机电控制技术试验指导书(基于MATLAB的控制系统设计与仿真)

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1、机电控制技术实验指导书基于MATLAB的控制系统设计与仿真壬正杰杨吉吉北京理工大学机电学院2012年4月目录1.MATLAB简介11.1MATLAB界而11.2文件和变量的命名规则11.3标点符号21.4数值计算21.4.1复数21.4.2矩阵和数组31.4.3基本运算函数41.5控制语句51.5.1循环语句51.5.2条件转移语句51.5.3break语句61.6函数绘图61.6.1曲线的颜色、线型和数据点形61.6.2绘制二维曲线61.6.3绘制三维图形61.6.4多个图形的绘制71.6.5交互式图形命令81.6.6

2、图形的标注82.控制系统的数学模型92.1Laplace变换和反变换92.1.1直接调用MATLAB所捉供的函数92.1.2部分分工弋展开92.2传递函数描述法112.3零极点描述法112.4模型之间的转换122.5结构图的化简132.5.1串联结构132.5.2并联结构142.5.3反馈结构141.控制系统的时域分析163.1系统稳定性分析163.2系统动态特性分析172.控制系统的频域分析234.1频域特性234.2绘制Bode图234.3绘制Nyquist曲线284.4幅值裕度和相位裕度303.控制系统的根轨迹分析

3、335.1绘制根轨迹335.2开环零点和极点对系统性能的影响385.2.1开环零点对系统性能的影响385.2.2开环极点系统性能的影响415.2.3开环偶极子对系统性能的影响441.MATLAB简介1.1MATLAB界面(1)命令窗口(CommandWindow)进行各种MATLAB指令各种操作，可输入各种MATLAB指令、函数、表达式、变量等，并显示除图形外的所有运算结果。(2)工作空间窗口(Workspace)显示目前保存在内存中所有变量的变量名、类型，最大值和最小值等。(3)当前目录窗口(CurrentDirect

4、ory或CurrentFolder)显示当前路径。(4)历史命令窗口(CommandHistory)记录在命令窗口中已经运行过的指令、函数。1.2文件和变量的命名规则(1)文件名和变量名必须是数字或英文字母，第一个字符不能是数字，最多可包含31个字符；(2)文件名和变量名中不得包含空格、标点，可以包含下划线；(3)文件名和变量名需区分大小写；(4)文件名和函数名不得与MATLAB固冇函数、特殊变量和常量名重复；(5)文件存储路径必须为英文。表1.1MATLAB的特殊变量与常量变量名取值ans默认变量名，以Pi圆周率Tli

5、或j虚数单位，i二inf无穷大，如斗0NaN或nan不定值，如Q/Q，sfs.Oxcoeps计算机的最小数realmax最大的正实数realmin最小的正实数nargin函数的输入变量数冃narout函数的输出变量数目1.3标点符号表1.2MATLAB屮的常用标点符号名称符号功能空格用于输入变量之间的分隔符以及数组行元素之间的分隔符逗号/用于要显示计算结果的命令Z间的分隔符；用于输入变量Z间的分隔符；用于数组行元素Z间的分隔符分号•9用于不显示计算结果命令行的结尾；用于不显示计算结果命令Z间的分隔符；用于数组元素行之间的

6、分隔符冒号••用于牛成一维数值数组，表示一维数组的全部元索或多维数组的某一维的全部元素百分号%用于注释的前面，在它后面的命令不需要执行单引号//用于括住字符串圆括号()用于引用数组元素；用于函数输入变量列表；用于确定算术运算的先后次序方括号[]用于构成向量和矩阵；用于函数输出列表卜•划线■用于一个变量、两数或文件名中的连字符续行号•••用于把后面的行与该行连接以构成一个较长的命令1.4数值计算1.4.1复数复数曲实部和虚部组成，MATLAB用特殊变量“i”和“j”表示虚数的单位。复数运算不需要特殊处理，(1)复数的表示可

7、以直接进行。z=a+b*i或z=a+b*jz=a+bi或z=a+bj(当b为标量时)z=r*exp(i*theta)(2)求一个复数的实部、虚部、幅值和相角a=real(z)%计算实部b=imag(z)%计算虚部r=abs(z)%计算幅值theta=angle(z)%计算相角说明：复数Z的实部a=r*cos(0)；复数z的虚部b=r*sin(6)；复数z的幅值r=^a2+h2；复数z的相角0=arctan(^}9以弧度为单位。W丿1.4.2矩阵和数组矩阵元素应用方括号括住，每行内的元素间用逗号或空格隔开，行与行Z间用分号

8、或回车键隔开，矩阵元素可以是数值或表达式。(1)通过显式元素列表输入矩阵衣1.3通过显式元素列表输入矩阵说明例子输入结果[]表示构成矩阵,分号分隔行，空格分隔元素c=[l2;34;53*2]或c=[1,2;3,4;5,3*2]c=123456(2)通过语句生成矩阵表1.4通过语旬生成矩阵函数名说明例子输入结果from