第五讲控制系统的仿真软件介绍

sys=tf(num,den);
nichols(sys)
grid ❖ 结果如下图所示
2.控制系统的计算机辅助时域分析
❖ 时域分析法是根据自动控制系统的微分方程，用拉 氏变换求解动态响应的过程
❖ 主要有单位阶跃响应、单位斜坡响应、单位加速度 响应与单位脉冲响应等
❖ 求解阶跃响应的函数 函数step（） 调用格式：
G(z)
0.7z 0.06 z2 0.5z 0.43
其乃氏图绘制如下
❖ Nichols曲线的绘制
连续系统，函数nichols（） 调用格式： 1. [mag,pahse,w]=nichols(sys) 2. nichols(sys) 3. nichols(sys,w) 4. nichols(sys1, sys2,…, sysn) 5. nichols(sys1, sys2,…, sysn,w) 6. nichols(sys1, ‘Plotstyle1’,…, sysn, Plotstylen’)
例：一个积分环节的传递函数为
G(s)
1 2.5 106
s
求其Bode图
wenku.baidu.com
程序如下：
num=[1];den=[2.5e-5 0];
sys=tf(num,den);
bode(sys) ❖ 结果如下图所示
❖ 离散系统，函数dbode（） 调用格式： 1. [mag,pahse,w]=dbode(a,b,c,d,Ts) 2. [mag,pahse,w]=dbode(a,b,c,d,Ts,iu) 3. [mag,pahse,w]=dbode(a,b,c,d,Ts,iu,w) 4. [mag,pahse,w]=dbode(num,den,Ts) 5. [mag,pahse,w]=dbode(num,den,Ts,w) ❖ a,b,c,d是离散状态方程系数
1.控制系统的计算机辅助频域分析
❖ 频域分析法是研究自动控制系统的一种重要工具， 可以分析系统的稳定性、快速性及稳态精度。利用 图解法，由开环频率特性曲线分析闭环系统的响应
❖ 主要有：Bode图，Nyquist曲线图，Nichols曲线图
❖ Bode图的绘制
连续系统，函数bode（） 调用格式： 1. [mag,pahse,w]=bode(sys) 2. bode(sys) 3. bode(sys,w) 4. bode(sys1, sys2,…, sysn) 5. bode(sys1, sys2,…, sysn,w) 6. bode(sys1, ‘Plotstyle1’,…, sysn, Plotstylen’)
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称， 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件， 用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的 高级技术计算语言和交互式环境， 主要包括MATLAB和Simulink两大部分
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、 创建用户界面、连 接其他编程语言的程序等， 主要应用于工程计算、 控制设计、 信号处理与通讯、 图像处理、 信号检测、 金融建模设计与分析等领域。
第五讲 控制系统的计算机辅助 设计
Matlab仿真应用
控制系统的计算机仿真基本概念
❖ 控制系统仿真是以控制系统得数学模型为基础，以 计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种 方法。基本步骤如下：
1. 建立控制系统的数学模型 2. 建立控制系统的仿真模型 3. 编制控制系统的仿真程序 4. 进行仿真计算并输出仿真结果
1. [Y,T,X] = STEP(SYS) 2. STEP(SYS) 3. STEP(SYS,T) 4. STEP(SYS1,SYS2,...,T)
5. step(sys1, sys2,…, sysn) 6. step(sys1, ‘Plotstyle1’,…, sysn, Plotstylen’)
例：一个积分环节的传递函数为
求其Gni(csh)ols曲00.0.线0000061ss3300..00226188ss22
1.0436 s 9.3599 0.06365 s 6.2711
程序如下：
num=[1e-4,0.0218,1.0436,9.3599];
den=[6e-4,0.0268,0.06365,6.2711];
例：二阶离散系统开环的脉冲传递函数为
求其Bode图 程序如下：
0.7z 0.06 G(z) z2 0.5z 0.43
num=[0.7 0.06];den=[1 -0.5 0.43];
Bode(num,den);
❖ 结果如下图所示
❖ Nyquist曲线的绘制
连续系统，函数nyquist（） 调用格式： 1. [re,im,w]=nyquist(sys) 2. nyquist(sys) 3. nyquist(sys,w) 4. nyquist(sys1, sys2,…, sysn) 5. nyquist(sys1, sys2,…, sysn,w) 6. nyquist(sys1, ‘Plotstyle1’,…, sysn, Plotstylen’)
离散系统，函数dnyquist（） 调用格式： 1. [re,im,w]=dnyquist(a,b,c,d,Ts) 2. [re,im,w]=dnyquist(a,b,c,d,Ts,iu) 3. [re,im,w]=dnyquist(a,b,c,d,Ts,iu,w) 4. [re,im,w]=dnyquist(num,den,Ts) 5. [re,im,w]=dnyquist(num,den,Ts,w) 例：已知离散系统开环的脉冲传递函数为
❖ 在编制仿真程序时，需要好的计算机编程 能力
❖ 大量时间花费在重复性的机械劳动中（调 试程序等），效率低
❖ 计算结果不保证
对大部分用户而言，需要一种简单易用的 计算机仿真工具，避开繁琐的编程工作。
❖ 在各种计算机辅助设计软件中，MATLAB 是控制界国际上最流行的软件，具有以下 特点：
1. 功能强大，适用范围广 2. 编程效率高 3. 界面友好，使用方便 4. 强大的图形功能 5. 功能齐全的自动控制软件工具包