控制系統(tǒng)建模、分析、設計和仿真(已修改)
2025-01-19 15:40 本頁面
【正文】 第 5 章 MATLAB在自動控制原理中的應用 第 5章 MATLAB在自動控制原理的應用 控制系統(tǒng)模型 控制系統(tǒng)的時域分析 控制系統(tǒng)的根軌跡 控制系統(tǒng)的頻域分析 系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析函數 極點配置和觀測器設置 最優(yōu)控制系統(tǒng)設計 第 5 章 MATLAB在自動控制原理中的應用 控制系統(tǒng)模型 pipip x ????????? ?x 控制系統(tǒng)的描述與 LTI對象 1． 控制系統(tǒng)的模型及轉換 線性控制系統(tǒng)是一般線性系統(tǒng)的子系統(tǒng) 。 在 MATLAB中 ， 對自動控制系統(tǒng)的描述采用三種模型：狀態(tài)空間模型 (ss)、 傳遞函數模型 (tf)以及零極點增益模型(zpk)。 模型轉換函數： ss2tf， ss2zp， tf2ss， tf2zp， zp2ss和 zp2tf。 2． LTI對象 為了對系統(tǒng)的調用和計算帶來方便 。 根據軟件工程中面向對象的思想 ，MATLAB通過建立專用的數據結構類型 ， 把線性時不變系統(tǒng) (LTI)的各種模型封裝成為統(tǒng)一的 LTI對象 。 MATLAB控制系統(tǒng)工具箱中規(guī)定的 LTI對象包含了三種子對象： ss對象 、 tf對象和 zpk對象 。 每個對象都具有其屬性和方法 ， 通過對象方法可以存取或者設置對象的屬性值 。 在 MATLAB的 Control System Toolbox(控制系統(tǒng)工具箱 )中提供了許多仿真函數與模塊 ， 用于對控制系統(tǒng)的仿真和分析 。 第 5 章 MATLAB在自動控制原理中的應用 屬性說明 ： (1)當系統(tǒng)為離散系統(tǒng)時 ， 給出了系統(tǒng)的采樣周期 Ts。 Ts＝ 0或缺省時表示系統(tǒng)為連續(xù)時間系統(tǒng)； Ts=1表示系統(tǒng)是離散系統(tǒng) ， 但它的采樣周期未定 。 (2) 輸入時延 Td僅對連續(xù)時間系統(tǒng)有效 ， 其值為由每個輸入通道的輸入時延組成的時延數組 ， 缺省表示無輸入時延 。 (3)輸入變量名 InputName和輸出變量名 OutputName允許用戶定義系統(tǒng)輸入輸出的名稱 ， 其值為一字符串單元數組 ， 分別與輸入輸出有相同的維數 ， 可缺省 。 (4)Notes和用戶數據 Userdata用以存儲模型的其它信息 ， 常用于給出描述模型的文本信息 ， 也可以包含用戶需要的任意其它數據 ， 可缺省 。 第 5 章 MATLAB在自動控制原理中的應用 對象名稱 屬性名稱 意 義 屬性值的變量類型 tf對象 (傳遞函數 ) den 傳遞函數分母系數 由行數組組成的單元陣列 num 傳遞函數分子系數 由行數組組成的單元陣列 variable 傳遞函數變量 s、 z、 p、 k、 z1中之一 zpk對象 (零極點增益 ) k 增益 二維矩陣 p 極點 由行數組組成的單元陣列 variable 零極點增益模型變量 s、 z、 p、 k、 z1中之一 z 零點 由行數組組成的單元陣列 ss對象 (狀態(tài)空間 ) a 系數矩陣 二維矩陣 b 系數矩陣 二維矩陣 c 系數矩陣 二維矩陣 d 系數矩陣 二維矩陣 e 系數矩陣 二維矩陣 StateName 狀態(tài)變量名 字符串單元向量 第 5 章 MATLAB在自動控制原理中的應用 LTI模型的建立及轉換函數 在 MATLAB的控制系統(tǒng)工具箱中 ， 各種 LTI對象模型的生成和模型間的轉換都可以 通過一個相應函數來實現(xiàn) 。 1?z函數名稱及基本格式 功 能 dss(a, b, c, d, …) 生成（或將其它模型轉換為）描述狀態(tài)空間模型 filt(num, den, …) 生成（或將其它模型轉換為） DSP形式的離散傳遞函數 ss(a, b, c, d, …) 生成（或將其它模型轉換為）狀態(tài)空間模型 tf(num, den, …) 生成（或將其它模型轉換為）傳遞函數模型 zpk(z, p, k, …) 生成（或將其它模型轉換為）零極點增益模型 表 生成 LTI模型的函數 第 5 章 MATLAB在自動控制原理中的應用 [例 54] 生成離散系統(tǒng)的零極點模型 。 MATLAB源程序為： z={[] ,}。 p={,[+2i,]}。 k=[2,3]。 s6=zpk(z,p,k,1) 運行結果為： Zero/pole/gain from input 1 to output: ← 從第 1輸入端口至輸出的零極點增益 2 () Zero/pole/gain from input 2 to output: ← 從第 2輸入端口至輸出的零極點增益 3 (z+) (z(+2i)) (z()) Sampling time: unspecified 表明該系統(tǒng)為雙輸入單輸出的離散系統(tǒng) 。 第 5 章 MATLAB在自動控制原理中的應用 LTI對象屬性的設置與轉換 1． LTI對象屬性的獲取與設置 函數名稱及基本格式 功 能 get(sys, ‘PropertyName’, 數值 , …) 獲得 LTI對象的屬性 set(sys, ‘PropertyName’, 數值 , …) 設置和修改 LTI對象的屬性 ssdata, dssdata(sys) 獲得變換后的狀態(tài)空間模型參數 tfdata(sy
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