基于MATLAB的离散系统仿真程序设计

加载示例的程序取下面的脉冲传递函数来分析：
G（z）＝
9
2
2z ＋3z＋5
a＝(＇9＇);
b＝(＇2,3,5＇)
c＝(＇0．1＇);
set(handles．edit1,＇string＇,a);
set(handles．edit2,＇string＇,b);
set(handles．edit3,＇string＇,c);
（1）
离散控制统有稳定，瞬态响应和稳态误差等性能问题。 对于
这些性能的分析， 所涉及到的基本概念和方法与连续控制系统
基本相同。
2 图形用户界面 GUI
在 MATLAB 命令窗口内，选择 File 文件的 New 子 菜 单 ，会
看 到 一 个 GUI 的 二 级 子 菜 单 ，单 击 它 ，就 会 显 示 GUI 的 程 序 设
图 4 离散系统的稳定性 5 结束语
在自动控制系统的工程设计和教学当中需要很多计算及绘 图过程，这些计算要用手动完成非常麻烦，其实能做出来不一定 作 的 准 确 。 本 人 利 用 MATLAB 语 言 及 其 提 供 的 图 形 用 户 界 面 GUI 设计模板设计出了离散控制系统仿真程序， 用人机对话形 式进行菜单操作，不需要编写程序，鼠标点击图中任意点就在图 形上显示出该点的坐标值及其参数。
上是离散的，因而这类系统又成为离散控制系统。 计算机所能接
受的是时间上离散的，量值上被数字化的信号。 如果已知离散系
统的脉冲传递函数 G(z)和 输 入 信 号 的 在 z 变 换 R(z)，可 以 求 得
系 统 输 出 的 脉 冲 序 列 为 如 式 （1）所 示 。
*
－1
－1
c （t）＝Z ［C（z）］＝Z ［R（z） G（z）］
Nichols 曲线等），帮助和退出等项目。
设计绘制离散系统的 Bode 图时，先设计一个新 的 窗 体 ，是
由 Static Text （静 态 文 本 框 ）、Push Button （命 令 按 钮 ）、Edit
Text（可编辑文本框）、Axes（坐标轴）等对象组成的。 Static Text
里 分 别 写 入 “ 输 入 分 子 ， 输 入 分 母 ， 采 样 时 间 ”， 在 Push But-
ton1～5 里 分 别 写 入 “确 定 ，加 载 示 例 ，加 网 格 线 ，取 消 网 格 和 退
出”等。
确定按钮（属性是 Pushbutton1）的程序如下。
num＝str2num(get(handles．edit1,＇string＇));
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基于 MATLAB 的离散系统仿真程序设计
基于 MATLAB 的离散系统仿真程序设计*
Simulation Program Design in Discrete Systems Based on MATLAB
买买提热依木·阿布力孜 帕孜来提·马合木提 （新疆大学电气工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047）
Abstract When the control system mathematical model describes the system＇s stability,speed and accuracy by suing pulse transfer function possess a large number of tedious calculation and simulation curve mapping mission．Through the use of the characteristics of MATLAB,and its＇ Graphical user interface GUI design templates,MATLAB program design－m file designed MATLAB Simulation Program in discrete system,and to verify the correctness and feasibility of the procedure by example． Keywords:MATLAB,discrete control system,GUI,simulation program
53－55，61－70 ［收 稿 日 期 ：2010．3．29 ］
摘要 当控制系统的数学模型用脉冲传递函数来描述时分析该系统的稳定性、 快速性及准确性等性能时具有大量繁琐的计 算与绘制仿真曲线的任务。 通过利用 MATLAB 的特点以及它提供的图形用户界面 GUI 设计模板、MATLAB 的程序设计－M 文件来设计出了离散系统的 MATLAB 仿真程序，并用实例来验证了程序的正确性和可行性。 关键词：MATLAB 语言，离散控制系统，图形用户界面，仿真程序
d＝str2num(a);
e＝str2num(b);
f＝str2num(c);
dbode(d,e,f)
填 加 网 格 的 命 令 是 grid on，取 消 网 格 的 是 grid off，退 出
的命令是 close。
对 取 离 散 控 制 系 统 的 脉 冲 传 递 函 数 为 G （z） ＝
2
图 2 离散系统的阶跃响应 在离散系统的稳定性判别可以看到，我们所输入的系统的零 极点分布图以外还可以显示系统是否稳定。 离散控制系统的稳定
参考文献 ［1］黄忠霖．控制系统 MATLAB 计算机仿真［M］．北京：国防工业出版社，
2001．11：44－95，103－32 ［2 ］李 友 善．离 散 系 统 理 论 ［M ］．北 京 ：国 防 工 业 出 版 社 ，1985 ：112－119 ［3］王永利．MATLAB 程序设计［M］．北京：电子工业出版社，2004．1：25－
z ＋2z＋3
3
2
时其脉冲响应的加载示例程序如下。
2z ＋3z ＋5z＋6
a＝(＇1 2 3＇);
b＝(＇2,3,5,6＇);
*新 疆 人 事 厅 （040146 ）；新 疆 教 育 厅 重 点 项 目 （050144 ）
《工业控制计算机》2010 年第 23 卷第 7 期
set(handles．edit1,＇string＇,a); set(handles．edit2,＇string＇,b); d＝str2num(a); e＝str2num(b); dimpulse(d,e)
计 模 板 。 MATLAB 为 GUI 设 计 一 共 准 备 了 4 种 模 板 ， 分 别 是
Blank GUI（默认）、GUI with Uicontrols（带控件对象的 GUI 模
板）、GUI with Axes and Menu（带坐标轴与菜单的 GUI 模板）
与 Model Question Dialog（带模式问话对话框的 GUI 模板）。
77 ［4 ］邹 伯 敏．自 动 控 制 理 论 ［M ］．北 京 ：机 械 工 业 出 版 社 ，2002．1 ：154－198 ［5］买买提热依木·阿布力 孜 ，等．MATLAB 在 自 动 控 制 理 论 虚 拟 实 验 开
发 中 的 应 用 ［J］．上 海 ：实 验 室 研 究 与 探 索 ，2005 （8）：61－70 ［6］李海涛．MATLAB 程序设计教程［M］．北京：高等教育出版社，2002．8：
3 离散控制系统的仿真程序设计
用 MATLAB 语 言 GUI 设 计 离 散 控 制 系 统 仿 真 程 序 的 主 菜
单 窗 口 ，菜 单 的 内 容 有 ；离 散 系 统 （绘 制 Bode 图 、脉 冲 响 应 、阶
跃响应、 稳定性判别、 绘制根轨迹、 绘制 Nyquist 曲 线 、 绘 制
den＝str2num(get(handles．edit2,＇string＇));
Ts＝str2num(get(handles．edit3,＇string＇));
dbode(num,den,Ts)
这 程 序 里 我 们 所 提 的 “num”取 表 达 式 的 分 子 ， “den” 取 表 达
式 的 分 母 ，我 Байду номын сангаас 按 照 函 数 给 予 的 内 容 填 到 ，“Ts”表 示 采 样 时 间 。
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图 3 离散系统的脉冲响应 性由其特征方程式的根在 Z 平面上的位置决定，如图 4 所示。
此外，菜单上还可以看到“帮助，退出”项目，单击“退出”可 以从菜单窗口中退出。
图 1 离散系统的 Bode 图 跟 上 面 所 讲 的 绘 制 BODE 图 一 样 可 以 完 成 离 散 系 统 的 阶 跃响应、根轨迹、脉冲响应、Nyquist 曲线、稳定性判别等项目，运 行过程省略，运行结果如图 2、3、4 所示。
从菜单上单击 “离散系统”， 下拉式菜单中可以看到绘制 BODE 图 ，阶 跃 响 应 ，脉 冲 响 应 ，稳 定 性 判 别 ，绘 制 根 轨 迹 ，绘 制 Nyquist 曲线， 绘制 Nichols 曲线等子菜单， 可以单 击 任 一 个 ， 如 ，绘 制 BODE 图 的 分 析 ，按 BODE 图 菜 单 后 ，输 入 分 子 、分 母 和采样时间后按“确定”按钮 就 可 以 看 到 对 应 系 统 的 BODE 图 。 如要看已给定系统的 BODE 图，可 以 按 “加 载 示 例 ”按 钮 。 如 要 在图上填加网格按“Grid on”按钮，要取消按“Grid off”按钮。 要 退出按“退出”按钮可以从此菜单窗口中退出，如图 1 所示。
1 离散控制系统
随着控制系统复杂性的增加，对控制器的要求越来越高，其
成本亦随着控制器数学模型的复杂化而急剧上升。 事实上，一个
复杂的控制函数如果仅限于采用模拟元件， 则在技术实现上是
有难度的。 随着微型计算机的迅速发展，以计算机作为数字控制
器已广泛应用于控制系统中。 在这类系统中，除了连续的模拟信
号外，还有若干部分的信号是数码或脉冲序列。 由于后者在时间
同样方法设计“单位脉冲响应”、“绘制离散系统的根轨迹”、 “绘制离散系统的 Nyquist 图”等程序，编程过程在此省略。 4 仿真程序的运行
启动 MATLAB 语 言 程 序 ，在 MATLAB 命 令 窗 口 内 ，打 开 仿 真程序文件，就会看到利用菜单编辑器创建的主菜单，下面演示 该 仿 真 程 序 的 执 行 过 程 。 首 先 我 们 选 文 件 “LISAN”，单 击 后 在 MATLAB 中显示菜单窗口。