第講控制系統(tǒng)仿真概述

1、控制系統(tǒng)仿真控制系統(tǒng)仿真MATLAB電氣電氣工程系工程系李穎瓊李穎瓊電氣工程系 李穎瓊第一章 MATLAB基礎(chǔ)MATLAB 美國(guó)MathWorks公司產(chǎn)品 http:/ 李穎瓊1.1 MATALB概述 1.MATLAB是什么？ 2.MATLAB的歷史。 3.MATLAB的發(fā)展。 4.MATLAB能做什么？ 5.MATLAB的特點(diǎn)。 6.MATLAB學(xué)習(xí)要求及方法電氣工程系 李穎瓊1.MATLAB是什么？英文英文MATrix LABoratory矩陣實(shí)驗(yàn)室的縮寫(xiě)矩陣實(shí)驗(yàn)室的縮寫(xiě)電氣工程系 李穎瓊Matlab是什么？ 工具軟件分析、設(shè)計(jì)的工具分析、設(shè)計(jì)的工具、設(shè)計(jì)的工具、設(shè)計(jì)的工具電氣工程系 李穎

2、瓊Matlab是什么？ 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。在匯編語(yǔ)言中，用助記符代替機(jī)器指令的操作碼，用地址符號(hào)或標(biāo)號(hào)代替指令或操作數(shù)的地址，如此就增強(qiáng)了程序的可讀性和編寫(xiě)難度 。高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言電氣工程系 李穎瓊2.Matlab的歷史 1984年, Mathworks公司推出：Cleve Moler Cleve Moler是MathWorks董事長(zhǎng)和首席數(shù)學(xué)家。Moler教授在放棄他的教授生涯，從事計(jì)算機(jī)行業(yè)之前，曾在Michigan、Stanford和New Mexico大學(xué)任教近20年，教授數(shù)學(xué)與計(jì)算科學(xué)。之后5年，曾在兩個(gè)計(jì)

3、算機(jī)硬件制造廠工作。 Matrix Laboratory電氣工程系 李穎瓊3.MATLAB的發(fā)展1984年，MATLAB第1版 （DOS版，182K，20多個(gè)函數(shù)） 1993年，MATLAB 4.0版1994年，MATLAB 4.2版1997年，MATLAB 5.0版1999年，MATLAB 5.3版2000年，MATLAB 6.0版2001年，MATLAB 6.1版2002年，MATLAB 6.5版（采用JIT加速器）2004年，MATLAB 7.0版2005年，MATLAB 7.1版電氣工程系 李穎瓊R2006a（MATLAB 7.2）R2006b（MATLAB 7.3）R2007a（MA

4、TLAB 7.4）R2007b（MATLAB 7.5）R2008a（MATLAB 7.6）R2008b（MATLAB 7.7）R2009a（MATLAB 7.8）R2009b（MATLAB 7.9）R2010a（MATLAB 7.10）R2010b（MATLAB 7.11）R2011a（MATLAB 7.12） R2011b（MATLAB 7.13）從從2006年起，年起，MathWorks公司每年發(fā)布兩次公司每年發(fā)布兩次以年份命名的版本：以年份命名的版本：電氣工程系 李穎瓊科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算n 最簡(jiǎn)單的計(jì)算器 n 世界一流水平的MatlabMatlab包含包含多個(gè)用于數(shù)學(xué)計(jì)多個(gè)用于數(shù)學(xué)計(jì)算、統(tǒng)

5、計(jì)和工程處理的函數(shù)算、統(tǒng)計(jì)和工程處理的函數(shù)4.Matlab能做什么?電氣工程系 李穎瓊 例1 用一個(gè)簡(jiǎn)單命令求解線性系統(tǒng) 3x1+ x2 - x3 =2 x1+2x2-x3 =2 -x1+4x2-2x3 =1對(duì)于線性系統(tǒng)有Ax=b A=3 1 -1;1 2 -1 ; -1 4 -2 ; b=2 ; 2 ; 1 ; x=Abx = 1 2 3電氣工程系 李穎瓊可視化可視化1、豐富的2D、3D繪圖函數(shù)2、數(shù)據(jù)分析功能3、圖像處理與分析2222)sin(yxyxz電氣工程系 李穎瓊例例2 繪制在繪制在0 x 6范圍內(nèi)的范圍內(nèi)的sin(2x)、sinx2、(sinx)2。x=linspace(0,6)

6、;y1=sin(2*x); y2=sin(x.2);y3=(sin(x).2;plot(x,y1,x, y2,x, y3)電氣工程系 李穎瓊MATLABMATLAB的容錯(cuò)功能強(qiáng)的容錯(cuò)功能強(qiáng) 非法操作時(shí)，給出提示，并不影響其操作 例3：1/0 Warning: Divide by zero ans = Inf（無(wú)窮大）電氣工程系 李穎瓊工具箱仿真功能工具箱仿真功能 例4：控制系統(tǒng)仿真 MATLAB的應(yīng)用 工業(yè)研究與開(kāi)發(fā) 數(shù)學(xué)教學(xué)，特別是線性代數(shù) 數(shù)值分析和科學(xué)計(jì)算方面的教學(xué)與研究 電子學(xué)、控制理論和物理學(xué)等工程和科學(xué)學(xué)科方面的教學(xué)與研究 經(jīng)濟(jì)學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等計(jì)算問(wèn)題的所有其他領(lǐng)域中的教學(xué)與研究

7、電氣工程系 李穎瓊5.MATLAB的特點(diǎn) MATLAB的優(yōu)點(diǎn) 1. 容易使用 2. 豐富的內(nèi)部函數(shù) 3. 強(qiáng)大的圖形和符號(hào)功能 4. 與其他軟件和語(yǔ)言有良好的對(duì)接性 MATLAB的缺點(diǎn) 運(yùn)行效率較低 由于MATLAB是一種合成語(yǔ)言，因此，與一般的高級(jí)語(yǔ)言相比，用MATLAB編寫(xiě)的程序運(yùn)行起來(lái)時(shí)間往往要長(zhǎng)一些。電氣工程系 李穎瓊6.MATLAB學(xué)習(xí)要求及方法 掌握MATLAB最基礎(chǔ)也是最重要的核心部分，為MATLAB處理專門(mén)技術(shù)領(lǐng)域的工作鋪墊基礎(chǔ)。 利用MATLAB輔助學(xué)習(xí)，提高認(rèn)識(shí)和處理復(fù)雜問(wèn)題的能力。 掌握利用MATLAB學(xué)習(xí)現(xiàn)代科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的方法。 利用高度工具化的軟件來(lái)解決實(shí)際工作

8、中問(wèn)題。電氣工程系 李穎瓊基本學(xué)習(xí)方法 注重基礎(chǔ)，注重知識(shí)積累 實(shí)踐為主，理論為輔 借助網(wǎng)絡(luò)資源 http:/ http:/ 電氣工程系 李穎瓊 參考教材：參考教材：MATLABMATLAB基礎(chǔ)及應(yīng)用，李國(guó)朝，北京大學(xué)出版基礎(chǔ)及應(yīng)用，李國(guó)朝，北京大學(xué)出版社，社，2011.012011.01出版出版MATLABMATLAB程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用張威，北京郵電大學(xué)程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用張威，北京郵電大學(xué)出版社，出版社，2010.032010.03出版出版電氣工程系 李穎瓊1.2MATLAB的安裝與啟動(dòng) 見(jiàn)word文檔電氣工程系 李穎瓊1.3MATLAB環(huán)境Command Window命令窗口Command His

9、tory歷史命令窗口Workspace工作空間Start菜單Current Folder當(dāng)前工作目錄電氣工程系 李穎瓊Command Windowclc清空命令窗口中的內(nèi)容電氣工程系 李穎瓊工作空間窗口電氣工程系 李穎瓊 命令歷史窗口電氣工程系 李穎瓊1.4.1 變量和常量 變量的命名 變量的名字必須以字母開(kāi)頭（不能超過(guò)19個(gè)字符），之后可以是任意字母、數(shù)字或下劃線； 變量名區(qū)分字母的大小寫(xiě)； 變量中不能包含有標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。例例: MYvar12, My_var12, MyVar12_均為有效的變量名 _MyVar12為無(wú)效的變量名 ABC和ABc表達(dá)的是不同的變量1.4MATLAB的計(jì)算基礎(chǔ)電氣

10、工程系 李穎瓊復(fù)數(shù) 復(fù)數(shù)可以表示為：a=10-9i 復(fù)數(shù)運(yùn)算不需要特殊處理，可以直接進(jìn)行電氣工程系 李穎瓊特殊變量電氣工程系 李穎瓊1.4.2 數(shù)組、矩陣的表示和賦值矩陣生成不但可以使用純數(shù)字（含復(fù)數(shù)），也可以使用變量和表達(dá)矩陣生成不但可以使用純數(shù)字（含復(fù)數(shù)），也可以使用變量和表達(dá)式；矩陣的元素直接排列在方括號(hào)內(nèi)，行與行之間用分號(hào)隔開(kāi)，每式；矩陣的元素直接排列在方括號(hào)內(nèi)，行與行之間用分號(hào)隔開(kāi)，每行內(nèi)的元素使用空格或逗號(hào)隔開(kāi)。大的矩陣可以用分行輸入，回車(chē)行內(nèi)的元素使用空格或逗號(hào)隔開(kāi)。大的矩陣可以用分行輸入，回車(chē)鍵代表分號(hào)。鍵代表分號(hào)。 y=2, 4, 53 6 8y= 2 4 5 3 6 8 a

11、=1; b=2; c=3; x=5 b c; a*b a+c c/bx= 5.000 2.000 3.000 2.000 4.000 1.500電氣工程系 李穎瓊1.4.2 數(shù)組、矩陣的表示和賦值2.語(yǔ)句生成（1）用線性等間距生成向量矩陣（start:step:end） a=1:2:10 a= 1 3 5 7 9（2）a=linspace(n1,n2,n) 在線性空間上，行矢量的值從n1到n2，數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為n，缺省n為100。 a=linspace(1,10,10) a= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10電氣工程系 李穎瓊1.4.2 數(shù)組、矩陣的表示和賦值2.語(yǔ)句生成（3）一些常用的特殊

12、矩陣單位矩陣：eye(m,n); eye(m)零矩陣：zeros(m,n); zeros(m)一矩陣：ones(m,n); ones(m)對(duì)角矩陣：對(duì)角元素向量 V=a1,a2,an A=diag(V)隨機(jī)矩陣：rand(m,n)產(chǎn)生一個(gè)mn的均勻的隨機(jī)矩陣電氣工程系 李穎瓊語(yǔ)句生成矩陣舉例： eye(2,3)ans= 1 0 0 0 1 0 zeros(2,3)ans= 0 0 0 0 0 0 ones(2,3)ans= 1 1 1 1 1 1 V=5 7 2; A=diag(V)A= 5 0 0 0 7 0 0 0 2 eye(2)ans= 1 0 0 1 zeros(2)ans= 0 0 0 0 ones(2)ans= 1 1 1 1如果已知如果已知A A為方陣，則為方陣，則V=diag(A)V=diag(A)可可以提取以提取A A的對(duì)角元素構(gòu)成向量的對(duì)角元素構(gòu)成向量V V。電氣工程系 李穎瓊 非 A = 0 0 1 0； 1 = 0注意：在處理邏輯運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算元只有兩個(gè)值注意：在處理邏輯運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算元只有兩個(gè)值即即0 0和和