第8章-控制系統(tǒng)計算機仿真工具ppt課件(全)

1、第8章控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章青島科技大學自動化與電子工程學院自動化教研室1MATLAB語言基礎使用MATLAB的窗口環(huán)境一、MATLAB語言的顯著特點1、具有強大的矩陣運算能力：使得矩陣運算非常簡單。2、是一種演算式語言MATLAB的基本數據單元是既不需要指定維數，也不需要說明數據類型的矩陣（向量和標量為矩陣的特例），而且數學表達式和運算規(guī)則與通常的習慣相同。 因此MATLAB語言編程簡單，使用方便。 2二、MATLAB命令窗口1、啟動MATLAB命令窗口雙擊MATLAB圖標，就可以進入命令窗口，此時意味著系統(tǒng)處于準備接受命令的狀態(tài)，可以在命令窗口中直接輸入命令語句。MATLAB語句形式

2、變量表達式；通過等于符號將表達式的值賦予變量。當鍵入回車鍵時，該語句被執(zhí)行。語句執(zhí)行之后，窗口自動顯示出語句執(zhí)行的結果。如果希望結果不被顯示，則只要在語句之后加上一個分號（；）即可。此時盡管結果沒有顯示，但它依然被賦值并在MATLAB工作空間中分配了內存。控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章32、命令行編輯器（1）方向鍵和控制鍵可以編輯修改已輸入的命令（2）命令窗口的分頁輸出more off：不允許分頁 more on：允許分頁more(n)：指定每頁輸出的行數回車前進一行，空格鍵顯示下一頁，q結束當前顯示。（3）多行命令（）如果命令語句超過一行或者太長希望分行輸入，則可以使用多行命令繼續(xù)輸入。S=1

3、-12+13+4+9-4-18;控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章4三、變量和數值顯示格式1、變量（1）變量的命名：變量的名字必須以字母開頭（不能超過19個字符），之后可以是任意字母、數字或下劃線；變量名稱區(qū)分字母的大小寫；變量中不能包含有標點符號。（2）一些特殊的變量ans：用于結果的缺省變量名 i、j：虛數單位pi：圓周率 nargin：函數的輸入變量個數eps：計算機的最小數 nargout：函數的輸出變量個數inf：無窮大 realmin：最小正實數realmax：最大正實數 nan：不定量flops：浮點運算數控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章5（3）變量操作在命令窗口中，同時存儲著輸入的命令和

4、創(chuàng)建的所有變量值，它們可以在任何需要的時候被調用。如要察看變量a的值，只需要在命令窗口中輸入變量的名稱即可：a2、數值顯示格式任何MATLAB的語句的執(zhí)行結果都可以在屏幕上顯示，同時賦值給指定的變量，沒有指定變量時，賦值給一個特殊的變量ans，數據的顯示格式由format命令控制。format只是影響結果的顯示，不影響其計算與存儲；MATLAB總是以雙字長浮點數（雙精度）來執(zhí)行所有的運算?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章6如果結果為整數，則顯示沒有小數；如果結果不是整數，則輸出形式有：format (short)：短格式（5位定點數）99.1253format long：長格式（15位定點數 fo

5、rmat short e：短格式e方式 9.9123e+001format long e：長格式e方式 format bank：2位十進制 99.12format hex：十六進制格式控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章7四、簡單的數學運算1、常用的數學運算符，*（乘），/（左除），（右除），（冪）在運算式中，MATLAB通常不需要考慮空格；多條命令可以放在一行中，它們之間需要用分號隔開；逗號告訴MATLAB顯示結果，而分號則禁止結果顯示。2、常用數學函數abs,sin,cos,tan,asin,acos,atan,sqrt,exp,imag,real,sign, log,log10,conj（共扼復

6、數）等 五、MATLAB的工作空間1、MATLAB工作空間包含可在命令窗口調整的參數who：顯示當前工作空間中所有變量的一個簡單列表控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章8whos：則列出變量的大小、數據格式等詳細信息clear ：清除工作空間中所有的變量clear 變量名：清除指定的變量2、保存和載入workspace（1）save filename variables將變量列表variables所列出的變量保存到磁盤文件filename中Variables所表示的變量列表中，不能用逗號，各個不同的變量之間只能用空格來分隔。未列出variables時，表示將當前工作空間中所有變量都保持到磁盤文件中。缺

7、省的磁盤文件擴展名為“.mat”，可以使用“-”定義不同的存儲格式（ASCII、V4等）控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章9（2）load filename variables將以前用save命令保存的變量variables從磁盤文件中調入MATLAB工作空間。用load 命令調入的變量，其名稱為用save命令保存時的名稱，取值也一樣。Variables所表示的變量列表中，不能用逗號，各個不同的變量之間只能用空格來分隔。未列出variables時，表示將磁盤文件中的所有變量都調入工作空間。3、退出工作空間quit 或 exit控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章10六、文件管理文件管理的命令，包括列文件名、

8、顯示或刪除文件、顯示或改變當前目錄等。（what、dir、type、delete、cd、which）what：顯示當前目錄與matlab相關的文件及其路徑。dir：顯示當前目錄下所有的文件which：顯示某個文件的路徑cd path：由當前目錄進入path目錄cd .：返回上一級目錄cd：顯示當前目錄type filename：在命令窗口中顯示文件filenamedelete filename：刪除文件filename控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章11七、使用幫助1、help命令，在命令窗口中顯示MATLBA的所有函數都是以邏輯群組方式進行組織的，而MATLAB的目錄結構就是以這些群組方式來編排

9、的。help matfun ：矩陣函數數值線性代數help general：通用命令help graphics：通用圖形函數help elfun：基本的數學函數help elmat：基本矩陣和矩陣操作help datafun：數據分析和傅立葉變換函數help ops：操作符和特殊字符控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章12help polyfun：多項式和內插函數help lang：語言結構和調試help strfun：字符串函數help control：控制系統(tǒng)工具箱函數2、helpwin：幫助窗口3、helpdesk：幫助桌面，瀏覽器模式4、lookfor命令：返回包含指定關鍵詞的那些項5、dem

10、o：打開示例窗口控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章13矩陣生成可以使用純數字（含復數），也可用變量（或者說采用一個表達式）。矩陣的元素直接排列在方括號內，行與行之間用分號隔開，每行內的元素使用空格或逗號隔開。大的矩陣可以用分行輸入，回車鍵代表分號。y=2,4, 53 6 8y= 2 4 5 3 6 8一、矩陣的輸入 MATLAB矩陣運算及多項式處理a=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 1.5001、在命令窗口中輸入14（1）用線性等間距生成向量矩陣（start:step:end）a=1:2:10a= 1

11、3 5 7 9其中start為起始值，step為步長，end為終止值。當步長為1時可省略step參數；另外step也可以取負數。2、語句生成（2）a=linspace(n1,n2,n)在線性空間上，行矢量的值從n1到n2，數據個數為n，缺省n為100。a=linspace(1,10,10)a= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章15（4）一些常用的特殊矩陣單位矩陣：eye(m,n); eye(m)零矩陣：zeros(m,n); zeros(m)一矩陣：ones(m,n); ones(m)對角矩陣：對角元素向量 V=a1,a2,an A=diag(V)隨機矩陣：

12、rand(m,n)產生一個mn的均勻分別的隨機矩陣（3）a=logspace(n1,n2,n)在對數空間上，行矢量的值從10n1到10n2，數據個數為n，缺省為50。指令為建立對數頻域軸坐標提供了方便。a=logspace(1,3,3)a= 10 100 1000控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章16eye(2,3)ans= 1 0 0 0 1 0zeros(2,3)ones(2,3)V=5 7 2; A=diag(V)eye(2)ans= 1 0 0 1zeros(2)ans= 0 0 0 0ones(2)ans= 1 1 1 1如果已知A為方陣，則V=diag(A)可以提取A的對角元素構成向量V

13、?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章171、轉置：對于實矩陣用（）符號或（.）求轉置結果是一樣的；然而對于含復數的矩陣，則（）將同時對復數進行共軛處理，而 （.）則只是將其排列形式進行轉置。a=1 2 3;4 5 6a = 1 4 2 5 3 6a=1 2 3;4 5 6.a = 1 4 2 5 3 6b=1+2i 2-7ib = 1.0000 - 2.0000i 2.0000 + 7.0000ib=1+2i 2-7i.b = 1.0000 + 2.0000i 2.0000 - 7.0000i二、矩陣的運算控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章18+ ；- ；* ；和/ ；.* ；. ；./；.如：a=1 2

14、;3 4；b= 3 5; 5 9c=a+b d=a-ba*b=13 23; 29 51a/b=-0.50 0.50;3.50 1.50ab=-1 -1;2 3a3=37 54; 81 118a.*b=3 10;15 36a./b=0.33 0.40;0.60 0.44a.b=3.00 2.50;1.67 2.25a.3= 1 8; 27 642、四則運算與冪運算只有維數相同的矩陣才能進行加減運算。注意只有當兩個矩陣中前一個矩陣的列數和后一個矩陣的行數相同時，才可以進行乘法運算。ab運算等效于求a*x=b的解；而a/b等效于求x*b=a的解。只有方陣才可以求冪。點運算是兩個維數相同矩陣對應元素之

15、間的運算，在有的教材中也定義為數組運算。控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章193、逆矩陣與行列式計算求逆：inv(A)；求行列式：det(A)要求矩陣必須為方陣4、了解矩陣超越函數在MATLAB中exp、sqrt等命令也可以作用到矩陣上，但這種運算是定義在矩陣的單個元素上的，即分別對矩陣的每一個元素進行計算。超越數學函數可以在函數后加上m而成為矩陣的超越函數，例如：expm,sqrtm。矩陣的超越函數要求運算矩陣為方陣。a=1 2 3; 4 5 6; 2 3 5;b=inv(a)det(a)ans = -3控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章20A(m,n)：提取第m行，第n列元素 A(:,n)：提取第n列

16、元素 A(m,:)：提取第m行元素 A(m1:m2,n1:n2)：提取第m1行到第m2行和第n1列到第n2列的所有元素。A(:)：得到一個長列矢量，元素按矩陣的列進行排列。矩陣擴展：在原陣不存在的位置上設定一個數，則該矩陣會自動擴展行列數，并在該位置上添加這個數，而且在其他沒有指定的位置補零。消除子塊：將矩陣子塊賦值為空陣 。三、矩陣的操作1、矩陣下標MATLAB通過確認矩陣下標，可以對矩陣進行插入子塊，提取子塊和重排子塊的操作?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章212、矩陣的大小m,n=size(A,x)：返回矩陣的行列數m與n，當x=1，則只返回行數m，當x=2，則只返回列數n。length(A

17、)=max(size(A)：返回行數或列數的最大值。rank(A)：求矩陣的秩a=1 2 3;3 4 5;m,n=size(a)3、了解矩陣操作函數：flipud；fliplr；rot90length(a)max(size(a)rank(a)控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章22在MATLAB中，多項式使用降冪系數的行向量表示，如：多項式p=poly(r)四、多項式處理（1）多項式的建立與表示方法r=roots(p)表示為：p=1 -12 0 25 116，使用函數roots可以求出多項式等于0的根，根用列向量表示。若已知多項式等于0的根，函數poly可以求出相應多項式。控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章

18、23（2）多項式的運算相乘conva=1 2 3 ; b=1 2 c=conv(a,b)=1 4 7 6conv指令可以嵌套使用，如conv(conv(a,b),c)相除deconvq,r=deconv(c,b)q=1 2 3 商多項式r=0 0 0 余多項式求多項式的微分多項式polyderpolyder(a)=2 2求多項式函數值polyval(p,n)：將值n代入多項式求解。polyval(a,2)=11控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章24（3）*多項式的擬合多項式擬合又稱為曲線擬合，其目的就是在眾多的樣本點中進行擬合，找出滿足樣本點分布的多項式。這在分析實驗數據，將實驗數據做解析描述時非常

19、有用。命令格式：p=polyfit(x,y,n)，其中x和y為樣本點向量，n為所求多項式的階數，p為求出的多項式。（4）*多項式插值多項式插值是指根據給定的有限個樣本點，產生另外的估計點以達到數據更為平滑的效果。該技巧在信號處理與圖像處理上應用廣泛?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章25所用指令有一維的interp1、二維的interp2、三維的interp3。這些指令分別有不同的方法（method），設計者可以根據需要選擇適當的方法，以滿足系統(tǒng)屬性的要求。Help polyfun可以得到更詳細的內容。y=interp1(xs,ys,x,method)在有限樣本點向量xs與ys中，插值產生向量x和y

20、，所用方法定義在method中，有4種選擇：nearest：執(zhí)行速度最快，輸出結果為直角轉折linear：默認值，在樣本點上斜率變化很大spline：最花時間，但輸出結果也最平滑cubic：最占內存，輸出結果與spline差不多控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章26五*、MATLAB數據處理1、矩陣分解（1）奇異值分解U,S,V=svd(A)例：a = 9 8 6 8可以驗證：u*u=Iv*v=Iu*s*v=a求矩陣A的奇異值及分解矩陣，滿足U*S*V=A，其中U、V矩陣為正交矩陣（U*U=I），S矩陣為對角矩陣，它的對角元素即A矩陣的奇異值。u,s,v=svd(a)u = 0.7705 -0.63

21、75 0.6375 0.7705s = 15.5765 0 0 1.5408v = 0.6907 -0.7231 0.7231 0.6907控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章27（2）特征值分解V,D=eig(A)例： a = 9 8 6 8v,d=eig(a)v = 0.7787 -0.7320 0.6274 0.6813d = 15.4462 0 0 1.5538求矩陣A的特征向量V及特征值D，滿足A*V=V*D。其中D的對角線元素為特征值，V的列為對應的特征向量。如果D=eig(A)則只返回特征值。可以驗證：A*V=V*D控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章28（3）正交分解Q,R=qr(A)例： a

22、 = 9 8 6 8q,r=qr(a)q = -0.8321 -0.5547 -0.5547 0.8321r = -10.8167 -11.0940 0 2.2188將矩陣A做正交化分解，使得Q*R=A，其中Q為正交矩陣（其范數為1，指令norm(Q)=1)，R為對角化的上三角矩陣。norm(q) ans = 1q*rans = 9.0000 8.0000 6.0000 8.0000控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章29（4）三角分解L,U=lu(A)將A做對角線分解，使得A=L*U,其中L為下三角矩陣，U為上三角矩陣。注意：L實際上是一個“心理上”的下三角矩陣，它事實上是一個置換矩陣P的逆矩陣與一

23、個真正下三角矩陣L1（其對角線元素為1）的乘積。L1,U1,P=lu(A)例：a=1 2 3;4 5 6;7 8 9 比較： l1,u1,p=lu(a) l,u=lu(a)控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章30l1 = 1.00 0 0 0.14 1.00 0 0.57 0.50 1.00u1 = 7.00 8.00 9.00 0 0.86 1.71 0 0 0.00p = 0 0 1 1 0 0 0 1 0l = 0.14 1.00 0 0.57 0.50 1.00 1.00 0 0u = 7.00 8.00 9.00 0 0.86 1.71 0 0 0.00可以驗證：u1=u，inv(p)*l1

24、=la=l*up*a=l1*u1控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章312*、數據分析（1）繪制函數圖形：fplot()（2）求極值：fmin,fmins（3）求零點：尋找一維函數的過零點fzero()（4）頻譜分析（fft）：y=FFT(x)；unwrap()；abs；angle畫出幅頻和相頻曲線（5）了解數據分析函數：max,min,mean,sum,prod等（6）了解積分運算：trap2,quad,quad83*、常微分方程數值解t,x=ode23(xfun,t0,tf,x0,tol)t,x=ode45(xfun,t0,tf,x0,tol)控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章32繪圖簡介MATLAB提

25、供了豐富的繪圖功能下面介紹常用的二維圖形命令1、基本的繪圖命令plot（x1,y1,option1,x2,y2,option2,）x1,y1給出的數據分別為x,y軸坐標值，option1為選項參數，以逐點連折線的方式繪制1個二維圖形；同時類似地繪制第二個二維圖形，等。這是plot命令的完全格式，在實際應用中可以根據需要進行簡化。比如：plot(x,y)；plot(x,y,option)選項參數option定義了圖形曲線的顏色、線型及標示符號，它由一對單引號括起來。控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章332、選擇圖像figure（1）；figure（2）；figure(n)打開不同的圖形窗口，以便繪制不

26、同的圖形。3、grid on：在所畫出的圖形坐標中加入柵格 grid off：除去圖形坐標中的柵格4、hold on：把當前圖形保持在屏幕上不變，同時允許在這個坐標內繪制另外一個圖形。 hold off：使新圖覆蓋舊的圖形控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章346、文字標示text(x,y,字符串)在指定坐標(x,y)處標示單引號括起來的字符串。gtext(字符串)利用鼠標在圖形的某一位置標示字符串。title(字符串)在所畫圖形的最上端顯示說明該圖形標題的字符串。xlabel(字符串)，ylabel(字符串)設置x，y坐標軸的名稱。輸入特殊的文字需要用反斜杠（）開頭。7、legend(字符串1,字符

27、串2,字符串n)在屏幕上開啟一個小視窗，然后依據繪圖命令的先后次序，用對應的字符串區(qū)分圖形上的線。 5、設定軸的范圍axis（xmin xmax ymin ymax）axis(equal)：將x坐標軸和y坐標軸的單位刻度大小調整為一樣?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章359、semilogx：繪制以x軸為對數坐標（以10為底），y軸為線性坐標的半對數坐標圖形。 semilogy：繪制以y軸為對數坐標（以10為底），x軸為線性坐標的半對數坐標圖形。8、subplot（mnk）：分割圖形顯示窗口m:上下分割個數，n:左右分割個數，k:子圖編號10、了解應用型繪圖指令：可用于數值統(tǒng)計分析或離散數據處理b

28、ax（x,y）；hist（y,x）stairs（x,y）；stem（x,y）控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章36對于圖形的屬性編輯同樣可以通過在圖形窗口上直接進行。但圖形窗口關閉之后編輯結果不會保存10、一點補充說明控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章37一、MATLBA程序的基本設計原則1、后面的內容是程序的注解，要善用注解使程序更具可讀性。2、主程序開頭用clear指令清除變量，消除工作空間其他變量對程序運行的影響。但注意在子程序中不要用clear。 3、參數值要集中放在程序的開始部分，以便維護。在語句行之后輸入分號使其及中間結果不在屏幕上顯示，以提高執(zhí)行速度。4、input指令用來輸入臨時數據；對于

29、大量參數，則通過建立一個存儲參數的子程序，在主程序中用子程序的名稱來調用。5、程序盡量模塊化，也就是采用主程序調用子程序的方法，將所有子程序合并在一起來執(zhí)行全部的操作。6、充分利用Debugger來進行程序的調試并利用其他工具箱或圖形用戶界面（GUI）的設計技巧，將設計結果集成到一起。7、設置好MATLAB的工作路徑，以便程序運行。MATLAB程序設計入門388、MATLAB程序的基本組成結構說明清除命令：清除workspace中的變量和圖形（clear,close）定義變量：包括全局變量的聲明及參數值的設定逐行執(zhí)行命令： 指MATLAB提供的運算指令或工具箱 提供的專用命令控制循環(huán) ：包含f

30、or,if then,switch,while等語句 逐行執(zhí)行命令 end繪圖命令：將運算結果繪制出來當然更復雜程序還需要調用子程序，或與simulink以及其他應用程序結合起來?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章39進入MATLAB的Editor/Debugger窗口來編輯程序在編輯環(huán)境中，文字的不同顏色顯示表明文字的不同屬性。綠色：注解；黑色：程序主體；紅色：屬性值的設定；藍色：控制流程。在運行程序之前，必須設置好MATLAB的工作路徑，使得所要運行的程序及運行程序所需要的其他文件處在當前目錄之下，只有這樣，才可以使程序得以正常運行。否則可能導致無法讀取某些系統(tǒng)文件或數據，從而程序無法執(zhí)行。通過

31、cd指令在命令窗口中可以更改、顯示當前工作路徑。通過路徑瀏覽器（path browser）也可以進行設置二、M文件的編輯及MATLAB工作路徑的設置控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章402、程序文件以.m格式進行存取，包含一連串的MATLAB指令和必要的注解。需要在工作空間中創(chuàng)建并獲取變量，也就是說處理的數據為命令窗口中的數據，沒有輸入參數，也不會返回參數。程序運行時只需在工作空間中鍵入其名稱即可。三、MATLAB的程序類型MATLAB的程序類型有三種，一種是在命令窗口下執(zhí)行的腳本M文件；另外一種是可以存取的M文件，也即程序文件；最后一種是函數（function）文件。1、腳本M文件在命令窗口中輸入

32、并執(zhí)行，它所用的變量都要在工作空間中獲取，不需要輸入輸出參數的調用，退出MATLAB后就釋放了。控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章41（1）函數定義行（關鍵字function）functionout1,out2,.=filename(in1,in2,.)輸入和輸出（返回）的參數個數分別由nargin和nargout兩個MATLAB保留的變量來給出。（2）第一行幫助行，以（%）開頭，作為lookfor指令搜索的行（3）函數體說明及有關注解以（%）開頭，用以說明函數的作用及有關內容（4）函數體語句函數體內使用的除返回和輸入變量這些在function語句中直接引用的變量以外的所有變量都是局部變量，如果希望

33、這些中間變量成為在整個程序中都起作用的變量，則可以將它們設置為全局變量。 3、函數文件 與在命令窗口中輸入命令一樣，函數接受輸入參數，然后執(zhí)行并輸出結果。控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章421、子程序與主程序之間的數據是通過參數進行傳遞的，子程序應用主程序傳遞來的參數進行計算后，將結果返回主程序。四、聲明子程序（函數程序）變量2、如果一個函數內的變量沒有特別聲明，那么這個變量只在函數內部使用，即為局部變量。如果兩個或多個函數共用一個變量（或者說在子程序中也要用到主程序中的變量，注意不是參數），那么可以用global來將它聲明為全局變量。全局變量的使用可以減少參數傳遞，合理利用全局變量可以提高程序執(zhí)

34、行的效率?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章43字符串要用單引號并用括號括在里面。如：disp(text string) disp字符串顯示命令 五、字符串及其宏命令在單引號里邊的字符串可以作為矢量或矩陣的元素。使用disp命令或輸入變量名就可以顯示它們表示的字符串。如：a=this is a;text stringaa=this is a ;text string disp(aa)aa = this is a text string 控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章44宏是MATLAB語言用在常用命令部分的縮寫。它可以被存儲用于建立M文件的一部分。宏命令采用字符串，并使用eval命令去執(zhí)行宏命令。下例

35、是采用宏命令計算階乘的例子。fct=prod(1:n); 求10的階乘n=10;eval(fct)六、常用的編程命令pause：停止m文件的執(zhí)行直至有鍵按下。pause(n)將使程序暫停n秒。echo on/off：控制是否在屏幕上顯示程序內容。keyboard：停止程序執(zhí)行，把控制權交給鍵盤。輸入return并回車后繼續(xù)程序執(zhí)行。x=input(prompt)：把輸入的字符串作為提示符，等待使用者輸入一個響應，然后把它賦值到x?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章45MATLAB的運算符有三種類型：算術運算符、關系運算符、邏輯運算符。它們的處理順序依次為算術運算符、關系運算符、邏輯運算符。在前面我們

36、已經介紹例算術運算符，這里我們著重介紹后兩種運算符。七、關系與邏輯運算符1、關系運算符假設有：A=1 2 -1 -5 B=0 2 3 1 小于 AB ans=0 0 1 1 A 大于 AB ans=1 0 0 0 A1 ans=0 1 0 0= 小于等于 A= 大于等于 A=B ans=1 1 0 0 = 等于 A=B ans=0 1 0 0 ; A=1 ans=1 0 0 0= 不等于 A=B ans=1 0 1 1 ; A=1 ans=0 1 1 1控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章46 非 A=0 0 1 0 1=02、邏輯運算符注意：在處理邏輯運算時，運算元只有兩個值即0和1，所以如果指定的

37、數為0，MATLAB認為其為0，而任何數不等于0，則認為是1。設有：A=5 -4 0 -0.5 B=0 1 0 9& 與 A&B=0 1 0 1 A&1=1 1 0 1| 或 A|B=1 1 0 1 A|1=1 1 1 1控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章47步長缺省值為1，可以在正實數或負實數范圍內任意指定。對于正數，循環(huán)變量的值大于終止值時，循環(huán)結束；對于負數，循環(huán)變量的值小于終止值時，循環(huán)結束。循環(huán)結構可以嵌套使用。書寫格式不必太過于拘泥，在Editor編輯器中會自動進行處理。 八、程序流程控制1、for循環(huán)語句基本格式for 循環(huán)變量起始值：步長：終止值 循環(huán)體 end控制系統(tǒng)計算機仿真工具

38、第8章482、while循環(huán)語句基本格式while 表達式 循環(huán)體 end若表達式為真，則執(zhí)行循環(huán)體的內容，執(zhí)行后再判斷表達式是否為真，若不為真，則跳出循環(huán)體，向下繼續(xù)執(zhí)行。While循環(huán)和for循環(huán)的區(qū)別在于，while循環(huán)結構的循環(huán)體被執(zhí)行的次數不是確定的，而for結構中循環(huán)體的執(zhí)行次數是確定的。控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章493、if，else，elseif語句（1）if 邏輯表達式 執(zhí)行語句 end當邏輯表達式的值為真時，執(zhí)行該結構中的執(zhí)行語句，執(zhí)行完之后繼續(xù)向下進行；若為假，則跳過結構中的內容，向下執(zhí)行。（2）if 邏輯表達式 （3） if 邏輯表達式1 執(zhí)行語句1 執(zhí)行語句1 el

39、se elseif 邏輯表達式2 執(zhí)行語句2 執(zhí)行語句2 end end if-else的執(zhí)行方式為：如果邏輯表達式的值為真，則執(zhí)行語句1，然后跳過語句2，向下執(zhí)行；如果為假，則執(zhí)行語句2，然后向下執(zhí)行。if-elseif的執(zhí)行方式為：如果邏輯表達式1的值為真，則執(zhí)行語句1；如果為假，則判斷邏輯表達式2，如果為真，則執(zhí)行語句2，否則向下執(zhí)行?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章504、switch語句格式：switch 表達式（可以是標量或字符串） case 值1 語句1 case 值2 語句2 . otherwise 語句3 end 執(zhí)行方式：表達式的值和哪種情況(case)的值相同，就執(zhí)行哪種情況

40、中的語句，如果不同，則執(zhí)行otherwise中的語句。格式中也可以不包括otherwise，這時如果表達式的值與列出的各種情況都不相同，則繼續(xù)向下執(zhí)行?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章51SIMULINK仿真基礎 在工程實際中，控制系統(tǒng)的結構往往很復雜，如果不借助專用的系統(tǒng)建模軟件，則很難準確地把一個控制系統(tǒng)的復雜模型輸入計算機，對其進行進一步的分析與仿真。1990年，Math Works軟件公司為MATLAB提供了新的控制系統(tǒng)模型圖輸入與仿真工具，并命名為SIMULAB，該工具很快就在控制工程界獲得了廣泛的認可，使得仿真軟件進入了模型化圖形組態(tài)階段。但因其名字與當時比較著名的軟件SIMULA類似

41、，所以1992年正式將該軟件更名為SIMULINK。SIMULINK的出現，給控制系統(tǒng)分析與設計帶來了福音。顧名思義，該軟件的名稱表明了該系統(tǒng)的兩個主要功能：Simu（仿真）和Link（連接），即該軟件可以利用鼠標在模型窗口上繪制出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后利用SIMULINK提供的功能來對系統(tǒng)進行仿真和分析。52SIMULINK簡介SIMULINK是MATLAB軟件的擴展，與MATLAB語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構建，而非語言的編程上。用戶只需要知道模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內部是

42、如何實現的，通過對這些基本模塊的調用，再將它們連接起來就可以構成所需要的系統(tǒng)模型（以.mdl文件進行存取），進而進行仿真與分析。SIMULINK的最新版本是SIMULINK4.0，MATLAB5.3里的版本為3.0版，它們的變化不大。一、什么是SIMULINK532、在MATLAB命令窗口中輸入simulink結果是在桌面上出現一個用圖標形式顯示的Library :simulink的模塊庫窗口。二、SIMULINK的啟動1、在MATLAB命令窗口中輸入simulink結果是在桌面上出現一個稱為Simulink Library Browser的窗口，在這個窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱。

43、兩種模塊庫窗口界面只是不同的顯示形式，用戶可以根據各人喜好進行選用，一般說來第二種窗口直觀、形象，易于初學者，但使用時會打開太多的子窗口?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章54三、SIMULINK的模塊庫介紹SIMILINK模塊庫按功能進行分類，包括以下8類子庫：Continuous（連續(xù)模塊）Discrete（離散模塊）Function&Tables（函數和平臺模塊）Math（數學模塊）Nonlinear（非線性模塊）Signals&Systems（信號和系統(tǒng)模塊）Sinks（接收器模塊）Sources（輸入源模塊）控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章551、連續(xù)模塊（Continuous） contin

44、uous.mdlIntegrator：輸入信號積分Derivative：輸入信號微分State-Space：線性狀態(tài)空間系統(tǒng)模型Transfer-Fcn：線性傳遞函數模型Zero-Pole：以零極點表示的傳遞函數模型Memory：存儲上一時刻的狀態(tài)值Transport Delay：輸入信號延時一個固定時間再輸出Variable Transport Delay：輸入信號延時一個可變時間再輸出控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章562、離散模塊（Discrete） discrete.mdlDiscrete-time Integrator：離散時間積分器Discrete Filter：IIR與FIR濾波器D

45、iscrete State-Space：離散狀態(tài)空間系統(tǒng)模型Discrete Transfer-Fcn：離散傳遞函數模型Discrete Zero-Pole：以零極點表示的離散傳遞函數模型First-Order Hold：一階采樣和保持器Zero-Order Hold：零階采樣和保持器Unit Delay：一個采樣周期的延時控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章573、 Function&Tables（函數和平臺模塊） function.mdlFcn：用自定義的函數（表達式）進行運算MATLAB Fcn：利用matlab的現有函數進行運算S-Function：調用自編的S函數的程序進行運算Look-Up

46、 Table：建立輸入信號的查詢表（線性峰值匹配）Look-Up Table(2-D)：建立兩個輸入信號的查詢表（線性峰值匹配）控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章584、 Math（數學模塊） math.mdlSum：加減運算Product：乘運算Dot Product：點乘運算Gain：比例運算Math Function：包括指數函數、對數函數、求平方、開根號等常用數學函數Trigonometric Function：三角函數，包括正弦、余弦、正切等MinMax：最值運算Abs：取絕對值Sign：符號函數控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章59Logical Operator：邏輯運算Relational

47、 Operator：關系運算Complex to Magnitude-Angle：由復數輸入轉為幅值和相角輸出Magnitude-Angle to Complex：由幅值和相角輸入合成復數輸出Complex to Real-Imag：由復數輸入轉為實部和虛部輸出Real-Imag to Complex：由實部和虛部輸入合成復數輸出控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章605、 Nonlinear（非線性模塊） nonlinear.mdlSaturation：飽和輸出，讓輸出超過某一值時能夠飽和。Relay：滯環(huán)比較器，限制輸出值在某一范圍內變化。Switch：開關選擇，當第二個輸入端大于臨界值時，輸出由

48、第一個輸入端而來，否則輸出由第三個輸入端而來。Manual Switch：手動選擇開關控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章616、Signal&Systems（信號和系統(tǒng)模塊） sigsys.mdlIn1：輸入端。Out1：輸出端。Mux：將多個單一輸入轉化為一個復合輸出。Demux：將一個復合輸入轉化為多個單一輸出。Ground：連接到沒有連接到的輸入端。Terminator：連接到沒有連接到的輸出端。SubSystem：建立新的封裝（Mask）功能模塊控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章627、Sinks（接收器模塊） sinks.mdlScope：示波器。XY Graph：顯示二維圖形。To Works

49、pace：將輸出寫入MATLAB的工作空間。To File(.mat)：將輸出寫入數據文件?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章638、Sources（輸入源模塊） sources.mdlConstant：常數信號。Clock：時鐘信號。From Workspace：來自MATLAB的工作空間。From File(.mat)：來自數據文件。Pulse Generator：脈沖發(fā)生器。Repeating Sequence：重復信號。Signal Generator：信號發(fā)生器，可以產生正弦、方波、鋸齒波及隨意波。Sine Wave：正弦波信號。Step：階躍波信號?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章64四、S

50、IMULINK簡單模型的建立及模型特點1、簡單模型的建立 （1）建立模型窗口（2）將功能模塊由模塊庫窗口復制到模型窗口（3）對模塊進行連接，從而構成需要的系統(tǒng)模型2、模型的特點在SIMULINK里提供了許多如Scope的接收器模塊，這使得用SIMULNK進行仿真具有像做實驗一般的圖形化顯示效果。SIMULINK的模型具有層次性，通過底層子系統(tǒng)可以構建上層母系統(tǒng)。SIMULINK提供了對子系統(tǒng)進行封裝的功能，用戶可以自定義子系統(tǒng)的圖標和設置參數對話框?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章65 SIMULINK功能模塊的處理模塊庫中模塊可直接用鼠標進行拖曳放到模型窗口中進行處理。在模型窗口中，選中模塊，則

51、其4個角會出現黑色標記。此時可以對模塊進行以下的基本操作。移動：選中模塊，按住鼠標左鍵將其拖曳到所需的位置即可。若要脫離線而移動，可按住shift鍵，再進行拖曳。復制：選中模塊，按住鼠標右鍵拖曳即可復制同樣一個功能模塊。刪除：選中模塊，按Delete鍵即可。若要刪除多個模塊，可以同時按住Shift鍵，再用鼠標選中多個模塊，按Delete鍵即可。功能模塊的基本操作，包括模塊的移動、復制、刪除、轉向、改變大小、模塊命名、顏色設定、參數設定、屬性設定、模塊輸入輸出信號等。66轉向：為了能夠順序連接功能模塊的輸入和輸出端，功能模塊有時需要轉向。在菜單Format中選擇Flip Block旋轉180度，

52、選擇Rotate Block順時針旋轉90度。或者直接按Ctrl+F鍵執(zhí)行Flip Block，按Ctrl+R鍵執(zhí)行Rotate Block。改變大?。哼x中模塊，對模塊出現的4個黑色標記進行拖曳即可。模塊命名：先用鼠標在需要更改的名稱上單擊一下，然后直接更改即可。名稱在功能模塊上的位置也可以變換180度，可以用Format菜單中的Flip Name來實現，也可以直接通過鼠標進行拖曳。Hide Name可以隱藏模塊名稱。顏色設定： Format菜單中的Foreground Color可以改變模塊的前景顏色，Background Color可以改變模塊的背景顏色；而模型窗口的顏色可以通過Scree

53、n Color來改變。控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章67參數設定：用鼠標雙擊模塊，就可以進入模塊的參數設定窗口，從而對模塊進行參數設定。屬性設定：選中模塊，打開Edit菜單的Block Properties可以對模塊進行屬性設定。包括Description屬性、 Priority優(yōu)先級屬性、Tag屬性、Open function屬性、Attributes format string屬性。其中Open function屬性是一個很有用的屬性，通過它指定一個函數名，則當該模塊被雙擊之后，Simulink就會調用該函數執(zhí)行，這種函數在MATLAB中稱為回調函數。模塊的輸入輸出信號：模塊處理的信號包括標

54、量信號和向量信號；標量信號是一種單一信號，而向量信號為一種復合信號，是多個信號的集合，它對應著系統(tǒng)中幾條連線的合成。缺省情況下，大多數模塊的輸出都為標量信號，對于輸入信號，模塊都具有一種“智能”的識別功能，能自動進行匹配。某些模塊通過對參數的設定，可以使模塊輸出向量信號?？刂葡到y(tǒng)計算機仿真工具第8章68SIMULINK線的處理改變粗細：線所以有粗細是因為線引出的信號可以是標量信號或向量信號，當選中Format菜單下的Wide Vector Lines時，線的粗細會根據線所引出的信號是標量還是向量而改變，如果信號為標量則為細線，若為向量則為粗線。選中Vector Line Widths則可以顯示

55、出向量引出線的寬度，即向量信號由多少個單一信號合成。設定標簽：只要在線上雙擊鼠標，即可輸入該線的說明標簽。也可以通過選中線，然后打開Edit菜單下的Signal Properties進行設定，其中signal name屬性的作用是標明信號的名稱，設置這個名稱反映在模型上的直接效果就是與該信號有關的端口相連的所有直線附近都會出現寫有信號名稱的標簽。線的折彎：按住Shift鍵，再用鼠標在要折彎的線處單擊一下，就會出現圓圈，表示折點，利用折點就可以改變線的形狀。線的分支：按住鼠標右鍵，在需要分支的地方拉出即可以。SIMULINK模型的構建是通過用線將各種功能模塊進行連接而構成的。用鼠標可以在功能模塊

56、的輸入與輸出端之間直接連線。所畫的線可以改變粗細、設定標簽，也可以把線折彎、分支。69SIMULINK自定義功能模塊一、方法1將Signal&Systems 模塊庫中的Subsystem功能模塊復制到打開的模型窗口中。雙擊Subsystem功能模塊，進入自定義功能模塊窗口，從而可以利用已有的基本功能模塊設計出新的功能模塊。自定義功能模塊有兩種方法，一種方法是采用Signal&Systems 模塊庫中的Subsystem功能模塊，利用其編輯區(qū)設計組合新的功能模塊；另一種方法是將現有的多個功能模塊組合起來，形成新的功能模塊。二、方法2 在模型窗口中建立所定義功能模塊的子模塊。用鼠標將這些需要組合的

57、功能模塊框住，然后選擇Edit菜單下的Create Subsystem即可。70三、自定義功能模塊的封裝 上面提到的兩種方法都只是創(chuàng)建一個功能模塊而已，如果要命名該自定義功能模塊、對功能模塊進行說明、選定模塊外觀、設定輸入數據窗口，則需要對其進行封裝處理。首先選中Subsystem功能模塊，再打開Edit菜單中的Mask Subsystem進入mask的編輯窗口，可以看出有3個標簽頁。Icon：設定功能模塊的外觀。Initialization：設定輸入數據窗口（Prompt List）。Documentation：設計該功能模塊的文字說明。控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章71SIMULINK仿真的

58、運行一、設置仿真參數和選擇解法器設置仿真參數和選擇解法器，選擇Simulation菜單下的Parameters命令，就會彈出一個仿真參數對話框，它主要用三個頁面來管理仿真的參數。Solver頁，它允許用戶設置仿真的開始和結束時間，選擇解法器，說明解法器參數及選擇一些輸出選項。Workspace I/O頁，作用是管理模型從MATLAB工作空間的輸入和對它的輸出。Diagnostics頁，允許用戶選擇Simulink在仿真中顯示的警告信息的等級。構建好一個系統(tǒng)的模型之后，接下來的事情就是運行模型，得出仿真結果。運行一個仿真的完整過程分成三個步驟：設置仿真參數，啟動仿真和仿真結果分析。721、Sol

59、ver頁此頁可以進行的設置有：選擇仿真開始和結束的時間；選擇解法器，并設定它的參數；選擇輸出項。仿真時間：這里的時間概念只是計算機仿真中對時間的一種表示，比如10秒的仿真時間，如果采樣步長定為0.1，則需要執(zhí)行100步，若把步長減小，則采樣點數增加，那么實際的執(zhí)行時間就會增加。一般仿真開始時間設為0，而結束時間視不同的因素而選擇。仿真步長模式：用戶在Type后面的第一個下拉選項框中指定仿真的步長選取方式，可供選擇的有Variable-step（變步長）和Fixed-step（固定步長）方式。變步長模式可以在仿真的過程中改變步長，提供誤差控制和過零檢測。固定步長模式在仿真過程中提供固定的步長，不

60、提供誤差控制和過零檢測。用戶還可以在第二個下拉選項框中選擇對應模式下仿真所采用的算法。控制系統(tǒng)計算機仿真工具第8章73變步長模式解法器有：ode45，ode23，ode113，ode15s，ode23s，ode23t，ode23tb和discrete。ode45：缺省值，四/五階龍格庫塔法，適用于大多數連續(xù)或離散系統(tǒng)，是單步解法器，一般來說，面對一個仿真問題最好是首先試試ode45。ode23：二/三階龍格庫塔法，在誤差限要求不高和求解的問題不太難的情況下，可能會比ode45更有效。也是一個單步解法器。ode113：是一種階數可變的解法器，它在誤差容許要求嚴格的情況下通常比ode45有效。od