第十三章控制系统工具箱1

13.1 线性时不变系统浏览器—LTI VIEWER
•LTI Viewer对象模型
⑴tf对象 【调用格式】 sys=tf(num,den) 【说明】将由传递函数模型所描述系统封装成对应的系统对象模型。 ⑵ss对象 【调用格式】 sys=ss(a,b,c,d) 【说明】将由状态空间模型所描述的系统封装成对应的系统对象模型。 ⑶zpk对象 【调用格式】 sys=zpk(z,p,k) 【说明】将由零极点增益模型所描述系统封装成对应的系统对象模型
13.2 单输入单输出系统设计工具—SISO DESIGN TOOL
2. Edit菜单
【Root Locus】—对根轨迹曲线编辑区进行设置。 【OpenLoop Bode】—对开环伯德图编辑区进行 设置。 当窗口中出现前置滤波环节F伯德图编辑区和尼柯 尔斯图编辑区后，【Edit】菜单中会出现下面两个 选项： 【OpenLoop Nichols】—对开环尼柯尔斯图编辑区进行设置。 【Prefilte Bode】——对环节F伯德图编辑区进行设置。 上述4种设置均与单击右键的弹出菜单一致，主要内容包括增加/删除零极 点、设置给定系统参数限制区域（根据所选择曲线的不同，系统参数限制区 域也不同）并在对应的曲线图中给出区域标志、网络的显示选择、坐标范围 的给定、曲线名称的修改、曲线坐标的放大与缩小。 【SISO Tool Preference】—针对SISO Design Tool所涉及的图形属性进 行设置，主要内容包括显示曲线的坐标单位、坐标字体、字号、网络、上升 时间定义范围数学模型的表示方式等显示属性。
【Edit】—对环节C和环节F进行设计或对已有的设计进 行编辑（零极点的增加和删除）。 【Store/Retrieve】—保存或使用所设计的对环节C和环 节F，主要用于多种设计方案的比较。 【Clear】—将环节C和环节F的传递函数置为1。
4. Compensators菜单
13.2 单输入单输出系统设计工具—SISO DESIGN TOOL
13.2 单输入单输出系统设计工具—SISO DESIGN TOOL
• SISO Design Tool简介
在命令窗口输入命令sisotool，即可进入SISO Design Tool主窗口。
添加单极点 操作位置指示 删除极点或零点 垂直坐标放大 复原放大图形
添加共轭极点
添加单零点 添加共轭零点 图形局部放大 水平坐标放大 活动帮助指示
1、在MATLAB命令窗口输入 sys=tf([15,0.15],[1,0.01,0.0025, 0]) sisotool 单击【File】∣【Import】进行数据导入 2、SISO Design Tool系统分析 3、SISO Design Tool系统设计 4、Simulink仿真
习题
13.1 系统的传递函数为
100 G (s) 2 s 10 s 100
使用LTI Viewer图形工具分析系统。 13.2 系统的传递函数为
G( s)
2 s(1 0.25s)(1 0.1s)
使用SISO Design Tool设计，使系统的速度误差系数小于10s-1， 45
例 13.2.1 设单位负反馈系统被控对象的传递函数为
G( s) 60s 30 s 3 9s 2 17 s 10
应用 SISO Design Tool 设计调节器 Gc (s) ， 使系统的性能指标为 ts 1.0s ， p 20% 。
1、在MATLAB命令窗口输入 sys=tf([60,30],[1,9,17,10]) sisotool 单击【File】∣【Import】导入数据 2、SISO Design Tool系统分析
3、SISO Design Tool系统设计
13.2 单输入单输出系统设计工具—SISO DESIGN TOOL
例 13.2.2 设单位负反馈系统被控对象的传递函数为
G( s) 15( s 0.01) s( s 2 0.01s 0.0025)
应用 SISO Design Tool 设计调节器 Gc (s) ，使系统的性能指标为 50 。
SISO Design Tool快捷工具栏
13.2 单输入单输出系统设计工具—SISO DESIGN TOOL
单击【FS】可以产生4种 系统结构供用户选择， 环节C传递函数 单击【+/-】按钮可改变 反馈的极性。
根轨迹编辑区
Bode图编辑区
13.2 单输入单输出系统设计工具—SISO DESIGN TOOL
13.2 单输入单输出系统设计工具—SISO DESIGN TOOL
3. View菜单
【Root Locus】——显示/取消根轨迹图编辑区。 【OpenLoop Bode】—显示/取消伯德图编辑区。 【OpenLoop Nichols】—显示/取消尼柯尔斯图编 辑区。 【Prefilter Bode】—显示/取消环节F（前置滤波器 环节）伯德图编辑区。 【System Data】—显示环节G和环节H的传递函数。 【Closed-Loop Poles】—显示闭环极点列表。 【Design History】—显示设计过程历史纪录。
SISO Design Tool命令菜单简介
1.File菜单 【Import】—导入系统设计对象模型。 【Export】—保存设计完成后的系统对象 模型。 【Save Session】—保存设计工作环境 （包括对系统的各种改动），供后续工作 使用。 【Load Session】—调入设计工作环境， 恢复保存时的状态。
13.1 线性时不变系统浏览器—LTI VIEWER
2. Edit菜单
【Plot Configurations】—对显示窗口及显示内容 进行配置，可以选择LTI Viewer所绘制曲线的布局以 及不同绘制区域曲线的响应类型选择，其中响应类型 主要有Step、Impulse、Bode、Nyquist、Nichols、 Pole/Zero等。 【Refresh Systems】—当显示配置发生变化后， 使用此命令会使各曲线显示区中的曲线处于最佳显示 位置。 【Delete Systems】—删除当前窗口中的对象模型。 【Line Styles】—对显示曲线的颜色、线形、标记、坐标网格等属性进行设置。 【Viewer Preference】—对当前窗口的坐标单位、范围、窗口颜色、字体等 窗口进行设置，并且该设置对当前LTI Viewer窗口内所有曲线显示有效。 Units选择卡：设置图形显示时的频率、幅值以及相位的单位。 Style选择卡：设置图形显示时的字体、颜色以及绘图网格。 Characteristics选择卡：设置系统响应曲线的特性参数。 Parameters选择卡：设置系统响应输出的时间变量与频率变量。
•LTI Viewer命令菜单及窗口设置
1.File菜单 【New Viewer】—建立一个新的LTI Viewer窗口。 【Import】—导入系统对象模型。 【Expot】—将当前LTI Viewer窗口中的指定系统 的对象模型保存到工作空间（Workspace）或者 以.mat文件的形式保存在磁盘上。 【Toolbox Preferences】—对新建立或重新启动 的LTI Viewer窗口属性进行设置，对当前窗口无效。 这些属性包括坐标单位、对系统指示参数的描述(如 调节时间的定义、上升时间的定义等）、坐标颜色、 坐标字体大小等。
13.1 线性时不变系统浏览器—LTI VIEWER
•LTI Viewer属性设置
⑴曲线显示区的属性设置 单击右键都会弹出菜单，对选定的曲 线显示区的属性进行设置。 【Plot Type】—改变显示框内的显示内容。 【Systems】—隐藏/显示指定对象模型的曲线。 【Characteristics】—显示重要参数点标记和标记线。根据选择曲线的不 同会有不同的设置。对时域曲线的设置主要包括上升时间、峰值时间、进 入稳态时间、稳态域标识时间等标记或标记线。对频域曲线的设置主要包 括峰值响应幅度裕量点、相交裕量点等标记或标记线。 【Grid】—显示/取消显示坐标网格。 【Normalize】—对纵坐标归一化。 【Full View】—使用系统提供的最大采样数显示曲线。 【Properties】—设置曲线图的名称、坐标范围、单位、字体、颜色等属 性，确定重要参数点的范围（如上升时间等）、相位图显示范围等。
6. Tool菜单
【Continuous／Discrete Conversions】—对线性离散控制系统进行设 计，主要对离散控制系统的采样时间、连续信号的离散化方法等进行设置。 【Draw Simulink Diagram】—构造系统的Simulink仿真结构图。
13.2 单输入单输出系统设计工具—SISO DESIGN TOOL
13.1 线性时不变系统浏览器—LTI VIEWER
例13.1.1 典型二阶系统的传递函数为
0.64 G (s) 2 s 0.8s 0.64
应用LTI Viewer对系统进行分析。 1、在MATLAB命令窗口输入 sys=tf([0.64],[1,0.8,0.64]) ltiview 单击【File】∣【Import】，选择在Workspace中的系统模型， 2．LTI Viewer窗口设置 单击【Edit】∣【Plot Configurations】，选择显示6个窗口，并设置每 个窗口响应的类型
第十三章 控制系统工具箱
主要内容
13.1 13.2
线性时不变系统浏览器— LTI Viewer 单输入单输出系统设计 工具—SISO Design Tool
13.1 线性时不变系统浏览器—LTI VIEWER
•LTI Viewer简介
在MATLAB命令窗口输入命令ltiview,即可进入LTI Viewer窗口。
13.1Fra Baidu bibliotek线性时不变系统浏览器—LTI VIEWER
⑵数据显示框的属性设置 在曲线或活动标记点上单击右键，对选择标记 点及对应的数据显示框属性的设置
【Alignment】—设置数据显示框相对于标记点的位置（上右、上左、下 右、下左）。 【FontSize】—设置数据显示框显示字符的大小。 【Moveable】—将指定的标记点设置成活动的。 【Delete】—删除指定的标记点及对应的数据显示框。 【Interpolation】—标记点被鼠标拖动时的插值方式选择。 Nearst—根据系统给出的采样点运动（运动不连续）； Linear—在两采样点间采用线性插值，根据插值数据运动（连续）。 【Trace Mode】—根据对x,y,xy三种方式的选择，标记点沿着所选择的 方向运动。
5. Analysis菜单
【Response to Step Command】—在弹出的图 形窗口中显示系统阶跃响应曲线。 【Rejection of Step Disurbance】—在弹出的图 形窗口中显示系统对阶跃扰动的抑制曲线。 【Closed-Loop Bode】—在弹出的图形窗口中显 示闭环系统伯德图。 【Compensator Bode】—在弹出的图形窗口中显 示环节C的伯德图。 【Open-Loop Nyquist】—在弹出的图形窗口中显 示开环奈奎斯特图。 【Other Loop Responses】—选择所希望的各类 显示曲线。