第九章 MATLAB语言简介 预备知识 A系统仿真概念及其重要性 B. MATLAB集成环境的组成
第九章 MATLAB语言简介 预备知识 A.系统仿真概念及其重要性 B. MATLAB集成环境的组成
本章重点 A.基本概念 MATLAB函数 2控制系统的建模 B.基本要求 1.了解系统仿真以及 Matlab的基本应用 2掌握Maab的基本函数,会运用Mtab的联机帮助 ∽3掌握 Matlab中的系统建模方法,能够绘制响应曲线、进行时域、频域的系统分析
本章重点 A. 基本概念 1. MATLAB函数 2. 控制系统的建模 B. 基本要求 1.了解系统仿真以及Matlab的基本应用 2.掌握Matlab的基本函数，会运用Matlab的联机帮助 3.掌握Matlab中的系统建模方法，能够绘制响应曲线、进行时域、频域的系统分析
授课内容 91系统仿真(三种) .软件级(数学仿真.一级) 一软件/硬件级(半物理仿真二级) 三,硬件级(物理仿真.三级)
授课内容 9.1 系统仿真(三种) 一．软件级（数学仿真．一级） 二．软件／硬件级（半物理仿真．二级） 三．硬件级（物理仿真．三级）
系统仿真的目的及其在系统研究中的重要性: 1.优化设计。现代大型系统的规模和复杂性,要求在建立系统之前能 够预测系统的性能和参数,以便使所设计的系统达到最优指标 2.经济性。对于一个大型的系统,直接实验成本十分昂贵,而采用仿 真实验的方法仅需成本的1/51/10,而且设备可以重复使用。 3.安全性、对于某些系统,直接实验住往是危险的和不允许的。 4.预测。对于经济、社会、生物等非工程系统,直接实验几乎是不 能的,仿真则可以用于预测系统的特性和外部作用的影响,从而研究控 制的策略。 一类是数值计算型软件( MATLAB);另一类是数学分析型软件 ,,的
系统仿真的目的及其在系统研究中的重要性： 1．优化设计。现代大型系统的规模和复杂性，要求在建立系统之前能 够预测系统的性能和参数，以便使所设计的系统达到最优指标。 2． 经济性。对于一个大型的系统，直接实验成本十分昂贵，而采用仿 真实验的方法仅需成本的1/5~1/10，而且设备可以重复使用。 3．安全性。对于某些系统，直接实验往往是危险的和不允许的。 4．预测。对于经济、社会、生物等非工程系统，直接实验几乎是不可 能的，仿真则可以用于预测系统的特性和外部作用的影响，从而研究控 制的策略。 一类是数值计算型软件（MATLAB）；另一类是数学分析型软件
92 MATLAB集成环境的组成 1, MATLAB语言。 MATLAB语言是以矩阵和向量为基本数据单位,包括控制流 程语句、函数、数据结构,输入输出及面向对象等特点的高级语言。 2. MATLAB工作环境。包括变量查看器、程序编辑器,以及MTAB附带 的大量M文件(用 MATLAB语言编写的可在 MATLAB中运行的程序) 3.句柄图形。这是 MATLAB的图形系统。它既包括对二维和三维数据可 视化、图像处理、动画制作等高层次的绘图命令,也包括可以完全修改 4. MATLAB数学函数库。 MATLAB的数学函数库极其庞大,既包括最基 图形局部及编制完整图形界面的、低层次的绘图命令 的sum,cos函数,也包括如求矩阵特征值和特征向量,矩阵求逆,biel 函数, Fourie变换等复杂算法, MATLAB把它们统统编制成了函数 5. MATLABCAPI( (Application Program Interface):能在MTAB里读写 MAT文件 ,2,的
9.2 MATLAB集成环境的组成 1．MATLAB语言。MATLAB语言是以矩阵和向量为基本数据单位，包括控制流 程语句、函数、数据结构，输入输出及面向对象等特点的高级语言。 2．MATLAB工作环境。包括变量查看器、程序编辑器，以及MATLAB附带 的大量M文件（用MATLAB语言编写的可在MATLAB中运行的程序） 3．句柄图形。这是MATLAB的图形系统。它既包括对二维和三维数据可 视化、图像处理、动画制作等高层次的绘图命令，也包括可以完全修改 图形局部及编制完整图形界面的、低层次的绘图命令。 4．MATLAB数学函数库。MATLAB的数学函数库极其庞大，既包括最基本 的sum,cos函数，也包括如求矩阵特征值和特征向量,矩阵求逆,bissel 函数,Fourie变换等复杂算法，MATLAB把它们统统编制成了函数。 5．MATLAB API(Application Program Interface)；能在MATLAB里读写 MAT文件
9.3 MATLAB的应用基础 少,基本操作及命令 1.访问和退出 MATLAB。在大多数系统中,旦安装了 MATLAB,在调用 时,应执行命令 MATLAB。退出 MATLAB应执行命令ext或qit。 2.如何应用 MATLAB通常以命令驱动方式应用 MATLAB who,当前存放在王作空间内的所有变量便会显示在屏幕上。 3. MATLAB的变量。为了得到工作空间内的变量清单,可以通过键盘输入命 命令 clear能从工作空间中清除所有非永久性变量。如果只需要从工作空间中清除 某个特定变量,比如父x”,则应输入命令 clear x 4.以%”开始的程序行。在 MATLAB中以”开始的程序行,表示注解和说明。 5.应用分号操作符。分号用来取消打印。如果语的最后一个符号是分号,则打 印被取消,但是命令仍在执行,而结果不再显示。这是一个有益的特性,因为打印 中间结果可能不必要。此外,在输入矩阵时,除非最后一行,分号用来指示行的 结束。 6.应用冒号操作符。冒号操作符在 MATLAB中起着重要作用。该操作符用来建立 向量,赋予矩阵下标和规定叠代。例如,jk表示计1…k,AC,j表示矩阵A的 第列,A(,)表示矩阵A的第行。的
9.3 MATLAB的应用基础 一．基本操作及命令 1．访问和退出MATLAB。在大多数系统中，一旦安装了MATLAB，在调用 时，应执行命令MATLAB。退出MATLAB应执行命令exit或quit。 2． 如何应用MATLAB。通常以命令驱动方式应用MATLAB 3． MATLAB的变量。为了得到工作空间内的变量清单，可以通过键盘输入命令 who，当前存放在工作空间内的所有变量便会显示在屏幕上。 命令clear能从工作空间中清除所有非永久性变量。如果只需要从工作空间中清除 某个特定变量，比如“x”，则应输入命令clear x 4．以“%”开始的程序行。在MATLAB中以“%”开始的程序行，表示注解和说明。 5．应用分号操作符。分号用来取消打印。如果语句的最后一个符号是分号，则打 印被取消，但是命令仍在执行，而结果不再显示。这是一个有益的特性，因为打印 中间结果可能不必要。此外，在输入矩阵时，除非最后一行，分号用来指示一行的 结束。 6．应用冒号操作符。冒号操作符在MATLAB中起着重要作用。该操作符用来建立 向量，赋予矩阵下标和规定叠代。例如，j:k表示[j j+1 … k]，A(:，j)表示矩阵A的 第j列，A(i，:)表示矩阵A的第i行
7.输入超过一行的长语句。一个语句通常以回车键或输入键终结。如果输入的语 句太长,超出子一行,则回车键后面应跟随由3个或3个以上圆点组成的省略号(…) ,以表明语句将延续到下一行。 x=1234+2345+3456+4567+5678+6789+ +7.890+89019012 8.在一行内输入数个语句。如果在一行内可以把数个语句用逗号或分号隔开, 则可以把这数个语句放在一行内 9.选择输出格式。 MATLAB中的所有计算都是以双精度方式完成的,但是显示输 出可以是具有4个小数位的定点输出。 如果在矩阵中至少有一个元素不是严格的整数,则有4种可能的输出格式。显示的 输出量可以利用下列命令加以控制: format short; format long; format short e;。 format long e 10.退出 MATLAB时如何保存变量。当键入ex或qu时 MATLAB中的所有变 量将消失。如果在退出以前输入命令save,则所有的变量被保存在磁盘文件。 matlab. mat中。当再次进入 MATLAB时命令oad将使工作空间恢复到以前的状态
7．输入超过一行的长语句。一个语句通常以回车键或输入键终结。如果输入的语 句太长，超出了一行，则回车键后面应跟随由 3个或 3个以上圆点组成的省略号 ( … ) ，以表明语句将延续到下一行。 x = 1.234+2.345+3.456+4.567+5.678+6.789+ … +7.890+8.901-9.012 8．在一行内输入数个语句。如果在一行内可以把数个语句用逗号或分号隔开， 则可以把这数个语句放在一行内 9．选择输出格式。MATLAB中的所有计算都是以双精度方式完成的，但是显示输 出可以是具有 4个小数位的定点输出。 如果在矩阵中至少有一个元素不是严格的整数，则有 4种可能的输出格 式。显 示 的 输出量可以利用下列命令加以控制：format short；format long；format short e； format long e 10．退出MATLAB时如何保存变量。当键入 “exit ” 或 “quit ” 时,MATLAB中的所有变 量将消失。如果在退出以前输入命令save,则所有的变量被保存在磁盘文件 matlab.mat中。当再次进入MATLAB 时,命令load将使工作空间恢复到以前的状态
二, MATLAB函数 在当前的 MATLAB5O及以上版木中,MAⅡLAB函数的调用格式和其他编程语 言是不同的,其典型的调用格式为 [返回变量列表]= func name(输入变量列表) 个函数又可以由多种格式进行调用,例如 bode(函数可以由下面的格式调用 e Imag, phase]=bode(num, den, w)e-000080 其中bode()函数用来求取或绘制系统的Bode图,而系统在这里由传递函数分子num 和分母den表示; mag, phaseI=bode(A,B,C、、 MATLABI函数还是会自动识别到底是采用哪种格式调用该函数,从而得出正确的 结论。 在当前版本的控制系统工具箱中还允许用线性模型对象变量G来描述系统,例如 mag, phase]=bode(G, w)nao MATLABI函数在返回变量的格式上可以不同,例如若上面的语句中若没有返回变 量,则将自动地绘制系统的Boe图,否则将返回计算结果数据
二．MATLAB函数 在当前的MATLAB5.0及以上版本中，MATLAB函数的调用格式和其他编程语 言是不同的，其典型的调用格式为 [返回变量列表] = func_name(输入变量列表) 一个函数又可以由多种格式进行调用，例如bode( )函数可以由下面的格式调用 [mag, phase] = bode(num, den, w) 其中bode( )函数用来求取或绘制系统的Bode图，而系统在这里由传递函数分子num 和分母den表示； [mag, phase] = bode(A，B，C，D，w) 其中(A，B，C，D)为系统的状态方程模型。尽管两种调用格式是完全不同的， MATLAB函数还是会自动识别到底是采用哪种格式调用该函数，从而得出正确的 结论。 在当前版本的控制系统工具箱中还允许用线性模型对象变量G来描述系统，例如 [mag, phase] = bode(G, w) MATLAB函数在返回变量的格式上可以不同，例如若上面的语句中若没有返回变 量，则将自动地绘制系统的Bode图，否则将返回计算结果数据
绘制响应曲线 MATLAB具有丰富的获取图形输出的程序集。命令pt可以产生线性xy图形(用命 令 loglog、 semilogx、 semilog或 polar取代plot,可以产生对数坐标图和极坐标图) 。所有这些命令的应用方式都是相同的,它们只对如何对坐标轴进行分度和如何显 示数据产生影响。 ()xy图:如果x和y是同一长度的向量,则命令p(xy)将画出y值对于x值的关系 图 (2)画多条曲线:为了在二幅图上画出多条曲线,采用具有多个自变量的命令: 在一幅图上画一条以上的曲线时,也可以利用命令 hold. hold命令可以保持当前的 图形,并且防止删除和修改比例尺。 )加进网格线,图形标题、x轴标记和y轴标记:且在屏幕上显示出图形,就可 以画出网格线,定出图形标题,并且标定x轴标记和y轴标记。 MATLAB中关于网 格线、标题、x轴标记和y轴标记的命令如下:gid(网格线);tile(图形标题); xlabel(x轴标记): ylabel(y轴标记) 应当指出,一旦恢复命令dpay,通过依次输入相应的命令,就可以将网格线、图 形标题、x轴标记和y轴标记叠加在图形上
三．绘制响应曲线 MATLAB具有丰富的获取图形输出的程序集。命令plot可以产生线性x-y图形（用命 令loglog、semilogx、semilogy或polar取代plot，可以产生对数坐标图和极坐标图） 。所有这些命令的应用方式都是相同的，它们只对如何对坐标轴进行分度和如何显 示数据产生影响。 (1) x-y图；如果x和y是同一长度的向量，则命令plot(x, y)将画出y值对于x值的关系 图。 (2) 画多条曲线；为了在一幅图上画出多条曲线，采用具有多个自变量的plot命令： plot(X1, Y1, X2, Y2, … , Xn, Yn) 在一幅图上画一条以上的曲线时，也可以利用命令hold。hold命令可以保持当前的 图形，并且防止删除和修改比例尺。 (3) 加进网格线、图形标题、x轴标记和y轴标记；一旦在屏幕上显示出图形，就可 以画出网格线，定出图形标题，并且标定x轴标记和y轴标记。MATLAB中关于网 格线、标题、x轴标记和y轴标记的命令如下：grid(网格线)；title(图形标题)； xlabel(x轴标记)；ylabel(y轴标记) 应当指出，一旦恢复命令display，通过依次输入相应的命令，就可以将网格线、图 形标题、x轴标记和y轴标记叠加在图形上
4)在图形屏幕上书写文本;为了在图形屏幕的点(xy)上书写文本,采用命令 tex(Ⅹ,Y,'text) (5)图形类型:下列语句: plot(X, Y, x)将利用标记符号x画出一个点状图,而语句 po(X1Y1”,X2.Y2.”+);将用虚线画出第一曲线,用加法符号+面出第二 条曲线 线的类型 点的类型 实线 圆点 线 星 白色 点划线 (6)颜色;下列语句plot(XY,r);pox,Y,+g)表明,第一幅图采用红线,第 三幅图采用绿色“+号标记
(4) 在图形屏幕上书写文本；为了在图形屏幕的点(x,y)上书写文本，采用命令： text(X, Y, ’text’) (5) 图形类型；下列语句：plot(X, Y, ’x’)将利用标记符号x画出一个点状图，而语句 ：plot(X1, Y1, ’:’, X2, Y2, ’+’)；将用虚线画出第一曲线，用加法符号“+”画出第二 条曲线 线的类型 点的类型 实线 - 圆点 . 短划线 -- 加号 + 虚线 ： 星号 * 点划线 - . 圆圈 o ×号 × 红色 r 绿色 g 蓝色 b 白色 w 无色 I (6) 颜色；下列语句plot(X, Y, ’r’)；plot(X, Y, ’+g’)；表明，第一幅图采用红线，第 二幅图采用绿色“+”号标记