matlab的自动控制原理实现PPT课件
合集下载
2019年-MATLAB自控原理-PPT精选文档
求解连续系统时域响应的MATLAB函数
➢ impulse函数
计算/绘制连续系统的单位脉冲响应。
句法：impulse(sys)
impulse(num, den) [y, x, t]=impulse(sys) [y, x, t]=impulse(num, den)
impulse(sys, t) impulse(num, den, t) [y, x, t]=impulse(sys, t) [y, x, t]=impulse(num, den, t)
plot(t, u2);
% 绘制单位加速度输入信号
hold on;
% 图形保持，在同图中绘制响应曲线
lsim(num, den, u2, t); % 求单位加速度响应
ylabel('x(t), y(t)');
% 显示纵轴名称
text(11, 100, '1/2*t^2'); % 显示单位加速度函数表达式
title(‘单位加速度响应’); % 显示图形名称
单位脉冲响应
0.3
单位阶跃响应
0.8
0.2
0.6
y(t)
y(t)
0.1
0.4
0
0.2
-0.10
5 10 15 20 Time (sec)
00
5
10 15 20
Time (sec)
单位速度响应
20
单位加速度响应
200
x(t), y(t)
x(t), y(t)
Transfer function: s^3 + 5 s^2 + 2
----------------------------2 s^3 + 3 s^2 + 15 s + 8
智能控制MATLAB第一部分 ppt课件
MATLAB模糊逻辑工具箱 建立模糊逻辑推理系统 命令行函数（以 .m文件存放）
工具 图形交互工具(GUI－Graphical User Interface) (图形用户界面)
接口仿真逻辑模块（Simulink环境） 图形交互工具箱提供的图形化工具有五类：
模糊推理系统编辑器Fuzzy
隶属度函数编辑器Mfedit (Membership function) 模糊规则编辑器Ruleedit
22
4、系统图形显示函数 ① 函数plotfis
功能：绘制模糊推理系统的推理过程结构框图。 例：plotfis(‘tipper’) ② 函数plotmf
功能：绘制语言变量所有语言值的隶属度函数曲线。
格式：plotmf(fismat,varType,varIndex)
说明：参数fismat指明模糊推理系统的对应矩阵变量 名称；varType指明变量类型（’input’或’output’）； varIndex指明输入或输出语言变量的编号。
例：showrule(a,1:2,’indexed’)
输出结果：1 1，1（1）：1
1 2，2（1）：1
ppt课件
25
6、计算模糊推理输出结果函数evalfis
格式：y=evalfis(U,FIS)
说明：参数U是输入数据，FIS是模糊推理矩阵。 U的每一行是一个特定的输入向量，Y的每一行是 一个特定的输出向量。
ppt课件
21
⑥ 函数setfis 功能：设置、改变模糊推理系统的属性。 格式：FIS2=setfis(fis1,’fispropname’,newPropValue)
说明：参数fis1指明模糊推理系统的名称；fispropname 指明模糊推理系统的全局属性； newPropValue指明此 属性的新值。
工具 图形交互工具(GUI－Graphical User Interface) (图形用户界面)
接口仿真逻辑模块（Simulink环境） 图形交互工具箱提供的图形化工具有五类：
模糊推理系统编辑器Fuzzy
隶属度函数编辑器Mfedit (Membership function) 模糊规则编辑器Ruleedit
22
4、系统图形显示函数 ① 函数plotfis
功能：绘制模糊推理系统的推理过程结构框图。 例：plotfis(‘tipper’) ② 函数plotmf
功能：绘制语言变量所有语言值的隶属度函数曲线。
格式：plotmf(fismat,varType,varIndex)
说明：参数fismat指明模糊推理系统的对应矩阵变量 名称；varType指明变量类型（’input’或’output’）； varIndex指明输入或输出语言变量的编号。
例：showrule(a,1:2,’indexed’)
输出结果：1 1，1（1）：1
1 2，2（1）：1
ppt课件
25
6、计算模糊推理输出结果函数evalfis
格式：y=evalfis(U,FIS)
说明：参数U是输入数据，FIS是模糊推理矩阵。 U的每一行是一个特定的输入向量，Y的每一行是 一个特定的输出向量。
ppt课件
21
⑥ 函数setfis 功能：设置、改变模糊推理系统的属性。 格式：FIS2=setfis(fis1,’fispropname’,newPropValue)
说明：参数fis1指明模糊推理系统的名称；fispropname 指明模糊推理系统的全局属性； newPropValue指明此 属性的新值。
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]。
第一章-控制系统典型环节及Matlab使用 PPT课件
1-２自动控制的基本 方式
给定值H
比较
实测值
2020/3/31
测量
执行
干扰
被控对象
被控量 H '
测量
自动控制方框图
长江职业学院机电汽车学院
8
在上图中，除被控对象外的其余部分统称为控制装置，它必须 具备以下三种职能部件。
测量元件：用以测量被控量或干扰量。 比较元件：将被控量与给定值进行比较。 执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操
14
水位高度控制系统原理图
水位高度控制系统原理方框图
2020/3/31
长江职业学院机电汽车学院
15
三、按偏差调节的闭环控制
特点：通过计算被控量和给定值的差值来控制被控对象。
优点：可以自动调节由于干扰和内部参数的变化 而引起的变动。
给定值
E
计算比较
－
执行
干扰 被控量
被控对象
测量
2020/3/31
稳和快反映了系统动态过程性能的好坏。既快又稳，表明系统 的动态精度高。
2020/3/31
长江职业学院机电汽车学院
10
一、按给定值操纵的开环控制
•开环控制——系统的输出端与输入端之间不存在反 馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响。
给定值 计算
执行
干扰
受控对象 被控量
按给定值操纵的开环控制系统原理方框图
2020/3/31
长江职业学院机电汽车学院
11
炉温控制系统
给定炉温T0
定时开关
电阻丝
实际炉温T
炉子
炉温控制系统原理方框图
纵被控对象
参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。
第八章 matlab在自动控制原理中的应用
>> get(s1) num: {[0 0 3 4 5]} den: {[1 3 5 0 9]} Variable: 's' Ts: 0 ioDelay: 0 InputDelay: 0 OutputDelay: 0 InputName: {''} OutputName: {''} InputGroup: [1x1 struct] OutputGroup: [1x1 struct] Notes: {} UserData: []
>> s3=ss(s1) a= x1 x2 x3 x4 x1 -3 -1.25 0 -1.125 x2 4 0 0 0 x3 0 2 0 0 x4 0 0 1 0 b= u1 x1 1 x2 0 x3 0 x4 0 c= x1 x2 x3 x4 y1 0 0.75 0.5 0.625 d= u1 y1 0 Continuous-time model.
>> s4=ss(s2) a= x1 x2 x3 x4 x1 -1.891 1.737 -0.745 0 x2 -1.737 -1.891 -0.05194 0 x3 0 0 0.3913 2.201 x4 0 0 -0.5503 0.3913 b= u1 x1 0 x2 0 x3 0 x4 1.651 c= x1 x2 x3 x4 y1 2.714 0 0.8255 0 d= u1 y1 0 Continuous-time model.
使用时，只要输入环节的名称，不必输入其参 数矩阵。
控制系统工具箱LTI对象运算优先等级为 “状态空间>零极增益>传递函数”
实现的算法：以并联为例 算法：
f ( s) f A ( s) g B ( s) f B ( s) g A ( s) W ( s) g ( s) g A ( s) g B ( s)
第7节 matlab在自动控制原理1
在MATLAB中零极点增益模型用[z,p,K]矢量组表示： z=[z1,z2,…,zm]； 零极点决定了系统的 p=[p1,p2,...,pn]； 性能 （系统的阶次和多项 KGain=k； 式表达时的系数）。
MATLAB中，用函数对象zpk()来建立系统的零 极点增益模型。函数的调用格式为： G1=zpk(z,p,k) 例：系统的零极点模型为：
C(S)
C( s) b1s m b2 s m1 ... bn s bm1 G( s ) n R( s) a1s a2 s n 1 ... an s an 1
对线性定常系统，式中s的系数均为常数，且a1 不等于零，这时系统在MATLAB中可以方便地由分 子和分母多项式系数构成的两个向量唯一地确定， 这两个向量分别用num和den表示。 num=[b1,b2,…,bm,bm+1] 注意：它们都是按s 的降幂进行排列的！ den=[a1,a2,…,an,an+1]
MATLAB中，用函数对象tf()来建立系统的传递 函数模型。函数的调用格式为： G=tf(num,den)
3 2 12 s 24 s 20 例：系统传递函数为： G( s ) 4 2s 4s 3 6s 2 2s 2
>> num=[12,24,0,20];den=[2 4 6 2 2]; G=tf(num,den) Transfer function: 12 s^3 + 24 s^2 + 20 ------------------------------2 s^4 + 4 s^3 + 6 s^2 + 2 s + 2
》num=[0 0 -2;0 -1 -5;1 2 0];den=[1 6 11 6]; 》[A,B,C,D]=tf2ss(num,den) 》A= -6 -11 -6 B= 1 C= 0 0 -2 D= 0 1 0 0 0 0 -1 -5 0 0 1 0 0 1 2 0 0
MATLAB中，用函数对象zpk()来建立系统的零 极点增益模型。函数的调用格式为： G1=zpk(z,p,k) 例：系统的零极点模型为：
C(S)
C( s) b1s m b2 s m1 ... bn s bm1 G( s ) n R( s) a1s a2 s n 1 ... an s an 1
对线性定常系统，式中s的系数均为常数，且a1 不等于零，这时系统在MATLAB中可以方便地由分 子和分母多项式系数构成的两个向量唯一地确定， 这两个向量分别用num和den表示。 num=[b1,b2,…,bm,bm+1] 注意：它们都是按s 的降幂进行排列的！ den=[a1,a2,…,an,an+1]
MATLAB中，用函数对象tf()来建立系统的传递 函数模型。函数的调用格式为： G=tf(num,den)
3 2 12 s 24 s 20 例：系统传递函数为： G( s ) 4 2s 4s 3 6s 2 2s 2
>> num=[12,24,0,20];den=[2 4 6 2 2]; G=tf(num,den) Transfer function: 12 s^3 + 24 s^2 + 20 ------------------------------2 s^4 + 4 s^3 + 6 s^2 + 2 s + 2
》num=[0 0 -2;0 -1 -5;1 2 0];den=[1 6 11 6]; 》[A,B,C,D]=tf2ss(num,den) 》A= -6 -11 -6 B= 1 C= 0 0 -2 D= 0 1 0 0 0 0 -1 -5 0 0 1 0 0 1 2 0 0
自动控制原理matlab
t=0:0.1:12;%取时间为0-12，步长为0.1 num=1; zt1=0.1;den1=[1,2*zt1,1];%取阻尼比ξ=0.1 zt2=0.2;den2=[1,2*zt2,1]; zt3=0.4;den3=[1,2*zt3,1]; zt4=0.7;den4=[1,2*zt4,1]; zt5=1.0;den5=[1,2*zt5,1]; zt6=2.0;den6=[1,2*zt6,1]; sys1=tf(num,den1);%tf();构造传递函数或转换为传递函 数，用法a=tf(num,den)。 sys2=tf(num,den2); sys3=tf(num,den3); sys4=tf(num,den4); sys5=tf(num,den5); sys6=tf(num,den6); step(sys1,sys2,sys3,sys4,sys5,sys6,t)%可以在一幅图上 绘制多个系统的单位阶跃响应曲线。 grid;
一阶系统单位阶跃响应，在增添了零点前后，上升 时间和调节时间的变化。 传递函数分别为
t=0:0.1:12; num1=[1.5 1]; num2=[0 1]; den1=[2 1]; sys1=tf(num1,den1);%构建传递函数 sys2=tf(num2,den1); step(sys1,sys2,t) grid;
图4
不同阻尼比值下，系统的单位脉冲响应
图2
不同阻尼比值下，系统的单位阶跃响应
例 3-11
典型二阶系统，在加入微分环节之后，对系统的性 能的影响。 传递函数为
例 3-11
MATLAB在自动控制中的应用第6章PPT课件
12
第6章 反馈控制系统分析与设计工具
图 6.2 系统数据导入界面
13
第6章 反馈控制系统分析与设计工具 6.1.3
打开LTI Viewer显示窗口后，可以直接在其图形窗口中 对显示的曲线进行各种操作，这些操作通过右击菜单选项完 成。方法是，用鼠标右键单击图形窗口，得到右击菜单， 如 图6.3（a）与（b）所示。该菜单的主要控制及选项包括：
9
第6章 反馈控制系统分析与设计工具
图6.1 LTI Viewer （a） 打开空窗口； （b） 打开窗口并导入系统模型
10
第6章 反馈控制系统分析与设计工具 2. 打开LTI Viewer的同时导入系统模型 打开LTI Viewer时，导入例6.1的数学模型，并显示其单
位阶跃响应曲线。则在MATLAB >&g具
说明：① 缺省输入变量时，初始化并打开一个线性定常 系统响应分析的LTI Viewer
② 在打开LTI Viewer的同时将sys1，sys2，…，sysN等 N个线性定常模型的响应曲线显示在图形窗口中，曲线形式由 字符串′plottype′指定，包括′step′，′impulse′ ′initial′， ′lsim′，′pzmap′，′bode′， ′nyquist′，′nichols′等，该字符串还可以最多达6个， 由这些曲线名称可以组成元胞向量， 如{′step′； ′nyquist′}；如果没有指定曲线的形式（即不包含字符串
1.5
s^2+14s+40.02
（6.1）
8
第6章 反馈控制系统分析与设计工具 6.1.1 LTI Viewer 打开LTI Viewer显示窗口的方式很多， 这里主要介绍两种。
1. 打开一新的LTI Viewer 在MATLAB
第6章 反馈控制系统分析与设计工具
图 6.2 系统数据导入界面
13
第6章 反馈控制系统分析与设计工具 6.1.3
打开LTI Viewer显示窗口后，可以直接在其图形窗口中 对显示的曲线进行各种操作，这些操作通过右击菜单选项完 成。方法是，用鼠标右键单击图形窗口，得到右击菜单， 如 图6.3（a）与（b）所示。该菜单的主要控制及选项包括：
9
第6章 反馈控制系统分析与设计工具
图6.1 LTI Viewer （a） 打开空窗口； （b） 打开窗口并导入系统模型
10
第6章 反馈控制系统分析与设计工具 2. 打开LTI Viewer的同时导入系统模型 打开LTI Viewer时，导入例6.1的数学模型，并显示其单
位阶跃响应曲线。则在MATLAB >&g具
说明：① 缺省输入变量时，初始化并打开一个线性定常 系统响应分析的LTI Viewer
② 在打开LTI Viewer的同时将sys1，sys2，…，sysN等 N个线性定常模型的响应曲线显示在图形窗口中，曲线形式由 字符串′plottype′指定，包括′step′，′impulse′ ′initial′， ′lsim′，′pzmap′，′bode′， ′nyquist′，′nichols′等，该字符串还可以最多达6个， 由这些曲线名称可以组成元胞向量， 如{′step′； ′nyquist′}；如果没有指定曲线的形式（即不包含字符串
1.5
s^2+14s+40.02
（6.1）
8
第6章 反馈控制系统分析与设计工具 6.1.1 LTI Viewer 打开LTI Viewer显示窗口的方式很多， 这里主要介绍两种。
1. 打开一新的LTI Viewer 在MATLAB
最新matlab的自动控制原理实现资料课件ppt
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
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
5.1.3 LTI对象属性的设置与转换
1．LTI对象属性的获取与设置
表5.4 对象属性的获取和修改函数
函数名称及基本 格式
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
判断LTI对象sys是否为SISO系统。若是，返回1；否则返 回0
返回系统sys的维数
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
通常，由以下五个步骤来完成： ①对方框图中的各个环节进行编号，建立它们的对象模型。 ②利用append函数命令建立无连接的状态空间模型。
sap=append(s1,s2,…,sm) ③按规定写出系统的互联接矩阵q 互联矩阵q中的每一行由组合系统的一个输入编号和构成该输入的其它输出编号 组成，其中该行的第一个元素为该输入的编号，接下来的元素则由构成该输入的其 它子框的输出编号组成，如果为负反馈，则编号应取负号。 ④选择组合系统中需保留的对外的输入和输出端的编号并列出。
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
2．LTI模型的单位冲激响应函数impulse( ) 格式：impulse(sys) 功能：绘制系统sys（sys由函数tf、zpk或ss产生）的单位冲激响应，结果不返回数据， 只返回图形。 [例5-19] 系统传递函数为： G(s) 4
s2 s4
求脉冲响应。MATLAB程序如下： sys=tf(4,[1 1 4]); %生成传递函数模型 impulse(sys); %计算并绘制系统的单位冲激响应 title('脉冲响应'); 该程序运行所得结果如图5.5所示。
自动控制原理课件ppt
• 课件11 ､12 ､13是直接在结构图上应用梅逊公式，
制作者认为没必要将结构图变为信号流图后再用
梅逊公式求传递函数可。编辑课件PPT
2
说明3
• 课件17~30为第三章的内容。
• 课件17~19中的误差带均取为稳态值的5%，有超 调的阶跃响应曲线的上升时间为第一次到达稳态 值的时间。
• 课件20要讲清T的求法，T与性能指标的关系。
G1(s)
NNN((s(ss)))
G2(s)
GGG2(22s(()ss))
CCC(s(()ss))
• 课件35要强调是1+，不能是1-，分子分母中的因子s的 系数为1，不能为-1，K*不能为负。
• 课件41先回顾180o根轨迹的模值方程和相角方程，然后
再介绍零度根轨迹的模可值编辑方课件程PP和T 相角方程。
4
说明5
• 课件44~63为第五章内容
• 课件44要说明几个问题：1.给一个稳定的系统输 入一个正弦，其稳态输出才是正弦，幅值改变相 角改变；2.不稳定的系统输出震荡发散，该振荡 频率与输入正弦的频率有无关系？3.不稳定的系 统输入改为阶跃时，其输出曲线类似，此时用运 动模态来解释。
L1L4=(–G1H1)(可–G编辑4G课件3)P=PTG1G3G4H1
17
G3(s)
梅逊公式求E(s)
R(s)
E(SG)GG3(33s(()ss))
RR(Rs(()ss)) EE(ES((S)S))
P2= - G3G2H3
GGG1(11s(()ss))
△2= 1 P2△2=?
HHH1(11s(()ss))
说明1
• 自动控制原理的电子版内容以胡寿松教授主编 的第五版“自动控制原理”为基础,以 PowerPoint 2000和MATLAB6.5为工具，以帮助 教师更好地讲好自控､帮助学生更好地学好自控 为目的而制作的。
第7节 matlab在自动控制原理2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
sgrid(‘new’)：是先清屏，再画格线。
sgrid(z,wn)：则绘制由用户指定的阻尼比矢量 z、自然振荡频率wn的格线。
例6.21
% 系统开环传递函数为 G(s)=k/s(s+1)(s+2) % 试寻找一个合适的k值使得闭环系 统具%有较理想的阶跃响应。 % 开环系统描述 clc;clear;close all num=1; den=conv([1 0],conv([1 1],[1 2])); z=[0.1:0.2:1]; wn=[1:6]; sgrid(z,wn); text(-0.3,2.4,'z=0.1') text(-0.8,2.4,'z=0.3') text(-1.2,2.1,'z=0.5') text(-1.8,1.8,'z=0.7') text(-2.2,0.9,'z=0.9') % 通过sgrid指令可以绘出指定阻尼 比z和%自然振荡频率wn的栅格线 hold on rlocus(num,den) axis([-4 1 -4 4]) [k,p]=rlocfind(num,den) % 由控制理论知，离虚轴近的稳定极 点对整个系统的响应贡献大 % 通过rlocfind，配合前面所画的z及 wn %栅格线 % 从而可以找出能产生主导极点阻尼 比% z=0.707的合适增益 [numc,denc]=cloop(k,den); figure(2) step(numc,denc)
第5章 matlab在自动控制中应用
• 在MATLAB的Control System Toolbox(控制 系统工具箱)中提供了许多仿真函数与模块， 用于控制系统的仿真和分析。本章着重介 绍控制系统的模型、时域分析方法和频域 分析方法等内容。
sgrid(‘new’)：是先清屏，再画格线。
sgrid(z,wn)：则绘制由用户指定的阻尼比矢量 z、自然振荡频率wn的格线。
例6.21
% 系统开环传递函数为 G(s)=k/s(s+1)(s+2) % 试寻找一个合适的k值使得闭环系 统具%有较理想的阶跃响应。 % 开环系统描述 clc;clear;close all num=1; den=conv([1 0],conv([1 1],[1 2])); z=[0.1:0.2:1]; wn=[1:6]; sgrid(z,wn); text(-0.3,2.4,'z=0.1') text(-0.8,2.4,'z=0.3') text(-1.2,2.1,'z=0.5') text(-1.8,1.8,'z=0.7') text(-2.2,0.9,'z=0.9') % 通过sgrid指令可以绘出指定阻尼 比z和%自然振荡频率wn的栅格线 hold on rlocus(num,den) axis([-4 1 -4 4]) [k,p]=rlocfind(num,den) % 由控制理论知，离虚轴近的稳定极 点对整个系统的响应贡献大 % 通过rlocfind，配合前面所画的z及 wn %栅格线 % 从而可以找出能产生主导极点阻尼 比% z=0.707的合适增益 [numc,denc]=cloop(k,den); figure(2) step(numc,denc)
第5章 matlab在自动控制中应用
• 在MATLAB的Control System Toolbox(控制 系统工具箱)中提供了许多仿真函数与模块， 用于控制系统的仿真和分析。本章着重介 绍控制系统的模型、时域分析方法和频域 分析方法等内容。
MATLAB基础控制ppt课件
[r p k]=residue ( num, den ) ↙
r=
0.5000 + 0.2023i
0.5000 - 0.2023i
p=
-2.5000 + 3.7081i
-2.5000 - 3.7081i
k = []
精选版课件ppt
8
3. 3 模型转换函数
控制系统可由微分方程描述、传递函数描述和状态方程描述。 其中微分方程描述是整个控制系统数学描述的基础，传递函数 描述和状态方程描述都是在微分方程描述的基础上发展起来的。 但由于形式不够简洁，处理和运算不够方便，一般在控制系统 仿真和设计时已经很少直接用到微分方程描述了。但因为人们 习惯使用的传递函数描述和状态方程描述分属于频率域和时间 域，这样一来就存在一个模型间相互转换的问题。MATLAB提 供了直接进行控制系统模型间相互转换的函数，可以完成传递 函数描述与状态方程描述之间的相互转换，控制系统方框图与 传递函数描述和状态方程描述之间的转换，以及状态方程描述
的最小实现等。
为便于这些函数的记忆，注意以下标记：
ss－状态空间模型;
tf－传递函数模型;
zp－零极点模型；
2 － to
精选版课件程的转换
在实际的控制系统仿真和设计中，系统的结构和参数基本上
是未知的。这时要想通过分析的方法建立系统的状态方程描述
是非常困难的，甚至是不可能的。一个可行的办法是，先用实
C=[1 0 0]; D=0; SYS = SS(A,B,C,D);
相当于系统：
x1 0 1 0 x1 0 x29800 2.8x2 0u x3 0 0 100x3 100
x1
y [1
0
0]
x
MATLAB课件7 自动控制应用讲解
用MATLAB建立传递函数模型
在MATLAB控制系统工具箱中，定义tf( ) 函数， 它可由传递函数分子分母给出的变量构造出单个 的传递函数对象。从而使得系统模型的输入和处 理更加方便。
该函数的调用格式为： G＝tf(num，den);
一个简单的传递函数模型:
s+5 G (s) = 4 s + 2 s 3 + 3s 2 + 4 s + 5
一个稍微复杂一些的传递函数模型：
6( s + 5) G (s) = 2 ( s + 3s + 1) 2 ( s + 6)
可以通过下面的语句输入到MATLAB工作空间： num=6*[1，5]; den=conv(conv([1，3，1]，[1，3，1])，[1，6]); tf(num,den) 运行结果 Transfer function: 6 s + 30 --------------------------------------------------------------- s^5 + 12 s^4 + 47 s^3 + 72 s^2 + 37 s + 6 conv()函数：用来计算两个向量的卷积、多项式乘法。 该函数允许任意地多层嵌套
已知连续系统的传递函数为
3s 4 + 2 s 3 + 5s 2 + 4 s + 6 G (s) = 5 s + 3s 4 + 4 s 3 + 2 s 2 + 7 s + 2
要求：(1)求出该系统的零、极点及增益。(2)绘出 其零、极点图，判断系统稳定性。 num=[3, 2, 5, 4, 6]; den=[1, 3, 4, 2, 7, 2]; [z,p,k]=tf2zp(num,den) pzmap(num,den)
数控技术matlab在自动控制原理中的应用104页PPT
MIMO系统时，系统1与系统2之间的串联联 接方式，向量outputs1指明系统1的输出号数， inputs2指明系统2和输出号数。
例：已知系统串联校正结构图如下所示，求 系统的传递函数。
u+ -
0.5s 1
10
y
0.1s 1 s (s 2 )
n1=[0.5,1];d1=[0.1,1]; n2=[10];d2=[1,2,0]; [no,do]=series(n1,d1,n2,d2); [nc,dc]=cloop(no,do,-1); printsys(nc,dc) num/den =
具体使用格式如下：
格式1：[num,den]=parallel(num1,den1,num2,den2)
系统1和系统2均为传递函数时，左变量为返 回的闭环系统参数；右变量中，num1,den1为 系统1参数向量，num2,den2为系统2参数变量。
格式2： [A,B,C,D]=parallel(A1,B1,C1,D1,A2,B2,C2,D2)
2
y
s 2
u
5
s3
n1=[2];d1=[1 2];
n2=[5];d2=[1,3];
[n,d]=parallel(n1,d1,n2,d2)
printsys(n,d)
num/den =
7 s + 16
-------------
s^2 + 5 s + 6
系统的增广联接
系统增广联接的结构图如图所示。其中，系 统1和系统2均为状态空间表达式，在使用中
格式2：[Ac,Bc,Cc,Dc]=cloop(A,B,C,D,sign)
MIMO系统时，状态空间模型的全输出反馈。
例：已知系统串联校正结构图如下所示，求 系统的传递函数。
u+ -
0.5s 1
10
y
0.1s 1 s (s 2 )
n1=[0.5,1];d1=[0.1,1]; n2=[10];d2=[1,2,0]; [no,do]=series(n1,d1,n2,d2); [nc,dc]=cloop(no,do,-1); printsys(nc,dc) num/den =
具体使用格式如下：
格式1：[num,den]=parallel(num1,den1,num2,den2)
系统1和系统2均为传递函数时，左变量为返 回的闭环系统参数；右变量中，num1,den1为 系统1参数向量，num2,den2为系统2参数变量。
格式2： [A,B,C,D]=parallel(A1,B1,C1,D1,A2,B2,C2,D2)
2
y
s 2
u
5
s3
n1=[2];d1=[1 2];
n2=[5];d2=[1,3];
[n,d]=parallel(n1,d1,n2,d2)
printsys(n,d)
num/den =
7 s + 16
-------------
s^2 + 5 s + 6
系统的增广联接
系统增广联接的结构图如图所示。其中，系 统1和系统2均为状态空间表达式，在使用中
格式2：[Ac,Bc,Cc,Dc]=cloop(A,B,C,D,sign)
MIMO系统时，状态空间模型的全输出反馈。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
------(z-0.3) Zero/pole/gain from input 2 to output: ←从第2输入端口至输出的零极点增益
3 (z+0.5) ------------------------(z-(0.1+2i)) (z-(0.2-2i)) Sampling time: unspecified 表明该系统为双输入单输出的离散系统。
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
判断LTI对象sys是否为SISO系统。若是，返回1；否则返回 0
返回系统sys的维数
8
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
ssdata, dssdata(sys)
获得变换后的状态空间模型参数
tfdata(sys)
获得变换后的传递函数模型参数
zpkdata(sys)
获得变换后的零极点增益模型参数
class
模型类型的检测
7
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
2．LTI模型的转换函数
函数名及 调用格式 isct(sys)
(4)Notes和用户数据Userdata用以存储模型的其它信息，常用于给出描述模型 的文本信息，也可以包含用户需要的任意其它数据，可缺省。
3
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
对象名称 属性名称
意义
tf对象 (传递函数)
zpk对象 (零极点增
益)
ss对象 (状态空间)
den
num variable k p variable z a b c d e
描 述 采 用 三 种 模 型 ： 状 态 空 间 模 型 (ss) 、 传 递 函 数 模 型 (tf) 以 及 零 极 点 增 益 模 型 (zpk)。模型转换函数：ss2tf，ss2zp，tf2ss，tf2zp，zp2ss和zp2tf。
2．LTI对象 为了对系统的调用和计算带来方便。根据软件工程中面向对象的思想，
[例5-4] 生成离散系统的零极点模型。MATLAB源程序为： z={[] ,-0.5}; p={0.3,[0.1+2i,0.2-2i]}; k=[2,3]; s6=zpk(z,p,k,-1) 运行结果为：
Zero/pole/gain from input 1 to output: ←从第1输入端口至输出的零极点增益 2
filt(num, den, …)
生成（或将其它模型转换为）DSP形式的离散传递函数
ss(a, b, c, d, …)
生成（或将其它模型转换为）状态空间模型
tf(num, den, …)
生成（或将其它模型转换为）传递函数模型
zpk(z, p, k, …)
生成（或将其它模型转换为）零极点增益模型
5
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
第5章 MATLAB在自动控制原理的应用
5.1 控制系统模型 5.2 控制系统的时域分析 5.3 控制系统的根轨迹 5.4 控制系统的频域分析 5.5 系统的状态空间分析函数 5.6 极点配置和观测器设置 5.7 最优控制系统设计
1
p
第 5 章
属性说明：(1)当系统为离散系统时，给出了系统的采样周期Ts。Ts＝0或缺省时 表示系统为连续时间系统；Ts=-1表示系统是离散系统，但它的采样周期未定。
(2) 输入时延Td仅对连续时间系统有效，其值为由每个输入通道的输入时延 组成的时延数组，缺省表示无输入时延。
(3)输入变量名InputName和输出变量名OutputName允许用户定义系统输入输 出的名称，其值为一字符串单元数组，分别与输入输出有相同的维数，可缺省。
MATLAB通过建立专用的数据结构类型，把线性时不变系统(LTI)的各种模型封装 成为统一的LTI对象。
MATLAB控制系统工具箱中规定的LTI对象包含了三种子对象：ss对象、tf对 象和zpk对象。每个对象都具有其属性和方法，通过对象方法可以存取或者设置对 象的属性值。
2
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
isdt(sys)
isempty(sys) isproper
issiso(sys)
size(sys)
表5.5 模型检测函数
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
4
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
5.1.2 LTI模型的建立及转换函数
在MATLAB的控制系统工具箱中，各种LTI对象模型的生成和模型间的转换都可以 通过一个相应函数来实现。
表5.பைடு நூலகம் 生成LTI模型的函数
函数名称及基本格式
功能
dss(a, b, c, d, …)
生成（或将其它模型转换为）描述状态空间模型
x p
i
xip
MATLAB在自动控制原理中的应用
5.1 控制系统模型
在MATLAB的Control System Toolbox(控制系统工具箱)中提供了许多仿真函数 与模块，用于对控制系统的仿真和分析。
5.1.1 控制系统的描述与LTI对象
1．控制系统的模型及转换 线性控制系统是一般线性系统的子系统。在MATLAB中，对自动控制系统的
6
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
5.1.3 LTI对象属性的设置与转换
1．LTI对象属性的获取与设置
表5.4 对象属性的获取和修改函数 函数名称及基本格式
功能
get(sys, ‘PropertyName’, 数值, …) 获得LTI对象的属性
set(sys, ‘PropertyName’, 数值, …) 设置和修改LTI对象的属性
传递函数分母系数
传递函数分子系数 传递函数变量 增益 极点
零极点增益模型变量 零点 系数矩阵 系数矩阵 系数矩阵 系数矩阵 系数矩阵
StateName 状态变量名
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 s、z、p、k、z-1中之一 二维矩阵 由行数组组成的单元阵列
s、z、p、k、z-1中之一 由行数组组成的单元阵列 二维矩阵 二维矩阵 二维矩阵 二维矩阵 二维矩阵 字符串单元向量
3 (z+0.5) ------------------------(z-(0.1+2i)) (z-(0.2-2i)) Sampling time: unspecified 表明该系统为双输入单输出的离散系统。
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
判断LTI对象sys是否为SISO系统。若是，返回1；否则返回 0
返回系统sys的维数
8
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
ssdata, dssdata(sys)
获得变换后的状态空间模型参数
tfdata(sys)
获得变换后的传递函数模型参数
zpkdata(sys)
获得变换后的零极点增益模型参数
class
模型类型的检测
7
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
2．LTI模型的转换函数
函数名及 调用格式 isct(sys)
(4)Notes和用户数据Userdata用以存储模型的其它信息，常用于给出描述模型 的文本信息，也可以包含用户需要的任意其它数据，可缺省。
3
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
对象名称 属性名称
意义
tf对象 (传递函数)
zpk对象 (零极点增
益)
ss对象 (状态空间)
den
num variable k p variable z a b c d e
描 述 采 用 三 种 模 型 ： 状 态 空 间 模 型 (ss) 、 传 递 函 数 模 型 (tf) 以 及 零 极 点 增 益 模 型 (zpk)。模型转换函数：ss2tf，ss2zp，tf2ss，tf2zp，zp2ss和zp2tf。
2．LTI对象 为了对系统的调用和计算带来方便。根据软件工程中面向对象的思想，
[例5-4] 生成离散系统的零极点模型。MATLAB源程序为： z={[] ,-0.5}; p={0.3,[0.1+2i,0.2-2i]}; k=[2,3]; s6=zpk(z,p,k,-1) 运行结果为：
Zero/pole/gain from input 1 to output: ←从第1输入端口至输出的零极点增益 2
filt(num, den, …)
生成（或将其它模型转换为）DSP形式的离散传递函数
ss(a, b, c, d, …)
生成（或将其它模型转换为）状态空间模型
tf(num, den, …)
生成（或将其它模型转换为）传递函数模型
zpk(z, p, k, …)
生成（或将其它模型转换为）零极点增益模型
5
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
第5章 MATLAB在自动控制原理的应用
5.1 控制系统模型 5.2 控制系统的时域分析 5.3 控制系统的根轨迹 5.4 控制系统的频域分析 5.5 系统的状态空间分析函数 5.6 极点配置和观测器设置 5.7 最优控制系统设计
1
p
第 5 章
属性说明：(1)当系统为离散系统时，给出了系统的采样周期Ts。Ts＝0或缺省时 表示系统为连续时间系统；Ts=-1表示系统是离散系统，但它的采样周期未定。
(2) 输入时延Td仅对连续时间系统有效，其值为由每个输入通道的输入时延 组成的时延数组，缺省表示无输入时延。
(3)输入变量名InputName和输出变量名OutputName允许用户定义系统输入输 出的名称，其值为一字符串单元数组，分别与输入输出有相同的维数，可缺省。
MATLAB通过建立专用的数据结构类型，把线性时不变系统(LTI)的各种模型封装 成为统一的LTI对象。
MATLAB控制系统工具箱中规定的LTI对象包含了三种子对象：ss对象、tf对 象和zpk对象。每个对象都具有其属性和方法，通过对象方法可以存取或者设置对 象的属性值。
2
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
isdt(sys)
isempty(sys) isproper
issiso(sys)
size(sys)
表5.5 模型检测函数
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
4
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
5.1.2 LTI模型的建立及转换函数
在MATLAB的控制系统工具箱中，各种LTI对象模型的生成和模型间的转换都可以 通过一个相应函数来实现。
表5.பைடு நூலகம் 生成LTI模型的函数
函数名称及基本格式
功能
dss(a, b, c, d, …)
生成（或将其它模型转换为）描述状态空间模型
x p
i
xip
MATLAB在自动控制原理中的应用
5.1 控制系统模型
在MATLAB的Control System Toolbox(控制系统工具箱)中提供了许多仿真函数 与模块，用于对控制系统的仿真和分析。
5.1.1 控制系统的描述与LTI对象
1．控制系统的模型及转换 线性控制系统是一般线性系统的子系统。在MATLAB中，对自动控制系统的
6
第 5 章 MATLAB在自动控制原理中的应用
5.1.3 LTI对象属性的设置与转换
1．LTI对象属性的获取与设置
表5.4 对象属性的获取和修改函数 函数名称及基本格式
功能
get(sys, ‘PropertyName’, 数值, …) 获得LTI对象的属性
set(sys, ‘PropertyName’, 数值, …) 设置和修改LTI对象的属性
传递函数分母系数
传递函数分子系数 传递函数变量 增益 极点
零极点增益模型变量 零点 系数矩阵 系数矩阵 系数矩阵 系数矩阵 系数矩阵
StateName 状态变量名
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 s、z、p、k、z-1中之一 二维矩阵 由行数组组成的单元阵列
s、z、p、k、z-1中之一 由行数组组成的单元阵列 二维矩阵 二维矩阵 二维矩阵 二维矩阵 二维矩阵 字符串单元向量