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《計算機(jī)控制與仿真技術(shù) 楊立 第7章 控制系統(tǒng)的MATLAB仿真》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、本章主要教學(xué)內(nèi)容在MATLAB中描述控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)方框圖模型的簡化及應(yīng)用控制系統(tǒng)的時域分析控制系統(tǒng)的頻域分析利用MATLAB語言進(jìn)行仿真編程的具體應(yīng)用第7章控制系統(tǒng)的MATLAB仿真1本章教學(xué)目的及要求熟悉MATLAB的基本應(yīng)用掌握利用MATLAB建立數(shù)學(xué)模型的方法熟悉控制系統(tǒng)的時域和頻域分析掌握MATLAB的仿真編程應(yīng)用第7章控制系統(tǒng)的MATLAB仿真27.1控制系統(tǒng)的模型表示MATLAB提供了數(shù)學(xué)模型的建立函數(shù)和各模型之間的轉(zhuǎn)換功能函數(shù)，可以分別采用傳遞函數(shù)、零極點增益、狀態(tài)空間以及動態(tài)結(jié)構(gòu)圖等4種數(shù)學(xué)模型來表示控制系統(tǒng)，前3種是用數(shù)學(xué)表
2、達(dá)式描述的系統(tǒng)模型，每種模型都有連續(xù)系統(tǒng)及離散系統(tǒng)兩種類別的表示；而動態(tài)結(jié)構(gòu)圖是基于傳遞函數(shù)的圖形化形式，是采用MATLAB中提供的SIMULINK結(jié)構(gòu)圖來實現(xiàn)的。MATLAB中使用的數(shù)學(xué)模型之間的轉(zhuǎn)換也很方便，使得采用MATLAB編制的程序更加簡單、精煉而高效。第7章控制系統(tǒng)的MATLAB仿真37.1.1系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型表示傳遞函數(shù)模型通常表示線性定常時不變系統(tǒng)（LTI），可以是連續(xù)的時間系統(tǒng)，也可以是離散的時間系統(tǒng)。對于離散的時間系統(tǒng)，其脈沖傳遞函數(shù)可表示為：第7章控制系統(tǒng)的MATLAB仿真不論是連續(xù)的還是離散的時間系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)的分子/分母
3、多項式均按s或z的降冪來排列。在MATLAB中可直接采用分子/分母多項式系數(shù)構(gòu)成的兩個向量num與den來表示系統(tǒng)，即：4在MATLAB中，可用函數(shù)命令tf()來建立控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型，其調(diào)用格式和功能分別為：（1）sys=tf(num,den)；（2）sys=tf(num,den,Ts)；。（3）sys=tf(M)；（4）tfsys=tf(sys)；第7章控制系統(tǒng)的MATLAB仿真5第7章7.1.2零極點增益模型當(dāng)連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)表達(dá)式采用系統(tǒng)增益、系統(tǒng)零點與系統(tǒng)極點來表示時，稱之為系統(tǒng)零極點增益模型。系統(tǒng)零極點增益模型是傳遞函數(shù)模型的一種特
4、殊形式。離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)零極點增益模型：控制系統(tǒng)的MATLAB仿真6第7章在MATLAB里，連續(xù)與離散系統(tǒng)都可直接用向量z、p、k構(gòu)成的矢量組[z,p,k]來表示系統(tǒng)，即：控制系統(tǒng)的MATLAB仿真7第7章在MATLAB中，可用函數(shù)命令zpk()來建立控制系統(tǒng)的零極點增益模型，其調(diào)用格式和功能分別為：（1）sys=zpk(num,den)；（2）sys=zpk(num,den,Ts)；（3）sys=zpk(M)；（4）tfsys=zpk(sys)；控制系統(tǒng)的MATLAB仿真87.1.3狀態(tài)空間模型控制系統(tǒng)在主要工作區(qū)域內(nèi)的一定條件下可近似為線性時不
5、變（LTI）模型，連續(xù)LTI對象系統(tǒng)總是能用一階微分方程組來表示，寫成矩陣形式即為狀態(tài)空間模型：第7章控制系統(tǒng)的MATLAB仿真其中：式（a）——系統(tǒng)的狀態(tài)方程，是由n個一階微分方程組成的微分方程組；式（b）——系統(tǒng)的輸出方程，是由1個線性代數(shù)方程組成的；9第7章離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型可表示為：控制系統(tǒng)的MATLAB仿真式中：U——系統(tǒng)的控制輸入向量；X——系統(tǒng)的狀態(tài)向量；Y——系統(tǒng)的輸出向量；k——特定時刻的采樣點；A——狀態(tài)矩陣，由控制對象的參數(shù)決定；B——控制矩陣；C——輸出矩陣；D——直接傳輸矩陣。10MATLAB中的函數(shù)ss()可用來建立控
6、制系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，或者將傳遞函數(shù)模型與零極點增益模型轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)狀態(tài)空間模型。ss()函數(shù)的調(diào)用格式為：（1）sys=ss(a,b,c,d)；（2）sys=ss(a,b,c,d,Ts)；（3）sys=ss(d)；該函數(shù)等價于sys=ss([],[],[],d)。（4）sys_ss=ss(sys)；第7章控制系統(tǒng)的MATLAB仿真11第7章【例7.1】已知某系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式為：控制系統(tǒng)的MATLAB仿真試采用MATLAB語言求出該系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型。12解：采用狀態(tài)空間模型表示時，可在MATLAB命令窗口中輸入以下命令：??A=[1000;010
7、0;0010;-1-50-2];??B=[0;0;0;1];??C=[3210];D=0;??sys=ss(A,B,C,D)上述指令執(zhí)行后可得指定系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型為：a=x1x2x3x4x11000x20100x30010x4-1-50-2第7章控制系統(tǒng)的MATLAB仿真13第7章b=u1x10x20x30x41c=x1x2x3x4y13210d=u1y10Continuous-timemodel.控制系統(tǒng)的MATLAB仿真147.1.4系統(tǒng)不同模型間的相互轉(zhuǎn)換在MATLAB6.1的信號處理工具箱與控制系統(tǒng)工具箱中，提供了傳遞函數(shù)模型、零極點增益模
8、型與狀態(tài)空間模型之間轉(zhuǎn)換的函數(shù)：ss2tf()，ss2zp()，tf2ss()，tf2zp()，zp2ss(
