控制系统仿真实验指导书.docx

控制系统仿真实验指导书.docx控制系统仿真实验指导书【实验目的】1、 掌握数字仿真基本原理2、 控制系统的数学模型建立3、 掌握控制系统分析【实验原理】一、控制系统的数学模型sys=tf(num,den)%多项式樓型,num备今&多项式的系報向蜃,den务令母多顼式的系報向董,為報tf()创建一个TF(传递函数)模型对彖。sys=zpk(z,p,k)%z务系铳的农点向蜃,p拓系铳的怨支向量,k參憎摄值,禽褻zpk()创建一个ZPK(农极点丿橫夏对彖。(-)控制系统的参数模型1、TF模型G($)=传递函数仇理严+…+加+%ciusn+%_1$"1+…+%$+a()num=[bmbm-1bm-2---b1bO]den=[amam-1am-2--a1aO]sys=tf(num5den)num=[1124448];%分子多项式den=[**********];%分母多项式例1:系统的传递函数为G(s)=53+1252+445+4854+1653+8652+1765+105sys=tf(num5den)%调用tf函数建立其传递函数数学模型Transferfunction:sA3+12sA2+44s+48sA4+16sA3+86sA2+176s+1052、ZPK模型G(s)=k(s-Z|)(s-Z2)・・.(s-S)(S—P])(S—P2)・・・(S—P“)z=[z1z2...zm-1zm];p=[p1p2...ppn];k=kOsys=zpk(z5p,k)例2:系统的传递函数为G($)=+3),写出其ZPK模型。z=[-4];%系统零点p=[-1-2-3];%系统极点k=5;%系统增益sys=zpk(z3p5k)%调用tf函数建立其零极点数学模型Zero/pole/gain:(s+4)(s+1) (s+2) (s+3)3、TF模型与ZPK模型之间的转换格式:[z,p,k]=tf2zp(num,den)%TF模型ZPK模型[num5den]=zp2tf(z5p,k) %ZPK模型->TF模型(-)系统模型的连接1、输出反馈格式:[numc,denc]=cloop(num,deresign)%输入开环系统的多项式模型参数向量num,den与馈极性sign,返冋闭环系统多项式模型参数向量numc,dcnco2、反馈连接格式:sys=feedback(sys1,sys2,sign)3、 串联连接格式:sys=series(sys1,sys2)sys=sys1*sys24、 并联连接格式:sys=parallel(sys1,sys2)sys=sys1+sys25、 复杂的结构框图求取复杂结构框图的数学模型的步骤:⑴将各模块的通路排序编号;建立无连接的数学模型:使用append命令实现各模块未连接的系统矩阵。G=append(G1,G2,G3,…)指定连接关系:写出各通路的输入输出关系矩阵Q,第一列是模块通路编号,从第二列开始的儿列分别为进入该模块的所有通路编号;INPUTS变量存储输入信号所加入的通路编号;OUTPUTS变量存储输岀信号所在通路编号。使用connect命令构造整个系统的模型。sys=connect(G3QJNPUTS3OUTPUTS)例:G1=tf(1,[1O]);G2=tf(15[110]);G3=G2;G4=tf(-2,1);G5=tf(-1,1);G6=G1;G7=tf(1,[11]);Sys=append(G1,G23G33G43G53G63G7);%通路1的输入信号为通路6和通路5%通路2的输入信号为通路1和通路7%通路3的输入信号为通路2Q=[165;17;20;30;40;20;3o;];INPUTS=1;%系统总输入由通路1输入OUTPUTS=4;%系统总输出由通路4输出G=connect(Sys,Q,INPUTS,OUTPUTS)Transferfunction:sA7+3sA6+3sA5+sA4一sA3一5sA2-3s-・661e—016二、控制系统分析控制系统时间响应分析1、阶跃响应函数格式:step(sys) %给定系统对象sys,求系统的阶跃响应并作图。stop(sys,tf)stop(sys,t)step(sysl,sys2,…,t)[y,t]二step(sys)[y,t,x]=step(sys)%增加响应终止时间变量tf%给定时间向量t%多系统阶跃响应绘图%返回响应变量y和时间向量t%返回响应变量y、时间向量t以及状态变量x2、脉冲响应函数格式:impulsc(sys) %给定系统对象sys,求系统的单位脉冲响应并作图。impulse(sys,tf) %增加响应终止时间变量tf□impulse(sys,t) %给定时间向量toimpulse(sysl,sys2,…,t) %多系统单位脉冲响应绘图[y,t]=impulse(sys