matlab在控制中的應(yīng)用

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資源描述:

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1、《控制工程基礎(chǔ)(經(jīng)典控制部分)》的MATLAB分析機(jī)電工程系郭天石 李建明四川輕化工學(xué)院二零零二年九月前 言在學(xué)習(xí)《工程控制基礎(chǔ)》及其它相關(guān)的控制理論課程時(shí),許多計(jì)算問題越來(lái)越離不開計(jì)算機(jī)輔助分析及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。在計(jì)算機(jī)性能迅速提高和各種軟件大量涌現(xiàn)的今天,機(jī)輔分析與機(jī)輔設(shè)計(jì)也越來(lái)越方便。我們希望,在進(jìn)行機(jī)輔分析及機(jī)輔設(shè)計(jì)時(shí),把主要精力放在對(duì)計(jì)算機(jī)計(jì)算處理后的數(shù)據(jù)、曲線的控制特性分析上,而不在編程及調(diào)試程序上花費(fèi)太多的時(shí)間,使計(jì)算機(jī)真正成為學(xué)習(xí)相關(guān)課程和解決實(shí)際問題的工具。因此,我們編寫這本在MATLAB語(yǔ)言支持下進(jìn)行控制方面的機(jī)輔分析及機(jī)輔設(shè)計(jì)的講義

2、,力圖從實(shí)用的角度,介紹MATLAB語(yǔ)言在經(jīng)典控制方面的一些典型應(yīng)用。第一章 MATLAB的基本使用§1-1 MATLAB語(yǔ)言簡(jiǎn)介MATLAB是一種高級(jí)矩陣語(yǔ)言,它由MathWorks公司于1984年正式推出,它的基本處理對(duì)象是矩陣,即使是一個(gè)標(biāo)量純數(shù),MATLAB也認(rèn)為它是只有一個(gè)元素的矩陣。隨著MATLAB的發(fā)展,特別是它所包含的大量工具箱(應(yīng)用程序集)的集結(jié),使MATLAB已經(jīng)成為帶有獨(dú)特?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出、流程控制語(yǔ)句和函數(shù)、并且面向?qū)ο蟮母呒?jí)語(yǔ)言。MATLAB語(yǔ)言被稱為一種“演算紙式的科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言”,它在數(shù)值計(jì)算、符號(hào)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)控制、

3、信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化計(jì)算、模糊邏輯、系統(tǒng)辨識(shí)、小波分析、圖象處理、統(tǒng)計(jì)分析、甚至于金融財(cái)會(huì)等廣大領(lǐng)域有著十分廣泛的用途。MATLAB語(yǔ)言在工程計(jì)算與分析方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)異性能。它集計(jì)算、數(shù)據(jù)可視化和程序設(shè)計(jì)于一體,并能將問題和解決方案以使用者所熟悉的數(shù)學(xué)符號(hào)或圖形表示出來(lái)。MATLAB語(yǔ)言和C語(yǔ)言的關(guān)系與C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的關(guān)系類似。例如當(dāng)我們需要求一個(gè)矩陣的特征值時(shí),在MATLAB下只需由幾個(gè)字符組成的一條指令即可得出結(jié)果,而不必去考慮用什么算法以及如何實(shí)現(xiàn)這些算法等低級(jí)問題,也不必深入了解相應(yīng)算法的具體內(nèi)容。就象在C語(yǔ)言下不必象匯編語(yǔ)言中去探究

4、乘法是怎樣實(shí)現(xiàn)的,而只需要采用乘積的結(jié)果就可以了。MATLAB語(yǔ)言還有一個(gè)巨大的優(yōu)點(diǎn)是其高度的可靠性。例如對(duì)于一個(gè)病態(tài)矩陣的處理,MATLAB不會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)果,而用C或其它高級(jí)語(yǔ)言編寫出來(lái)的程序可能會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)果。這是因?yàn)镸ATLAB函數(shù)集及其工具箱都是由一些在該領(lǐng)域卓有研究成果,造詣很深的權(quán)威學(xué)者經(jīng)過反復(fù)比較所得出來(lái)的最優(yōu)方法,而且經(jīng)過多年的實(shí)踐檢驗(yàn)被證明是正確可靠的。§1-2 MATLAB的工作窗口下面以MATLAB6.1為例介紹。從實(shí)用的角度MATLAB的工作窗口包括命令窗口、M文件編輯器窗口、圖形編輯窗口、數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、應(yīng)用程序接口及在線窗口。

5、下面首先介紹MATLAB的命令窗口及M文件編輯器。一、命令窗口啟動(dòng)MATLAB之后,屏幕上自動(dòng)出現(xiàn)命令窗口MATLAB,它是MATLAB提供給用戶的操作界面,用戶可以在命令窗口內(nèi)提示符“>>”之后(有的MATLAB版本命令窗口沒有提示符)鍵入MATLAB命令,回車即獲得該命令的答案。命令窗口內(nèi)有File、Edit、View、Web、Window、Help等菜單條。二、M文件編輯窗口M文件是MATLAB語(yǔ)言所特有的文件。用戶可以在M文件編輯窗口內(nèi),編寫一段程序,調(diào)試,運(yùn)行并存盤,所保存的用戶程序即是用戶自己的M文件。MATLAB工具箱中大量的應(yīng)用程序也是以

6、M文件的形式出現(xiàn)的,這些M文件可以打開來(lái)閱讀,甚至修改,但應(yīng)注意,不可改動(dòng)工具箱中的M文件!1.進(jìn)入M文件窗口有兩種方法1)命令窗口—File—New—M-File;2)命令窗口—點(diǎn)擊“File”字樣下面的圖標(biāo)。M文件編輯窗口的標(biāo)記是“Untitled”(無(wú)標(biāo)題的)。當(dāng)用戶編寫的程序要存盤時(shí),Untitled作為默認(rèn)文件名提供給用戶,自然,用戶可以,也應(yīng)當(dāng)自己命名。若用戶不自己命名,則MATLAB會(huì)對(duì)Untitled進(jìn)行編號(hào)。2.M文件的執(zhí)行:返回命令窗口,在當(dāng)前目錄(CurrentDirectory)內(nèi)選擇所要運(yùn)行的M文件的目錄,在命令窗口提示符“>>

7、”后,直接鍵入文件名(不加后綴)即可運(yùn)行。注意:(1)機(jī)器默認(rèn)路徑為一級(jí)子目錄MATLAB6p1work;(2)MATLAB6.1以前的版本,運(yùn)行M文件的方法稍有不同,它必須在File菜單下,打開“RunScript…”子菜單,鍵入需要運(yùn)行的文件路徑及名稱再回車,在這種情況下,work作為根目錄對(duì)待,不出現(xiàn)在M文件的路徑之中。本講義的參考程序都是在M文件窗口下編制的。三、在線幫助窗口在命令窗口中鍵入Help(空格)函數(shù)名,可以立即獲得該函數(shù)的使用方法?!?-3MATLAB最基本的矩陣操作作為命令窗口及M文件編輯器的應(yīng)用實(shí)例,介紹幾個(gè)最基本的矩陣運(yùn)算命令

8、。一、矩陣的輸入在方括號(hào)內(nèi)依次按行鍵入矩陣元素,在一行內(nèi)的各元素之間用空格或逗號(hào)

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