控制系統(tǒng)建模、分析、設(shè)計(jì)和仿真(已修改)
2025-01-19 15:40 本頁面
【正文】 第 5 章 MATLAB在自動(dòng)控制原理中的應(yīng)用 第 5章 MATLAB在自動(dòng)控制原理的應(yīng)用 控制系統(tǒng)模型 控制系統(tǒng)的時(shí)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(shù) 極點(diǎn)配置和觀測(cè)器設(shè)置 最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 5 章 MATLAB在自動(dòng)控制原理中的應(yīng)用 控制系統(tǒng)模型 pipip x ????????? ?x 控制系統(tǒng)的描述與 LTI對(duì)象 1． 控制系統(tǒng)的模型及轉(zhuǎn)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(duì)自動(dòng)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(shù)模型 (tf)以及零極點(diǎn)增益模型(zpk)。 模型轉(zhuǎn)換函數(shù)： ss2tf， ss2zp， tf2ss， tf2zp， zp2ss和 zp2tf。 2． LTI對(duì)象 為了對(duì)系統(tǒng)的調(diào)用和計(jì)算帶來方便 。 根據(jù)軟件工程中面向?qū)ο蟮乃枷?，MATLAB通過建立專用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型 ， 把線性時(shí)不變系統(tǒng) (LTI)的各種模型封裝成為統(tǒng)一的 LTI對(duì)象 。 MATLAB控制系統(tǒng)工具箱中規(guī)定的 LTI對(duì)象包含了三種子對(duì)象： ss對(duì)象 、 tf對(duì)象和 zpk對(duì)象 。 每個(gè)對(duì)象都具有其屬性和方法 ， 通過對(duì)象方法可以存取或者設(shè)置對(duì)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(shù)與模塊 ， 用于對(duì)控制系統(tǒng)的仿真和分析 。 第 5 章 MATLAB在自動(dòng)控制原理中的應(yīng)用 屬性說明 ： (1)當(dāng)系統(tǒng)為離散系統(tǒng)時(shí) ， 給出了系統(tǒng)的采樣周期 Ts。 Ts＝ 0或缺省時(shí)表示系統(tǒng)為連續(xù)時(shí)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(shí)延 Td僅對(duì)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)有效 ， 其值為由每個(gè)輸入通道的輸入時(shí)延組成的時(shí)延數(shù)組 ， 缺省表示無輸入時(shí)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(shù)組 ， 分別與輸入輸出有相同的維數(shù) ， 可缺省 。 (4)Notes和用戶數(shù)據(jù) Userdata用以存儲(chǔ)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(shù)據(jù) ， 可缺省 。 第 5 章 MATLAB在自動(dòng)控制原理中的應(yīng)用 對(duì)象名稱 屬性名稱 意 義 屬性值的變量類型 tf對(duì)象 (傳遞函數(shù) ) den 傳遞函數(shù)分母系數(shù) 由行數(shù)組組成的單元陣列 num 傳遞函數(shù)分子系數(shù) 由行數(shù)組組成的單元陣列 variable 傳遞函數(shù)變量 s、 z、 p、 k、 z1中之一 zpk對(duì)象 (零極點(diǎn)增益 ) k 增益 二維矩陣 p 極點(diǎn) 由行數(shù)組組成的單元陣列 variable 零極點(diǎn)增益模型變量 s、 z、 p、 k、 z1中之一 z 零點(diǎn) 由行數(shù)組組成的單元陣列 ss對(duì)象 (狀態(tài)空間 ) a 系數(shù)矩陣 二維矩陣 b 系數(shù)矩陣 二維矩陣 c 系數(shù)矩陣 二維矩陣 d 系數(shù)矩陣 二維矩陣 e 系數(shù)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(dòng)控制原理中的應(yīng)用 LTI模型的建立及轉(zhuǎn)換函數(shù) 在 MATLAB的控制系統(tǒng)工具箱中 ， 各種 LTI對(duì)象模型的生成和模型間的轉(zhuǎn)換都可以 通過一個(gè)相應(yīng)函數(shù)來實(shí)現(xiàn) 。 1?z函數(shù)名稱及基本格式 功 能 dss(a, b, c, d, …) 生成（或?qū)⑵渌Ｐ娃D(zhuǎn)換為）描述狀態(tài)空間模型 filt(num, den, …) 生成（或?qū)⑵渌Ｐ娃D(zhuǎn)換為） DSP形式的離散傳遞函數(shù) ss(a, b, c, d, …) 生成（或?qū)⑵渌Ｐ娃D(zhuǎn)換為）狀態(tài)空間模型 tf(num, den, …) 生成（或?qū)⑵渌Ｐ娃D(zhuǎn)換為）傳遞函數(shù)模型 zpk(z, p, k, …) 生成（或?qū)⑵渌Ｐ娃D(zhuǎn)換為）零極點(diǎn)增益模型 表 生成 LTI模型的函數(shù) 第 5 章 MATLAB在自動(dòng)控制原理中的應(yīng)用 [例 54] 生成離散系統(tǒng)的零極點(diǎn)模型 。 MATLAB源程序?yàn)椋? z={[] ,}。 p={,[+2i,]}。 k=[2,3]。 s6=zpk(z,p,k,1) 運(yùn)行結(jié)果為： Zero/pole/gain from input 1 to output: ← 從第 1輸入端口至輸出的零極點(diǎn)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(diǎn)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(dòng)控制原理中的應(yīng)用 LTI對(duì)象屬性的設(shè)置與轉(zhuǎn)換 1． LTI對(duì)象屬性的獲取與設(shè)置 函數(shù)名稱及基本格式 功 能 get(sys, ‘PropertyName’, 數(shù)值 , …) 獲得 LTI對(duì)象的屬性 set(sys, ‘PropertyName’, 數(shù)值 , …) 設(shè)置和修改 LTI對(duì)象的屬性 ssdata, dssdata(sys) 獲得變換后的狀態(tài)空間模型參數(shù) tfdata(sy
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