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1、桂林航天工业学院实验报告课程名称机械控制工程基础开课学期2014-2015学年第2学期 实验室南实---211班级姓名学号桂林航天工业学院学生实验报告课程名称机械控制工程基础实验项目名称系统模型的建立、转换、时域响应开课系（部）及实验室机械工程系机电一体化实验日期年 月 日学生姓名学号专业班级指导教师王为庆实验成绩【实验目的】1.了解MATLAB软件的基本特点和功能,熟悉其界面、菜单和工具条，熟悉MATLAB程序设计结构及M文件的编制；掌握线性系统模型的计算机表示方法、变换以及模型间的相互转换。2.了解控制系统工具箱的组成、特点及应用；掌握求线性定常连续系统输出响
2、应的方法，运用连续系统时域响应函数（impulse,step,lsim），得到系统的时域响应曲线。【实验指导】一、模型的建立:在线性系统理论中,一般常用的数学模型形式有:(1)传递函数模型(系统的外部模型)(2)状态空间模型(系统的内部模型)(3)零极点增益模型这些模型之间都有着内在的联系,可以相互进行转换.1、传递函数模型若已知系统的传递函数为:对线性定常系统,式中s的系数均为常数,且an不等于零,这时系统在MATLAB中可以方便地由分子和分母系数构成的两个向量唯一地确定出来,这两个向量分别用num和den表示.num=[cm,c,m-1,…,c1,c0]den=[
3、an,an-1,…,a1,a0]注意:它们都是按s的降幂进行排列的.则传递函数模型建立函数为:sys=tf(num,den).2、零极点增益模型零极点增益模型为:若已知系统的其中:K为系统增益,zi为零点,pj为极点.则在MATLAB中零极点增益模型建立函数为:sys=zpk(z,p,k)其中:z=[z1,z2,…,zm]p=[p1,p2,...,pn]K=[k]3、状态空间模型状态方程与输出方程的组合称为状态空间表达式,又称为动态方程,经典控制理论用传递函数将输入—输出关系表达出来,而现代控制理论则用状态方程和输出方程来表达输入—输出关系,揭示了系统内部状态对系统性
4、能的影响.若已知系统的状态空间模型为:则在MATLAB中状态空间模型建立函数为:sys=ss(A,B,C,D).二、模型的转换在一些场合下需要用到某种模型,而在另外一些场合下可能需要另外的模型,这就需要进行模型的转换.模型转换的函数包括:(1)ss2tf:状态空间模型转换为传递函数模型.格式为:[num,den]=ss2tf(a,b,c,d)(2)ss2zp:状态空间模型转换为零极点增益模型.格式为:[z,p,k]=ss2zp(a,b,c,d)(3)tf2zp:传递函数模型转换为零极点增益模型.格式为:[z,p,k]=tf2zp(num,den)(4)tf2ss:传递
5、函数模型转换为状态空间模型.格式为:[a,b,c,d]=tf2ss(num,den)(4)zp2ss:零极点增益模型转换为状态空间模型.格式为:[a,b,c,d]=zp2ss(z,p,k)(5)zp2tf:零极点增益模型转换为传递函数模型.格式为:[num,den]=zp2tf(z,p,k)三、模型的连接1、并联:parallel格式:[a,b,c,d]=parallel(a1,b1,c1,d1,a2,b2,c2,d2)%并联连接两个状态空间系统.[num,den]=parallel(num1,den1,num2,den2)%将并联连接的传递函数进行相加.2、串联:s
6、eries格式:[a,b,c,d]=series(a1,b1,c1,d1,a2,b2,c2,d2)%串联连接两个状态空间系统.[num,den]=series(num1,den1,num2,den2)%将串联连接的传递函数进行相乘.3、反馈:feedback格式:[a,b,c,d]=feedback(a1,b1,c1,d1,a2,b2,c2,d2)%将两个系统按反馈方式连接,一般而言,系统1为对象,系统2为反馈控制器.[num,den]=feedback(num1,den1,num2,den2,sign)%可以得到类似的连接,只是子系统和闭环系统均以传递函数的形式表示
7、.sign的含义与前述相同.4、闭环:cloop(单位反馈)格式:[ac,bc,cc,dc]=cloop(a,b,c,d,sign)%通过将所有的输出反馈到输入,从而产生闭环系统的状态空间模型.当sign=1时采用正反馈;当sign=-1时采用负反馈;sign缺省时,默认为负反馈.[numc,denc]=cloop(num,den,sign)%表示由传递函数表示的开环系统构成闭环系统,sign意义与上述相同.四、线性连续系统的时域响应1求取线性连续系统的阶跃响应函数为(step)基本格式为:step(sys)step(num,den)step(A,B
