实验一 MATLAB 环境的熟悉与基本运算

一、实验目的

1． 熟悉 MATLAB 开发环境；

2． 掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算；

3. 了解 MATLAB 三维绘图指令及Simulink在控制系统仿真中的应用。

二、实验内容

1. MATLAB桌面系统

MATLAB的桌面系统由桌面平台以及桌面组件共同构成，如图1，桌面平台是各桌面组件的展示平台，它提供了一系列的菜单操作以及工具栏操作，而不同功能的桌面组件构成了整个MATLAB操作平台。其组件主要包含如下5个组件部分：

① 命令窗口（Command Window）② 历史命令窗口（Command History） ③ 路径浏览器（Current Directory Browser）④ 帮助浏览器（Help Browser）⑤ 工作空间浏览器（Workspace Browser）。

用户可以在Desktop菜单下选择打开或关闭某个窗口。

图1 MATLAB桌面系统

在图1中标出相应窗口的序号。

2. 在Matlab工作空间输入如下指令，观察输出矩阵 （1）a=[2 3 4;5 6 9]

a = 2 3 4 5 6 9 （2）a=[1,2,3;4,5,6;7,8,9] a = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 （3）a=[12;34]+i*[56;78] a = 12.0000 +56.0000i 34.0000 +78.0000i

（4）a=[1+5i 2+6i;3+7i 4+8i]

a = 1.0000 + 5.0000i 2.0000 + 6.0000i 3.0000 + 7.0000i 4.0000 + 8.0000i

?134?3. 已知矩阵A????5512???711?,B??611?8?,C?[6????296????800???算的结果：

（1）B *CT （用C'表示C的转置）

D=B*C.'

D = -41 66 48

（2）C.^2 （给C中每个元素取平方）

E=C.^2

E = 36 4 1 （3）C*A

F=C*A

F = -6 19 42 （4）A?1 （inv（A））

G=inv(A)

2?1]求以下矩阵运

G = 0.5735 -0.1324 -0.1176 -0.3971 0.0147 0.2353 0.4044 0.0221 -0.1471 4. （1）生成3*3的单位矩阵；（eye（3））

a = 1 0 0 0 1 0 0 0 1

（2）生成4*4的全零矩阵；（zeros（4）） A = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

（3）生成5*5的均匀分布随机矩阵。（rand（5））a = 0.9501 0.7621 0.6154 0.4057 0.0579 0.2311 0.4565 0.7919 0.9355 0.3529 0.6068 0.0185 0.9218 0.9169 0.8132 0.4860 0.8214 0.7382 0.4103 0.0099 0.8913 0.4447 0.1763 0.8936 0.1389 5. 键入下列程序，了解Matlab三维曲面的绘制 （1） [x,y]=meshgrid(0:31);n=2;D0=200;

D=sqrt((x-16).^2+(y-16).^2); z=1./(1+D.^(2*n)/D0); mesh(x,y,z)

axis([0,31,0,31,0,1])

（2） [x,y]=meshgrid(0:31);n=2;D0=200;

D=sqrt((x-16).^2+(y-16).^2); z=1./(1+D.^(2*n)/D0); surf(x,y,z)

axis([0,31,0,31,0,1])

6. 了解Simulink在系统仿真中的应用

典型二阶系统的结构图如图2所示，用SIMULINK对系统进行仿真分析。（仿真时间取2s）

在MATLAB命单击按钮择File| New项打开一个空（1） 画出所

出正确

图2 典型二阶系统结构图

令窗口的工具栏中启动simulink，选菜单中的Model选白的模型编辑窗口。

需模块，并给的参数：

? 在sources子模块库中选中阶跃输入（step）图标，将其拖入编辑窗口，

并用鼠标左键双击该图标，打开参数设定的对话框，将参数step time(阶跃时刻)设为0。

? 在Math(数学)子模块库中选中加法器（sum）图标，拖到编辑窗口中，

并双击该图标将参数List of signs(符号列表)设为|+-（表示输入为正，反馈为负）。

? 在continuous(连续)子模块库中、选积分器（Integrator）和传递函数

（Transfer Fcn）图标拖到编辑窗口中，并将传递函数分子（Numerator）改为〔900〕，分母（Denominator）改为〔1，9〕。

? 在sinks(输出)子模块库中选择scope(示波器)图标并将之拖到编辑窗

口中。

（2）将画出的所有模块用鼠标连接起来，构成一个原系统的框图 （3）选择仿真算法和仿真控制参数，启动仿真过程。

● 在编辑窗口中点击Simulation|Simulation parameters菜单，会出现一个参数对话框，在solver模板中设置响应的仿真范围StartTime(开始时间)和StopTime(终止时间)，仿真步长范围Maxinum step size(最大步长)和Mininum step size(最小步长)。对于本例，StopTime可设置为2。最后点击Simulation|Start菜单或点击相应的热键启动仿真。双击示波器，在弹出的图形上会“实时地”显示出仿真结果。输出结果如图所示。

示波器显示结果：

三、收获体会

通过这次实验我初步了解matlab系统，并学会了matlab的初步使用，掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算，了解 MATLAB 三维绘图指令及Simulink在控制系统仿真中的应用。