MATLAB在控制理论中的应用.ppt

补充内容 MATLAB 应用 1 控制系统模型 2 控制系统的时域分析 3 控制系统的根轨迹 4 控制系统的频域分析 5 系统的状态空间分析函数 6 极点配置和观测器设置 7 最优控制系统设计 MATLAB 命令列表 1 控制系统模型 pi pipx?????????? x 控制系统的描述与 LTI ( linear time-invariant systems )对象 。在 MATLAB 中,对自动控制系统的描述采用三种模型: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, 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。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。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。(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。字符串单元向量状态变量名 StateName 二维矩阵系数矩阵 d 二维矩阵系数矩阵 c 二维矩阵系数矩阵 b 二维矩阵系数矩阵 a ss对象(状态空间) 由行数组组成的单元阵列零点 z s、z、p、k、z -1中之一零极点增益模型变量 variable 由行数组组成的单元阵列极点 p 二维矩阵增益 k zpk 对象(零极点增益) s、z、p、k、z -1中之一传递函数变量 variable 由行数组组成的单元阵列传递函数分子系数 num 由行数组组成的单元阵列传递函数分母系数 den tf对象(传递函数) 属性值的变量类型意义属性名称对象名称 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。生成(或将其它模型转换为)零极点增益模型 zpk(z , p, k, …) 生成(或将其它模型转换为)传递函数模型 tf(num , den, …) 生成(或将其它模型转换为)状态空间模型 ss(a , b, c, d, …) 生成(或将其它模型转换为) DSP 形式的离散传递函数 filt(num , den, …) 生成(或将其它模型转换为)描述状态空间模型 dss(a , b, c, d, …) 功能函数名称及基本格式表3生成 LTI 模型的函数[例 4] 生成离散系统的零极点模型。 MATLAB 源程序为: z={[] ,-}; p={,[+2i,-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 ------- (z-) 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+) ------------------------- (z-(+2i)) (z-(-2i)) Sampling time: unspecified 表明该系统为双输入单输出的离散系统。 LTI 对象属性的设置与转换 1. LTI 对象属性的获取与设置模型类型的检测 class 获得变换后的零极点增益模型参数 zpkdata(sys ) 获得变换后的传递函数模型参数 tfdata(sys ) 获得变换后的状态空间模型参数 ssdata , dssd