Matlab学习总结小论文

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MATLAB在自动控制中的应用

M A T L A B 小 论 文

信息工程学院 *******班级****** ****学号**** **姓名** 2016-06-15

M A T L A B 小 论 文 目录

一、什么是MATLAB ........................................................................... 1 （一）、MATLAB的简介 ................................................................ 1 （二）、MATLAB的主要功能 ........................................................ 1 （三）MATLAB的工具箱 .............................................................. 2 二、MATLAB在自动控制中的应用 .................................................... 3 （一）利用Matlab进行系统稳定性判定 .................................... 3 （二）利用Matlab进行系统时域分析 ....................................... 4 （三）利用Matlab进行根轨迹绘制 ........................................... 4 三、学习MATLAB的心得体会 ........................................................ 5 （一）、对MATLAB学习的一个总结 ........................................... 5 （二）、心得体会 .......................................................................... 5 （三）、总结 .................................................................................. 6

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MATLAB在自动控制中的应用

摘要：随着计算机技术的发展和应用，自动控制理论和技术在宇航、机器人控制等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、经济管理和其它许多社会生活领域中，成为现代社会生活中不可缺少的一部分。随着时代进步和人们生活水平的提高，建设高度文明和发达社会的活动中，自动控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。

一、什么是MATLAB

（一）、MATLAB的简介

MATLAB（矩阵实验室）是MATrixLABoratory的缩写，是一款由美国

TheMathWorks公司出品的商业数学软件。MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了矩阵运算、绘制函数/数据图像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言（包括C,C++,Java,Python和FORTRAN）编写的程序。 尽管MATLAB主要用于数值运算，但利用为数众多的附加工具箱（Toolbox）它也适合不同领域的应用，例如控制系统设计与分析、图像处理、信号处理与通讯、金融建模和分析等。另外还有一个配套软件包Simulink，提供了一个可视化开发环境，常用于系统模拟、动态/嵌入式系统开发等方面。

（二）、MATLAB的主要功能

1、可用于技术计算的高级语言。

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M A T L A B 小 论 文 2、可对代码、文件和数据进行管理的开发环境。

3、可以按迭代的方式探查、设计及求解问题的交互式工具。

4、可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等的数学函数。 5、可用于可视化数据的二维和三维图形函数。 6、可用于构建自定义的图形用户界面的各种工具。

7、可将基于MATLAB的算法与外部应用程序和语言（如C、C++、Fortran、Java、COM以及MicrosoftExcel）集成的各种函数。

（三）MATLAB的工具箱

MATLAB的一个重要特点是可扩展性。作为Simulink和其它所有MathWorks产品的基础，MATLAB可以通过附加的工具箱（Toolbox）进行功能扩展，每一个工具箱就是实现特定功能的函数的集合。MathWorks提供的工具箱分以下几大类：

1. 数学和优化； 2. 统计和数据分析； 3. 控制系统设计和分析； 4. 信号处理和通讯； 5. 图像处理； 6. 测试和测量； 7. 金融建模和分析； 8. 应用程序部署； 9. 数据库连接和报表； 10. 分布式计算。

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M A T L A B 小 论 文 这些工具箱大多是用开放式的MATLAB语言写成，用户不但可以查看源代码，还可以可根据自己的需要进行修改以及创建自定义函数。此外，常有用户在

MATLABCentral:FileExchange发布自己编写的MATLAB程序或工具箱，供他人自由下载使用。

二、MATLAB在自动控制中的应用

（一）利用Matlab进行系统稳定性判定

稳定性是指控系统在受扰动信号作用，原有平衡状态破坏后，经过自动调节能够重新达到平衡状态的性能。当系统在扰动信号作用下偏离了原有的状态时，若系统能通过自身的调节作用使得偏离差逐渐减小，重新回到平衡状态，则系统是稳定的；若偏离差不断增加，即使扰动消失，系统也不能回到平衡状态，则这种系统是不稳定的，这表明稳定性是表征系统在扰动消失后的一种恢复能力，它是系统的一种固有特性。系统的稳定性又分为两种：一种是大范围的稳定，即初始偏差可以很大，但系统仍然稳定；另一种是小范围稳定，即初始偏差必须在一定限度内系统才稳定，超出了这个限定值则不稳定。对于线性系统，如果小范围内是稳定的，则它的大范围也是稳定的。而非线性系统不存在类似结论。

任何一个自动控制系统正常运行的首要条件是，它必须是稳定的。因此，判别系统的稳定性和使系统处于稳定的工作状态，是自动控制的基本问题之一。稳定性是系统去掉扰动以后，系统自身的一种恢复能力，是系统本身所固有的特性。它仅仅取决系统的结构参数，而与初始条件及输入信号无关。根据分析我们知道，如果系统所有的闭环特征根（闭环极点）都分布在S平面左半部，则系统的暂态分量随时间增加逐渐消失为零，这种系统是稳定的。如果有一个或一个以上的闭环特征根是位于S平面右半部或虚轴上，则系统是不稳定的。

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M A T L A B 小 论 文 （二）利用Matlab进行系统时域分析

对控制系统而言，其数学模型由微分方程和差分方程给出，因此可以从给定的初始值开始，通过某种算法逐步求出系统某一时刻的响应，从而丝线对控制系统的分析。此外，通过对系统的时域分析，可以求得系统响应的性能指标。

在经典控制理论中，时域分析法是一种十分重要的分析和设计控制系统的方法，它包括系统稳定性分析、动态性能和稳态性能指标的计算等内容。时域分析法是通过传递函数、拉氏变换及其反拉氏变换求出系统在典型输入下的输出表达式，从而分析系统的时间响应的全部信息。与其他分析法相比较，时域分析法是一种直接分析法，具有直观和准确的优点，尤其适用于一、二阶系统的分析计算。

与控制系统的其他Matlab仿真一样，时域响应Matlab的仿真方法也可以在Matlab函数的指令方式下进行时域仿真，对于线性系统，Matlab控制系统工具箱提供了若干函数完成线性系统的仿真。

（三）利用Matlab进行根轨迹绘制

在系统控制分析中，为了避开直接求解高阶多项式的根时遇到的困难，在实践中提出了一种图解求根法，即根轨迹法。所谓根轨迹法是指当系统的某一个（或几个）参数从-∞到+∞时，闭环特征方程的根在复平面上描绘的一些曲线。应用这些曲线，可以根据某个参数确定相应的特征根。在根轨迹法中，一般取系统的开环放大倍数K作为可变参数。

由于根轨迹是以K为可变参数，根据开环系统的零极点画出来的，因而它能反应出开环系统零极点与闭环系统极点（特征根）之间的关系。利用根轨迹可以分析系统参数和结构已定的系统的时域响应特性，以及参数变化对时域响应特性的影响，而且还可以根据对时域响应特性的要求确定可变参数及调整开环系统零极点的位置，并改变它们的个数，也就是说根

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M A T L A B 小 论 文 轨迹法可用于解决线性系统的分析与综合问题。

三、学习MATLAB的心得体会

（一）、对MATLAB学习的一个总结

这学期名为有16周，但实际呢？大家都一样的清楚时间是有多紧凑！所以面对大三的课程，说多也不多，说少也不少；当然说难也不难，说不难也不是想象中的那么简单！不管怎样，一个学期总算是结束了，其他的暂且科目不说，对于MATLAB，我不敢说我花时间去好好学了，人家都说大师和专家都是用时间去堆积起来的，当然也不是说我们都要像大师专家一样花无限多的时间去对付某一门课程，我们做不到，现实也不允许，毕竟“术业有专攻”嘛！但是扪心自问，我们可以也应该花一定时间在每一门课程上，最起码这是我们在这个阶段的任务！

一学期下来，知道了MATLAB的一些使用原理，了解到该怎样去用MATLAB来实现一些自己想要得到的功能，也了解到了MATLAB可以应用于很多领域。但是想要学好学透MATLAB，我们目前花的时间远远还不够，用的功远远还不足！

（二）、心得体会

刚开始接触MATLAB的时候，感觉很头疼，就像当初面对C语言一样莫名其妙，不知所措。后来经过一段时间的去学习，去了解，其实并不然！后来在上机实验中，做的不像其他实验课一样需要做很多，而仅仅是利用MATLAB来对以往一些数学以及其他科目中的内容改用一种方法来解决而已。几次实验下来，好像什么东西都看不到存在，不像C语言之类存在着程序，更不想电路实验需要画图连线什么的去做，只是让我们学会了用另外一种方法来求解“计算题”而已！后来我就觉得其实MATLAB并不是什么超困难的软件，我们大可以把他当成一个不同往常的“大型计算器”，用它来替我们解决一些“高深”的难题！当然，仅仅这

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M A T L A B 小 论 文 样也不行，更加应该进行深层次的学习！

（三）、总结

虽然一学期下来，我只是把MATLAB当成一个“大型计算器”来学习，但是我觉得这不失为一种方法或者说是态度和认识！不仅可以按照自己的理解去学习MATLAB，还能在自己的基础上结合老师的教学，从而合二为一的去对待MATLAB！总之，学习MATLAB，我认为不能光靠老师的教学，更要重视每一次的上机操作，此外，必须加之以一定时间和功夫在这上面！不然，要想学好MATLAB很难！

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