matlab在自控原理中的应用
matlab在自动控制中的应用
matlab在自动控制中的应用
Matlab在自动控制中有广泛的应用。
以下是几个常见的应用
领域：
1. 系统建模和仿真：Matlab可以用于系统建模和仿真，可以
根据实际物理系统的特性来建立数学模型，并通过仿真来验证系统的性能。
2. 控制系统设计：Matlab提供了丰富的控制系统设计工具箱，可以用于设计各种类型的控制器，如比例-积分-微分（PID）
控制器、线性二次调节器（LQR）等。
3. 系统分析和优化：Matlab可以用于分析控制系统的性能，
如稳定性、鲁棒性和灵敏度等。
还可以用于系统参数优化，通过调整控制器的参数来达到期望的控制效果。
4. 多变量控制系统：Matlab可以处理多变量控制系统，可以
对多输入多输出（MIMO）系统进行建模、仿真和控制设计。
5. 自适应控制：Matlab提供了自适应控制工具箱，可以用于
设计具有自适应性能的控制器，可以根据系统动态特性自动调整控制参数。
6. 状态估计和观测器设计：Matlab可以用于设计状态估计器
和观测器，用于估计系统的状态变量，从而实现对系统的观测和控制。
7. 非线性控制系统：Matlab可以处理非线性控制系统，可以
用于建立非线性控制系统的数学模型，并进行仿真和控制设计。
总的来说，Matlab在自动控制中提供了丰富的工具和功能，
可以帮助工程师和研究人员进行控制系统的分析、建模、仿真和控制设计等工作。
第8章 MATLAB在自动控制原理中应用
6( s 5) ( s 2 3s 1) 2 ( s 6)(s 3 6s 2 5s 3)
num=6*[1 5]; den=conv(conv(conv([1 3 1],[1 3 1]),[1 6]),[1 6 5 3]); g3=tf(num,den)
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
2．LTI模型的转换函数 表5.5 模型检测函数 函数名及 调用格式 isct(sys) isdt(sys) isempty(sys) isproper 功 能
判断LTI对象sys是否为连续时间系统。若是，返回1；否则 返回0 判断LTI对象sys是否为离散时间系统。若是，返回1；否则 返回0 判断LTI对象sys是否为空。若是，返回1；否则返回0 判断LTI对象sys是否为特定类型对象。若是，返回1；否则 返回0
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
对象名称 tf对象 (传递函数) 属性名称 den num 意 义 传递函数分母系数 传递函数分子系数 属性值的变量类型 由行数组组成的单元阵列 由行数组组成的单元阵列
variable
k p zpk对象 (零极点增益) variable z
传递函数变量
g2=zpk(g1) 运行结果为：
把传递函数转换成零极点形式
(s+5) --------------------------------------------------------(s^2 + 2.576s + 2.394) (s^2 - 0.5756s + 2.088)
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
Matlab在《自动控制原理》教学课件中的应用共5页
Matlab在《自动控制原理》教学课件中的应用一、《自动控制原理》课程的教学现状《自动控制原理》是电气专业的一门专业基础课,它是以工程数学、电子技术以及多门电学专业课为基础,讲述自动控制系统的基本概念、建立控制系统数学模型、分析系统性能、进行系统设计的基础理论和相关技术。
在实际教学中,这门课上课的老师和学生都觉得效果不好,学完之后,学生抓不住重点,甚至有些学生很讨厌这门课。
主要原因有以下几个方面:1、内容多,学时少2、教学模式单一,课堂教学枯燥,没有生机3、虽然许多教师制作了《自动控制原理》课程的课件,多媒体的授课方式逐步取代了传统的教学方式,但是,限于课件制作时间较短,部分教师制作的多媒体课件仅仅是把讲义从黑板搬到了屏幕上,没有发挥多媒体生动直观的优势。
二、Matlab在自动控制原理课程中的应用Matlab是一种专业的计算机程序,用于数值计算、符号运算及图形处理。
从教学方面来说,优秀的仿真软件有助于提高学生的学习兴趣,有效地扩充教学信息,增加吸引力,使教学更加生动、形象。
这对于高职院校的学生来说显得尤为重要。
Matlab工具箱分为两大类:功能性工具箱和学科性工具箱。
其中Simulink是一个模块化的系统动态仿真环境,是Matlab的重要组成部分,并且使用方便,只需要用鼠标拖动的方法,就能很快地建立系统的框图模型,并可选择仿真参数和数值算法、启动仿真程序对该系统进行仿真、设置不同的输出方式来观察仿真结果。
在仿真过程中可以随意改变参数,实时观测系统的变化,交互性好。
Matlab环境更能使学生摆脱深奥的数学推导,容易使其对新知识产生浓厚的探索兴趣。
《自动控制原理》主要涉及到系统的性能分析和设计,其定量的分析要依靠大量繁琐的数学推导。
而通过采Matlab进行辅助教学,能使学生比较直观地了解自动控制的原理及特性,从数学推导中摆脱出来。
在Matlab 中的Simulink仿真器,其功能强大,可方便的用于对自动控制系统的动态过程进行仿真[1]。
MATLAB在自动控制原理中的应用
本论文主要研究如何根据用户要求的性能指标进行自动控制系统的串联校正设计，而此设计又具有很重要的现实意义。
对于给定的线性定常系统，我们通常通过加入串联超前、滞后或超前滞后综合校正装置，以达到提高系统的精度和稳定性的目的。
本文将给出基于频率特性法串联校正的具体设计方法，同时对该课题中的控制系统模型进行仿真。
本设计可实现如下功能：对一个线性定常系统，根据需求的性能指标，通过本设计可给出系统的串联校正网络，从绘制出的各种响应曲线可以直观地将校正前后的系统进行比较，而仿真实例结果也进一步表明了此设计方法有效性和实用性。
关键词：串联校正；根轨迹；频率特性法；MATLAB1．1研究目的在实际工程控制中，往往需要设计一个系统并选择适当的参数以满足性能指标的要求，或对原有系统增加某些必要的元件或环节，使系统能够全面满足性能指标要求，此类问题就称为系统校正与综合，或称为系统设计。
当被控对象给定后，按照被控对象的工作条件，被控信号应具有的最大速度和加速度要求等，可以初步选定执行元件的形式、特性和参数。
然后，根据测量精度、抗扰能力、被测信号的物理性质、测量过程中的惯性及非线性度等因素，选择合适的测量变送元件。
在此基础上，设计增益可调的前置放大器与功率放大器。
这些初步选定的元件以及被控对象适当组合起来，使之满足表征控制精度、阻尼程度和响应速度的性能指标要求。
如果通过调整放大器增益后仍然不能全面满足设计要求的性能指标，就需要在系统中增加一些参数及特性可按需要改变的校正装置，使系统能够全面满足设计要求，这就是控制系统设计中的校正问题。
系统设计过程是一个反复试探的过程，需要很多经验的积累。
MATLAB为系统设计提供了有效手段。
1．2相关研究现状系统仿真作为一种特殊的实验技术，在20世纪30-90年代的半个多世纪中经历了飞速发展，到今天已经发展成为一种真正的、系统的实验科学。
自动控制系统仿真是系统仿真的一个重要分支，它是一门设计自动控制理论、计算机数学、计算机技术、系统辩识以及系统科学的综合性新型学科。
MATLAB在自动控制原理中的应用
自动控制原理是研究自动控制系统的基本原理和设计方法的学科。本演示将 介绍MATLAB在控制系统分析、设计和应用中的强大功能。
自动控制原理简介
自动控制原理研究控制系统的基本概念、原理和工程实现方法，以及控制系统的稳态和动态性能分析。
MATLAB的概述
MATLAB是一种高级数值计算和可视化软件，被广泛应用于工程、科学和数学领域，包括自动控制原理。
MATLAB在自动控制原理中的作用
MATLAB提供了丰富的工具和函数，用于控制系统建模、仿真、稳态分析、动态性能分析、控制系统设计等方 面。
控制系统建模与仿真
MATLAB可以帮助工程师将现实世界的控制系统抽象为数学模型，并进行仿真以评估其性能和稳定性。
控制系统稳态分析
MATLAB可以分析控制系统在稳态运行时的性能特征，包括稳态误差、稳定性 和系统响应。
控制系统动态性能分析
MATLAB可以分析控制系统在动态过程中的性能特征，如时间响应、频率响应 和阶跃响应。
控制系统设计
MATLAB提供了多种控制器设计方法和工具，用于设计满足特定要求的控制系统。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
线性控制系统分析工具
MATLAB提供了丰富的线性控制系统分析工具，包括传递函数、频域分析和根轨迹等。
非线性控制系统分析工具
MATLAB提供了强大的非线性控制系统分析工具，包括状态空间模型、Lyapunov稳定性分析和反馈线性化。
基于matlab在自动控制原理中的应用(精)
[gm,pm,wcp,wcg]=margin(num,den) gm：增益 pm：相位裕度 wcp：相位裕度对应的频率 wcg：增益对应的频率
11.求连续系统的Nyquist(奈奎斯特)频率曲线
nyquist(num,den)
例：
12. 求系统根轨迹
rlocus(num,den)
例: num=[2,5,1] den=[1,2,3] rlocus(num,den)
step(num,den) 单位阶跃响应 nyquist(num,den) 奈奎斯特频率曲线
Nichols(num,den) 尼柯尔斯频率响应曲线
谢谢指导！
退出
6.连接系统的单位阶跃响应
step(num,den)
7.连接系统的单位冲激响应
impulse(num,den)
8.连续系统的BODE(波特)频率响应
bode(num,den)
例：
9. 变系统零极点增益形式为传递函数形式
[num,den]=zp2tf(z,p,k)
z、p为列向量
10. 求增益和相位裕m] den = [a1，a2，…an ]
输入：num1=[3] den1=[1,4] num2=[2,4] den2=[1,2,3]
2. a=tf([1,2,3],[3,4,5,7]) Transfer function: s^2 + 2 s + 3 ----------------------3 s^3 + 4 s^2 + 5 s + 7
例：
负反馈连接
numg=[2,5,1] deng=[1,2,3] numh=[5,10] denh=[1,10] [num,den]=feedback(numg,deng,numh,denh) 显示： num=
数控技术matlab在自动控制原理中的应用
利用Matlab实时监控加工过程， 对异常情况进行预警和调整，确 保加工过程的稳定性和安全性。
基于Matlab的数控机床故障诊断与预测
故障诊断
通过Matlab对数控机床的运行数据进行分析和处理， 检测和诊断机床的故障。
故障预测
利用Matlab对机床的运行状态进行预测，提前发现 潜在的故障风险，避免设备损坏和生产中断。
Matlab在控制系统建模中的应用
总结词：高效建模
详细描述：Matlab提供了丰富的数学函数库和图形界面，使得控制系统建模变得简单高效。用户可以通过简单的命令和操作 ，快速建立复杂的控制系统模型，并进行仿真和分析。
Matlab在控制系统建模中的应用
总结词：灵活性
详细描述：Matlab支持多种控制系统建模方法，如传递函数模型、状态空间模型、离散时间模型等。 用户可以根据需要选择合适的建模方法，以满足不同控制系统的需求。
促进技术创新
Matlab在数控技术中的应用为自动控制原理提供了新的研究方法 和思路，有助于推动相关技术的创新和发展。
未来研究与发展方向
深入研究Matlab算法优化
进一步探索Matlab算法的优化方法，以提高数控技术的计算效率和 精度。
拓展应用领域
将Matlab在数控技术中的应用拓展到更多领域，如机器人控制、航 空航天等高精度控制领域。
维护策略制定
根据故障诊断和预测结果，制定合理的维护和保养计 划，延长机床的使用寿命和提高生产效率。
05
结论与展望
数控技术Matlab在自动控制原理中的应用价值
提高系统稳定性
通过Matlab对数控技术进行模拟和优化，可以显著提高自动控制 系统的稳定性，减少实际运行中的误差和故障。
matlab在自动控制原理中的应用
MATLAB在自动控制原理中的应用1. 简介MATLAB是一种高级的科学计算软件，广泛应用于工程学、计算机科学、物理学等领域。
在自动控制原理中，MATLAB提供了强大的工具和函数，可以帮助工程师和研究人员轻松地进行系统建模、系统分析和控制设计。
2. 系统建模在自动控制原理中，系统建模是非常重要的一步。
MATLAB提供了多种建模工具和函数，可以根据系统的物理特性或实验数据来建立数学模型。
•使用MATLAB的符号计算工具，可以将系统的微分方程或差分方程进行符号化处理，得到系统的传递函数或状态空间模型。
- 通过符号计算，得到系统的微分方程或差分方程- 使用符号计算工具，将方程符号化处理- 得到系统的传递函数或状态空间模型•如果已经有系统的输入输出数据，可以使用MATLAB的系统辨识工具，通过对数据进行处理和分析，得到系统的数学模型。
- 收集系统的输入输出数据- 使用系统辨识工具，对数据进行处理和分析- 得到系统的数学模型3. 系统分析系统分析是了解和评估系统性能的过程。
MATLAB提供了丰富的分析工具和函数，可以帮助工程师和研究人员进行系统的频率域分析、时域分析等。
•使用MATLAB的频率响应分析工具，可以对系统的幅频特性、相频特性进行分析，了解系统的频率响应。
- 使用频率响应分析工具，分析系统的幅频特性- 分析系统的相频特性•使用MATLAB的时域分析工具，可以对系统的步响应、阶跃响应等进行分析，了解系统的动态特性。
- 使用时域分析工具，分析系统的步响应- 分析系统的阶跃响应4. 控制设计控制设计是根据系统的需求和性能指标，设计控制器来实现对系统的控制。
MATLAB提供了多种控制设计工具和函数，可以帮助工程师和研究人员进行控制器的设计和优化。
•使用MATLAB的根轨迹设计工具，可以进行系统的根轨迹分析，针对系统的性能指标进行控制器的设计和调整。
- 使用根轨迹设计工具，进行系统的根轨迹分析- 针对系统的性能指标，设计和调整控制器•使用MATLAB的频率域设计工具，可以进行系统的频率域设计，根据系统的幅频特性和相频特性设计控制器。
MATLAB在《自动控制原理》教学中的应用
MATLAB在《自动控制原理》教学中的应用本文分析了当前成教《自动控制原理》课程教学方法的不足,提出在《自动控制原理》课程中引入MATLAB仿真教学方法,并通过具体的教学实例说明该方法在教学效果和教学效率上的优势。
标签：MATLAB 自动控制原理教学方法《自动控制原理》是电气工程、自动化、仪器与仪表、电子信息、机电一体化等专业的重点课程。
该课程理论知识的逻辑性很强,带有方法论的特点,同时又和工程实践密切相关,在《自动控制原理》教学中应该采取能够及时反映自动控制领域新技术、新成果和新内容的教学方法。
而在目前成人教育专业课学时不断压缩的背景下,如何提高课堂教学效率也成为我们研究和探索新型教学方法时应该着重考虑的问题之一。
1 教学现状及改进方法《自动控制原理》课程内容理论性强、公式应用灵活、前后联系紧密,且要应用大量的物理及高等数学相关知识。
这与成人教育中学员学习基础参差不齐形成鲜明的矛盾。
仅通过一张黑板一支粉笔,按部就班传统教学方式,使绝大多数学员感到课程内容抽象,难以理解。
随着计算机多媒体技术在教学中的应用,教学软件在一定程度上丰富了教学手段,但由于自动控制原理实例的复杂性,现有的《自动控制原理》计算机多媒体软件,并不能从根本上解决本课程的理论教学与工程实践脱节的问题。
MATLAB是由MathWorks公司开发并推出的程序计算语言,它不仅集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体,并且一直面向控制理论和控制工程为其核心应用领域。
目前MATLAB的应用已从经典控制理论的应用发展到最优控制、系统辨识、模型预测控制、鲁棒控制、神经网络控制、模糊控制等领域[1]。
2 MATLAB在《自动控制原理》教学中的应用MATLAB包含了进行控制系统分析与设计所必须的工具箱函数,可以分析连续系统,也可以分析离散系统,并可以进行极点配置控制器设计和最优控制系统设计等多项操作。
现以连续系统中的时域分析法、频域分析法及根轨迹分析法为例介绍。
第8章 matlab在自动控制原理中的应用(1)
系统模型的连接
输出反馈 反馈联接 系统串联联接 系统并联联接 系统增广联接
由图所示，YB= WBUB = WBWAUA = WU 故 W(s) = WA(s) WB(s) 多项式相乘由卷积函数conv实现，其表示式为：
f = conv(fA，fB)， g = conv(gA，gB)
8.1.3 对象属性的获取和修改
对象属性的获取 get set 模型的参数转换和提取 dssdata ssdata tfdata zpkdata
get(s1) get(s5) s5.a set(s1,'num',[0,1,2,3,4],'den',[2,4,6,8,10]) get(s1) 用单元阵列的访问方法提取单项属性和对它单独赋值 s1.num s1.num{:} s1.num={[0,5,4,3,2]} s6.p s6.p{2} s6.p{2}=[0.5;0.7]
第 8章 Matlab在自动控 制原理中的应用
线性控制系统的特殊之处
研究线性系统中的时不变系统 系统复杂，具有各种数学描述方法，由各个数 学模型求出总的系统数学模型，研究系统特性 的同时，注意研究系统中各个部件的状态。 控制系统多为闭环反馈系统，一般研究其开环 系统如何反映和影响系统的闭环特性 由于控制系统的应用广泛性，在Matlab的控制 工具箱有很多，如鲁棒控制工具箱，神经网络 工具箱等
% 用传递函数法写出这两个系统的描述参数： fA=[5,10]; gA=[5,2,1]; fB=4; gB=[1,1,0]; % 两环节串联后合成的传递函数fh1,gh1为 fh1=conv(fA,fB); gh1=conv(gA,gB); disp('串联后的传递函数') printsys(fh1,gh1,'s') % 两环节并联后合成的传递函数fh2,gh2为 fh2=polyadd(conv(fA,gB),conv(gA,fB)); gh2=conv(gA,gB); disp('并联后的传递函数') printsys(fh2,gh2,'s') % 将B环节放在负反馈支路上后合成的传递函数fh3,gh3为 fh3=conv(fA,gB); gh3=polyadd(conv(fA,fB),conv(gA,gB)); disp('将B环节放在反馈支路上后的传递函数') printsys(fh3,gh3,'s')
MATLAB在自动控制原理中的应用
MATLAB在自动控制原理中的应用自动控制原理是控制理论的基础，用于描述和分析各种控制系统的设计和性能。
MATLAB是一种流行的数值计算软件，也是自动控制原理中广泛应用的工具。
MATLAB提供了丰富的功能和库，可以用于建模、仿真、分析和设计各种控制系统。
下面是MATLAB在自动控制原理中的几个常见应用：1. 系统建模和仿真：MATLAB提供了用于建立系统数学模型的工具包，比如Control System Toolbox。
使用这些工具，可以通过数学表达式或传递函数来描述系统的物理特性，然后可以使用模型进行仿真和分析。
仿真可以帮助理解系统的行为，优化系统的控制策略。
2. 控制器设计和分析：MATLAB提供了用于控制器设计和分析的工具包，例如Control System Toolbox和Simulink。
这些工具可以用于设计各种类型的控制器，如比例控制器、积分控制器、微分控制器和PID控制器。
还可以使用频域分析工具来评估控制系统的稳定性和性能。
3.系统优化：MATLAB提供了强大的优化工具箱，可以在给定性能指标的条件下，自动优化控制系统的参数。
可以使用这些工具来优化控制器的参数以达到要求的性能。
同时，还可以将优化问题建模为约束优化问题，并使用优化算法来解决这些问题。
4. 系统辨识：在实际控制应用中，经常需要从实验数据中估计系统的数学模型。
MATLAB提供了用于系统辨识的工具箱，如System Identification Toolbox。
可以使用这些工具来拟合实验数据，并估计系统的参数和结构。
5. 多体动力学仿真：MATLAB还提供了用于多体动力学仿真的工具包，如SimMechanics。
这些工具可以用于建立机械系统的动力学模型，并对系统进行仿真分析。
这在机械、航空航天和机器人等领域的控制系统设计中非常有用。
6. 状态估计和观测器设计：在控制系统中，通常需要估计无法直接测量的状态变量。
MATLAB提供了用于状态估计的工具包，如Kalmanfilter、Luenberger observer等。
matlab仿真在自动控制原理课程教学中的应用
matlab仿真在自动控制原理课程教学中的应用
Matlab是一种强大的数学软件，它可以用于自动控制原理的仿真和模拟实验。
在自动控制
原理课程教学中，Matlab的应用主要有以下几个方面：
1. 系统建模与仿真：利用Matlab可以方便地建立系统的数学模型，并进行仿真。
通过仿真，可以直观地观察系统的动态特性，从而深入理解自动控制原理的基本概念和方法。
2. 控制算法设计与验证：Matlab提供了丰富的控制算法设计工具箱，可以用于设计各种
控制器，如PID控制器、根轨迹设计、频率响应法等。
通过仿真验证，可以评估控制器的性能，并进行参数优化。
3. 实验数据分析：在实验中，可以采集系统的输入输出数据，利用Matlab进行数据分析和处理，如频域分析、时域分析、系统辨识等。
通过数据分析，可以更深入地了解系统的特性和性能。
4. 课程演示与展示：Matlab可以用于制作课程演示和展示，如动态仿真、控制算法演示等。
通过演示和展示，可以生动形象地展示自动控制原理的基本概念和方法，提高学生的学习兴趣和理解能力。
综上所述，Matlab在自动控制原理课程教学中具有重要的应用价值，可以帮助学生更深入地理解自动控制原理的基本概念和方法。
matlab在自控原理中的应用
MATLAB在自控原理中的应用概述MATLAB是一种高度集成的数值计算环境和编程语言，广泛用于科学计算、数据分析和工程设计等领域。
在自控原理中，MATLAB具有广泛的应用，可以用于系统建模、控制器设计、性能评估等方面。
本文将介绍MATLAB在自控原理中的主要应用。
系统建模•MATLAB提供了丰富的工具和函数用于系统建模，包括线性时不变系统、非线性系统、离散系统等。
可以通过使用这些工具对自控系统进行数学建模，从而实现对系统性能的分析和优化。
•MATLAB中的System Identification Toolbox可以根据已知的输入输出数据对系统进行辨识，从而获得系统的数学模型。
这个模型可以用于系统控制器设计和性能评估。
控制器设计•MATLAB提供了多种控制器设计工具，如PID Control Toolbox、State-Space Control Toolbox等。
这些工具可以根据系统模型、性能要求和控制策略，自动设计出合适的控制器。
•PID Control Toolbox可以根据系统的动态响应要求，自动生成PID 控制器的参数，并进行性能评估和优化。
•State-Space Control Toolbox可以利用系统的状态空间模型，设计出满足系统性能要求的状态反馈控制器和观测器。
性能评估•MATLAB提供了多种性能评估工具和函数，用于分析和评估系统的性能。
这些工具可以评估系统的稳定性、鲁棒性、饱和度、频率响应等性能指标。
•通过使用MATLAB中的频域分析工具，可以分析系统的频率响应和频率特性，从而判断系统是否满足设计要求。
•通过使用MATLAB中的时域分析工具，可以分析系统的动态响应和稳定性。
控制系统仿真•MATLAB是非常强大的仿真工具，可以用于控制系统的仿真分析。
可以通过在MATLAB中构建系统模型和控制器模型，进行闭环仿真，评估系统的控制效果和性能。
•MATLAB提供了多种仿真工具箱，如Simulink、Control System Toolbox等。
数控技术matlab在自动控制原理中的应用
8.1 控制工具箱中旳LTI对象
线性系统能够采用四种不同措施来进行描述， 每种措施又有几种参数矩阵，基于面对对象旳 设计思想，建立专用旳数据构造类型，将多种 模型封装成统一旳LTI对象。在一种名字下包 括了改系统旳全部属性。
8.1.1 LTI 对象旳类型和属性 控制工具箱中一般有三个对象ss tf zpk
0.2s 1 0.01s 1
系统串联联接
系统串联联接旳构造图如下图所示。在使
u
y
G1 (s)
num1 den1
G1 (s)
G2 (s)
G2 (s)
num2 den2
用过程中可用函数series得到串联络统旳数
学模型。
格式1：
[num,den]=series(num1,den1,num2,den2)
A1 0 B1 0
A
0
A2
B
0
B2
C
C1
0
0 C2
D
D1
0
0 D2
例：系统构造图如图 u1 + - 10
y1
所示，利用系统增广 -
s
函数求闭环系统旳数
学模型。
-
u2 +
2
y2
-
s
ns1=[10];ds1=[1 0];
[a1,b1,c1,d1]=tf2ss(ns1,ds1);
ns2=[2];ds2=[1,0];
u1
系统1
y1
u2
系统2
y2
可利用函数append()得到增广联络统状态空 间模型。使用格式如下：
[A,B,C,D]=append(A1,B1,C1,D1,A2,B2,C2,D2)
matlab自控原理
matlab自控原理Matlab自控原理自控原理是控制工程中的重要概念，它是指通过对被控对象的测量和分析，利用反馈控制方法对系统进行调节和控制，以实现系统的稳定性、精度和鲁棒性等性能要求。
而Matlab作为一种强大的数学建模和仿真工具，能够有效地支持自控原理的研究和应用。
一、自控原理的基本概念在自控原理中，常常涉及到控制系统的建模和仿真。
Matlab提供了丰富的工具箱，可以方便地进行系统的建模和仿真。
通过利用Matlab提供的信号处理、系统辨识、控制系统设计等工具箱，可以对不同类型的控制系统进行建模和仿真，从而实现系统性能的评估和优化。
二、Matlab在自控原理中的应用1. 系统建模与仿真Matlab提供了Simulink工具箱，可以方便地进行系统的建模和仿真。
通过将系统的输入、输出和传递函数等参数输入到Simulink中，可以得到系统的时域响应、频域特性和稳定性分析等结果。
这对于控制系统的设计和优化具有重要意义。
2. 控制器设计与调节Matlab提供了Control System Toolbox工具箱，可以方便地进行控制器的设计和调节。
通过利用Control System Toolbox中的PID、PI、PD等控制器设计方法，可以实现对系统的闭环控制。
同时，Matlab还提供了系统的稳定性和鲁棒性分析工具，可以对控制系统进行性能评估和优化。
3. 系统性能评估与优化Matlab提供了优化工具箱，可以对控制系统的性能进行评估和优化。
通过利用优化工具箱中的遗传算法、粒子群优化等算法，可以对系统的参数进行优化，以达到系统性能的最佳化。
三、Matlab在自控原理中的案例应用以飞行器控制系统为例，利用Matlab进行控制系统的建模和仿真。
首先，通过对飞行器动力学进行建模，得到飞行器的状态空间方程。
然后，利用Matlab的Simulink工具箱，将飞行器的状态空间方程输入到Simulink中，并设置控制器的参数。
第9章 MATLAB在自动控制原理与系统中的应用
变量名、函数名是对字母大小写敏感的。如变量myvar和MyVar表示两个不 同的变量。sin是MATLAB定义的正弦函数名，但SIN,Sin等都不是。 变量名的第一个字符必须是英文字母，最多可包含63个字符（英文、数字 和下连符）。如myvar201是合法的变量名。 变量名中不得包含空格、标点、运算符，但可以包含下连符。如变量名 my_var_201是合法的，且读起来更方便。而my,var201由于逗号的分隔，表 示的就不是一个变量名。 用户可用命令对工作空间中的变量进行显示、 删除或保存等操作。例如，在MATLAB命令 窗口直接键入“who”和“whos”命令，将可 以看到目前工作空间的所有变量；用“save” 命令可以保存工作空间的变量；用“clear”命 令可删除工作空间里的变量。用户也可以使 用MATLAB的变量浏览器对工作空间的变量 进行操作。执行【Desktop】【Workspace】 命令，可以打开变量浏览器，如图1-4-2所示。 图1-4-2 工作空间窗口 用户可以在MATLAB变量浏览器中用鼠标右 键来对选定的变量进行操作，如显示、绘图、 拷贝、保存、删除、重命名等。
1、MATLAB的工作空间
在MATLAB中，工作空间（workspace）是一个重要的概念。工作空间 是指运行MATLAB的程序或命令所生成的所有变量和MATLAB提供的 常量构成的空间。MATLAB每打开一次，就会自动建立一个工作空间， 该工作空间在MATLAB运行期间一直存在，关闭MATLAB后自动消失。 当运行MATLAB程序时，程序中的变量将被加入到工作空间中，只有 特定的命令才可删除某一变量，否则该变量在关闭MATLAB之前一直 存在。由此可见，在一个程序中的运算结果以变量的形式保存在工作空 间后，在MATLAB关闭之前该变量还可被别的程序调用。
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控制系统的模拟试验与MATLAB 仿真1 MATLAB 简介（略）2 MATLAB 基本操作命令本节简单介绍与本书内容相关的一些基本知识和操作命令。
（1）简单矩阵的输入MATLAB 是一种专门为矩阵运算设计的语言，所以在MATLAB 中处理的所有变量都是矩阵。
这就是说，MATLAB 只有一种数据形式，那就是矩阵，或者数的矩形阵列。
标量可看作为1×1的矩阵，向量可看作为n ×1或1×n 的矩阵。
这就是说，MATLAB 语言对矩阵的维数及类型没有限制，即用户无需定义变量的类型和维数，MATLAB 会自动获取所需的存储空间。
输入矩阵最便捷的方式为直接输入矩阵的元素，其定义如下：（1） 元素之间用空格或逗号间隔；（2） 用中括号（[]）把所有元素括起来；（3） 用分号（；）指定行结束。
例如，在MATLAB 的工作空间中，输入：>> ]9654 3 2[a ； = 则输出结果为：965432 a =矩阵a 被一直保存在工作空间中，以供后面使用，直至修改它。
MATLAB 的矩阵输入方式很灵活，大矩阵可以分成n 行输入，用回车符代替分号或用续行符号（…）将元素续写到下一行。
例如：]987654321[a ， ， ； ， ， ； ， ， =9]8 7 6 5 4 32 1 [a =]987654321[a ， ， ； ， ， ； ， ， ⋅⋅⋅= 以上三种输入方式结果是相同的。
一般若长语句超出一行，则换行前使用续行符号（…）。
在MATLAB 中，矩阵元素不限于常量，可以采用任意形式的表达式。
同时，除了直接输入方式之外，还可以采用其它方式输入矩阵，如：（1） 利用内部语句或函数产生矩阵；（2） 利用M 文件产生矩阵；（3）利用外部数据文件装入到指定矩阵。
（2）复数矩阵输入MATLAB允许在计算或函数中使用复数。
输入复数矩阵有两种方法：（1）a=[12;34]+i*[56;78]（2） a=[1+5i 2+6i;3+7i 4+8i]注意，当矩阵的元素为复数时，在复数实部与虚部之间不允许使用空格符。
如1 ＋5i 将被认为是1和5i两个数。
另外，MATLAB表示复数时，复数单位也可以用j。
（3）MATLAB语句和变量MATLAB是一种描述性语言。
它对输入的表达式边解释边执行，就象BASIC语言中直接执行语句一样。
MATLAB语句的常用格式为：变量＝表达式[;]或简化为：表达式[;]表达式可以由操作符、特殊符号、函数、变量名等组成。
表达式的结果为一矩阵，它赋给左边的变量，同时显示在屏幕上。
如果省略变量名和“＝”号，则MATLAB自动产生一个名为ans的变量来表示结果，如：1900∕81结果为：ans=234568.ans 是MATLAB提供的固定变量，具有特定的功能，是不能由用户清除的。
常用的固定变量还有eps、pi、Inf、NaN等。
其特殊含义可以用7.2.10节介绍的方法查阅帮助。
MATAB允许在函数调用时同时返回多个变量,而一个函数又可以由多种格式进行调用，语句的典型格式可表示为：[返回变量列表]＝fun-name(输入变量列表)例如用bode()函数来求取或绘制系统的Bode图，可由下面的格式调用：]phasemagbode,[=)(Wnum,den,其中变量num、den表示系统传递函数分子和分母，W表示指定频段，mag为计算幅值，phase为计算相角。
（4）语句以“％”开始和以分号“；”结束的特殊效用在MATLAB中以“％”开始的程序行，表示注解和说明。
符号“％”类似于C++中的“//”。
这些注解和说明是不执行的。
这就是说，在MATLAB程序行中，出现“％”以后的一切内容都是可以忽略的。
分号用来取消打印，如果语句最后一个符号是分号，则打印被取消，但是命令仍在执行，而结果不再在命令窗口或其它窗口中显示。
这一点在M文件中大量采用，以抑制不必要的信息显示。
（5）获取工作空间信息MATLAB开辟有一个工作空间，用于存储已经产生的变量。
变量一旦被定义，MATLAB系统会自动将其保存在工作空间里。
在退出程序之前，这些变量将被保留在存储器中。
为了得到工作空间中的变量清单，可以在命令提示符>>后输入who 或whos 命令，当前存放在工作空间的所有变量便会显示在屏幕上。
命令clear 能从工作空间中清除所有非永久性变量。
如果只需要从工作空间中清除某个特定变量，比如“x ”,则应输入命令clear x 。
（6）常数与算术运算符MATLAB 采用人们习惯使用的十进制数。
如：3 –99 0.0001 9.6397238 20e 60210.1-23e 62252.6 2i -3.14159i 3e5i其中 1i -=。
数值的相对精度为eps ，它是一个符合IEEE 标准的16位长的十进制数，其范围为：30830810~10-。
MATLAB 提供了常用的算术运算符：+，－，*，∕（﹨），＾（幂指数）。
应该注意：（∕）右除法和（﹨）左除法这两种符号对数值操作时，其结果相同，其斜线下为分母，如1∕4与4﹨1,其结果均为0.25，但对矩阵操作时，左、右除法是有区别的。
（7）选择输出格式输出格式是指数据显示的格式，MATLAB 提供format 命令可以控制结果矩阵的显示，而不影响结果矩阵的计算和存储。
所有计算都是以双精度方式完成的。
（1） 如果矩阵的所有元素都是整数，则矩阵以不带小数点的格式显示。
如输入：]1 01[-=x 则显示：1 0 1- =x（2） 如果矩阵中至少有一个元素不是整数，则有多种输出格式。
常见格式有以下四种：① format short （短格式,也是系统默认格式）② format short e （短格式科学表示）③ format long （长格式）④ format long e （长格式科学表示）如：]6e 2345.13/4[-=x 对于以上四种格式，其显示结果分别为：0000.0 1.3333 =x 短格式5位表示06e 2345.1 001.3333e -+=x 短格式科学表示00000000012345.0 33333333331.3333 =x 长格式16位表示06e 000002345000000.1 00e 33333333331.3333 ++=x 长格式科学表示 一旦调用了某种格式，则这种被选用的格式将保持，直到对格式进行了改变为止。
（8）MATLAB 图形窗口 当调用了一个产生图形的函数时，MATLAB 会自动建立一个图形窗口。
这个窗口还可分裂成多个窗口，并可在它们之间选择，这样在一个屏上可显示多个图形。
图形窗口中的图形可通过打印机打印出来。
若想将图形导出并保存，可用鼠标点击菜单File|Export,导出格式可选emp 、bmp 、jpg 等。
命令窗口的内容也可由打印机打印出来：如果事先选择了一些内容，则可打印出所选择的内容；如果没有选择内容，则可打印出整个工作空间的内容。
（9）剪切板的使用利用Windows 的剪切板可在MATLAB 与其它应用程序之间交换信息。
（1） 要将MATLAB 的图形移到其它应用程序，首先按Alt-Print Screen 键，将图形复制到剪切板中，然后激活其它应用程序，选择edit （编辑）中的paste （粘贴），就可以在应用程序中得到MATLAB 中的图形。
当然还可以借助于copy to Bitmap 或copy to Metafile 选项来传递图形信息。
（2） 要将其它应用程序中的数据传递到MATLAB ，应先将数据放入剪切板，然后在MATLAB 中定义一个变量来接收。
如键入： q=[然后选择Edit 中的paste ，最后加上“]”,这样可将应用程序中的数据送入MATLAB 的q 变量中。
（10）MATLAB 编程指南MATLAB 的编程效率比BASIC 、C 、FORTRAN 和PASCAL 等语言要高，且易于维护。
在编写小规模的程序时，可直接在命令提示符>>后面逐行输入，逐行执行。
对于较复杂且经常重复使用的程序，可按7.1.3介绍的方法进入程序编辑器编写M 文件。
M 文件是用MATLAB 语言编写的可在MATLAB 环境中运行的磁盘文件。
它为脚本文件（Script File ）和函数文件（Function File ）,这两种文件的扩展名都是.m 。
（1） 脚本文件是将一组相关命令编辑在一个文件中，也称命令文件。
脚本文件的语句可以访问MATLAB 工作空间中的所有数据，运行过程中产生的所有变量都是全局变量。
例如下述语句如果以.m 为扩展名存盘，就构成了M 脚本文件,我们不妨将其文件名取为“S tep_Response”。
% 用于求取一阶跃响应。
num=[1 4];den=[1 2 8];step(num,den)当你键入help Step_Response 时，屏幕上将显示文件开头部分的注释：用于求取一阶跃响应。
很显然，在每一个M 文件的开头，建立详细的注释是非常有用的。
由于MATLAB 提供了大量的命令和函数，想记住所有函数及调用方法一般不太可能，通过联机帮助命令help 可容易地对想查询的各个函数的有关信息进行查询。
该命令使用格式为：help 命令或函数名注意：若用户把文件存放在自己的工作目录上，在运行之前应该使该目录处在MATLAB的搜索路径上。
当调用时，只需输入文件名，MATLAB 就会自动按顺序执行文件中的命令。
（2） 函数文件是用于定义专用函数的，文件的第一行是以function 作为关键字引导的，后面为注释和函数体语句。
函数就像一个黑箱，把一些数据送进去，经加工处理，再把结果送出来。
在函数体内使用的除返回变量和输入变量这些在第一行functon 语句中直接引用的变量外，其它所有变量都是局部变量，执行完后，这些内部变量就被清除了。
函数文件的文件名与函数名相同（文件名后缀为.m ）,它的执行与命令文件不同，不能键入其文件名来运行函数，M 函数必须由其它语句来调用，这类似于C 语言的可被其它函数调用的子程序。
M 函数文件一旦建立，就可以同MATLAB 基本函数库一样加以使用。
例1 求一系列数的平均数，该函数的文件名为“mean.m ”function y=mean(x)% 这是一个用于求平均数的函数w=length(x); % length 函数表示取向量x 的长度y=sum(x)/w; % sun 函数表示求各元素的和该文件第一行为定义行，指明是mean 函数文件，y 是输出变量，x 是输入变量，其后的％开头的文字段是说明部分。
真正执行的函数体部分仅为最后二行。
其中变量w 是局部变量，程序执行完后，便不存在了。