端，功能模块有时需要转向。在菜单Format中选择Flip Block旋转180度，选择Rotate Block顺时针旋转90度。或者直接按Ctrl+F键执行Flip Block，按Ctrl+R键执行Rotate Block。u 改变大小：选中模块，对模块出现的4个黑色标记进行拖曳即可。u 模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改即可。名称在功能模块上的位置也可以变换180度，可以用For

16、mat菜单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名称。u 颜色设定： Format菜单中的Foreground Color可以改变模块的前景颜色，Background Color可以改变模块的背景颜色；而模型窗口的颜色可以通过Screen Color来改变。u 参数设定：用鼠标双击模块，就可以进入模块的参数设定窗口，从而对模块进行参数设定。参数设定窗口包含了该模块的基本功能帮助，为获得更详尽的帮助，可以点击其上的help按钮。通过对模块的参数设定，就可以获得需要的功能模块。u 属性设定：选中模块，打开Edit菜单的Block Propertie

17、s可以对模块进行属性设定。包括Description属性、 Priority优先级属性、Tag属性、Open function属性、Attributes format string属性。其中Open function属性是一个很有用的属性，通过它指定一个函数名，则当该模块被双击之后，Simulink就会调用该函数执行，这种函数在MATLAB中称为回调函数。u 模块的输入输出信号：模块处理的信号包括标量信号和向量信号；标量信号是一种单一信号，而向量信号为一种复合信号，是多个信号的集合，它对应着系统中几条连线的合成。缺省情况下，大多数模块的输出都为标量信号，对于输入信号，模块都具有一种“智能”的识

18、别功能，能自动进行匹配。某些模块通过对参数的设定，可以使模块输出向量信号。6SIMULINK应用举例以具有双积分环节的系统G(S)为例，该系统的开环是不稳定的，为了使系统稳定，使用超前校正环节K(S)进行串联校正，见图5-2。图5-2 系统结构框图在建模之前，你需要创建一个工作区域。创建一个工作区域的方法为，选择File 项，然后再选择New，这将开始一个新的窗口，其窗口名为“Untiledl”，可以在该窗口内构造系统模型，并称这个窗口为工作窗口。为了得到这个系统的阶跃响应，可以由两个传递函数、一个求和点、一个输入源及两个输出观测点等6个部分组成这个系统。输入源的元件位于Sources 库；传

19、递函数与综合点方块都位于线性部分（Linear）库中。用同样方法，可将该库中的Transfer Fcn与Sum图形拖曳到工作空间，然后关闭Linear库；如何得到其仿真的输出结果。在Sinks库中有三个功能方块可用于显示或存储输出结果。Scope 功能块可以像一台示波器，实时地显示任何信号的仿真结果。To Workspace功能块可以把输出值以矢量的形式存储在MATLAB工作空间中，这样可以在MATLAB环境下分析与绘制其输出结果。To File功能块可以把数据存储到一个给定名字的文件中。用同样方法，将Scope拖曳到工作空间，并关闭Sinks库窗口。打开Sum功能块，在List of Sig

20、ns处输入“+”、“-”符号。如果综合点超过了两个输入点，只要简单地输入其正、负号，即可自动地增加其相应地输入点。打开StepFcn功能块，有三个空白框可以填入参数。Steptime是阶跃响应的初始时间。此项可填0，即零时刻开始阶跃响应。另外两项为初始值（Initial value）和终值（Final value）。这两项可分别输入0和1。打开工作空间功能块。输入y作为变量名（Variable name），对应最大行数项（Maximum number of rows），输入100。每一行对应一个时间间隔。在系统仿真过程中，可以输入0到9.9，间隔为0.1，生成100个点。最后，要将这些方块连接

21、起来。除Sources与Sinks功能块外，所有其他方块中至少有一个输出点，即在方块旁有一个符号指向外面，也至少有一个输入点，即在方块旁有一个符号指向里面，Sources功能块没有输入点，只有输出点，而Sinks功能块没有输出点，因此它仅有一个输入点。系统的仿真方块图见图5-3。7SIMULINK仿真的运行构建好一个系统的模型之后，接下来的事情就是运行模型，得出仿真结果。运行一个仿真的完整过程分成三个步骤：设置仿真参数、启动仿真和仿真结果分析。图5-3 系统的仿真方块图（1）设置仿真参数和选择解法器设置仿真参数和选择解法器，选择Simulation菜单下的Parameters命令，就会弹出一个

22、仿真参数对话框，它主要用三个页面来管理仿真的参数。ISolver页，它允许用户设置仿真的开始和结束时间，选择解法器，说明解法器参数及选择一些输出选项。 仿真时间：注意这里的时间概念与真实的时间并不一样，只是计算机仿真中对时间的一种表示，比如10秒的仿真时间，如果采样步长定为0.1，则需要执行100步，若把步长减小，则采样点数增加，那么实际的执行时间就会增加。一般仿真开始时间设为0，而结束时间视不同的因素而选择。总的说来，执行一次仿真要耗费的时间依赖于很多因素，包括模型的复杂程度、解法器及其步长的选择、计算机时钟的速度等等。 仿真步长模式：用户在Type后面的第一个下拉选项框中指定仿真的步长选取

23、方式，可供选择的有Variable-step（变步长）和Fixed-step（固定步长）方式。变步长模式可以在仿真的过程中改变步长，提供误差控制和过零检测。固定步长模式在仿真过程中提供固定的步长，不提供误差控制和过零检测。用户还可以在第二个下拉选项框中选择对应模式下仿真所采用II. Workspace I/O页，作用是管理模型从MATLAB工作空间的输入和对它的输出。IIIDiagnostics页，允许用户选择Simulink在仿真中显示的警告信息的等级。（2）启动仿真I设置仿真参数和选择解法器之后，就可以启动仿真而运行。选择Simulink菜单下的start选项来启动仿真，如果模型中有些参数

24、没有定义，则会出现错误信息提示框。如果一切设置无误，则开始仿真运行，结束时系统会发出一鸣叫声。II除了直接在SIMULINK环境下启动仿真外，还可以在MATLAB命令窗口中通过函数进行，格式如下：t,x,y=sim(模型文件名,to tf,simset(参数1,参数值1,参数2,参数值2, )其中to为仿真起始时间，tf为仿真终止时间。t,x,y为返回值，t为返回的时间向量值，x为返回的状态值，y为返回的输出向量值。simset定义了仿真参数，包括以下一些主要参数：AbsTol：默认值为1e-6设定绝对误差范围。Decimation：默认值为1，决定隔多少个点返回状态和输出值。Solver：解

25、法器的选择。最后一步是仿真(Simulation),可以通过选择仿真菜单(Simulation Menu)执行仿真命令。有两个可以供选择的项：Start（开始执行）与Parameters（参数选择）。在参数选择中，可以有几种积分算法供选择。对于线性系统，可以选择Linsim算法。对应项分别输入如下参数：Start Time 0 （开始时间）Stop Time 9.9 （停止时间）Rilative Error 0.001 （积分一步的相对误差）Minimum Step Size 0.1 （最小步长）Maximum Step Size 0.1 （最大步长）在Return Variable方框中，还可以输入要返回的变量参数。如在此方框中填入t, 在仿真之后可以在MATLAB工作空间中得到两个变量, 即t与y。参数选择完毕后，关闭该窗口。此时，你可以选择Start启动仿真程序，在仿真结束时，计算机会用声音给予提示。阶跃响应图如图5-4所示。图5-4 阶跃响应图