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控制系统仿真与计算机辅助设计 前言 在系统仿真、自动控制等领域，MATLAB是首选的计算机工具； 它可以将使用者从繁琐的底层工作中解放出来，把精力集中在创造性的工作上； 这是一本普通高等教育“十一五”国家级规划教材，该作者是我国最早推广使用MATLAB的学者之一。 第一章 概 述 1.1 控制理论和控制系统概述 哈佛大学的何毓琦教授的新观点：控制将是21世纪的物理学。 控制理论发展很快，急需计算工具 1.2 系统仿真与仿真语言工具概述 系统仿真与控制系统仿真 常规计算机语言的局限性 数学软件的发展 控制系统仿真与计算机辅助设计软件 参考文献 薛定宇，控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及应用，清华大学出版社，1996.7。 蔡启仲等，控制系统计算机辅助设计，重庆大学出版社，2003.8。 张家祥等，基于MATLAB6.x的系统分析与设计—虚拟现实，西安电子科技大学出版社，2002.9 王立宁等，MATLAB与通信仿真，人民邮电出版社，2000.1。 第2章 MATLAB语言必备的基础知识 MATrix LABoratory 矩阵试验室 在工程计算中大量涉及对矩阵的处理，为了方便，开发出了这样一个软件包，并不断得到扩充和完善，成为科技计算领域应用最广泛的一个软件包。 MATLAB的特点 语言的简洁高效性 强大的科学运算功能 强大的绘图功能 丰富的工具箱与模块集合 强大的动态系统仿真功能 MATLAB的工作环境 菜单栏 命令窗口 Command Window 工作空间窗口 历史命令窗口 图形窗口 M文件窗口 MATLAB的数据结构与语句结构 MATLAB语言的变量与常量 变量名的规定 特定常数 eps i,j Inf pi NaN 点运算 考察1 a=[1,1;1,1],b=[1,1;1,1] y1=a*b， y2=a.*b 考察2 t=0:.1:pi; y=sin(t).*cos(t); plot(t,y),grid M文件 可以直接运行且可以存储的文件，这种文件的文件名必须带一个“.m”扩展名。 M文件有两种格式，即函数式和程序式。 程序式M文件： 例如，一个名为“flower.m”的M文件，内容为 th=-pi:0.001:pi; rho=5*cos(3.5*th).^3; polar(th,rho) 函数式M文件 如果一个函数中的变量希望由外部来赋值，则可用这种形式的M文件，例如：一个名为 myfile.m的M文件，内容为 function c=myfile(a,b) c=sqrt((a.^2)+(b.^2)) 调用此文件时必须先给a和b赋值。 例2-4 function A=myhilb(n,m) % A=myhilb(n,m) 将产生一个n 行m 列的 % Hilbert 矩阵 A; For i=1:n,for j=1:m, A(i,j)=1/(i+j-1); end, end 当上面函数生成后,可如下调用. A=myhilb(4,3) 即可生成P24所示的矩阵. 2-4图形可视化二维图形的绘制 二维图形绘制的基本语句 当相同大小的两个向量定义后,即可用如下语句绘图. plot(x,y) 如果y是一个有n行的矩阵,则可同时绘出n条曲线 还可以用命令指定曲线的线型,粗细,颜色等 还可以给曲线加网格线,变步长绘制等 其它二维图形的绘制,包括极坐标曲线,阶梯曲线,火柴杆曲线等 t=0:.2:2*pi;y=sin(t);subplot(2,2,1),plot(t,y),subplot(2,2,2),stairs(t,y)subplot(2,2,3),stem(t,y),subplot(2,2,4),bar(t,y) 例2-7 比较变步距的效果 x=[-pi:0.05:-pi]; y=sin(tan(x))-tan(sin(x)); plot(x,y) x=[-pi:0.05:-1.8,-1.801:.001:-1.2,… -1.25:0.05:1.2,1.201:.001:1.8,1.85:… .05:pi]; y=sin(tan(x))-tan(sin(x)); plot(x,y) 比较变步距的效果 隐函数绘制及应用 (例2-11) ezplot(x^2*exp(-x*y^2/2)+ exp(-x/2)*sin(x*y)) hold on ezplot(y^2*cos(y+x^2)+ x^2*exp(x+y)) grid 隐函数绘制及应用 (例2-11)结果 三维图形 有多种绘制三维图形的命令 plot3（x，y，z） 基本命令 mesh（x，y，z） 三维曲面网线图 surf（x，