自动控制原理 李明富 第9章 基于MATLAB的控制系统分析

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1、第9章基于MATLAB的控制系统分析9.1MATLAB概述9.1.1MATLAB家族Mathworks总部位于美国马萨诸塞州的Natick市，是世界领先的基于技术计算和模型设计的软件开发商和供应商。该公司自1984年成立至今，已在全球拥有超过五十万的企业用户和上千万的个人用户，其产品广泛应用于航空航天，金融财务、机械化工、电信、教育等各个行业。2007年5月，Mathworks公司在中国北京成立独资公司，直接为中国用户提供销售、培训和支持服务。Mathworks的MATLAB&Simulink产品家族

2、是一高度整合的科学计算环境，提供了强大的设计工具。MATLAB&Simulink产品的大致组成由图9-1所示。图9-1MATLAB&Simulink产品大致组成在产品家族中，MATLAB是整个体系的基座，它是一个语言编程型开发平台，提供了体系中其他工具所需要的集成环境。MATLAB集成了2D和3D图形功能，以完成数值可视化的工作，利用交互式的高级编程语言——M语言编写脚本或者函数文件实现自己的算法。MATLABCompiler是一种编译工具，自动将MATLAB中的M文件转换成C和C++代码，用于独立应

3、用开发。Simulink是一个交互式动态系统建模、仿真和分析工具。它的建模范围广泛，可以针对任何能够用数学描述的系统进行建模，例如通信系统、卫星控制制导系统、航空航天动力学系统、船舶及汽车等，其中包括了连续、离散，条件执行，事件驱动，单速率、多速率和混杂系统等。Simulink利用鼠标拖放的方法建立系统模型的图形界面，而且Simulink提供了丰富的功能块，几乎可以做到不书写一行代码就能完成整个动态系统的建模工作，将工程人员对计算机编程的熟练程度的要求降到了最低。在MATLAB&Simulink基本环

4、境之上，Mathworks公司为用户提供了丰富的扩展资源Toolbox和Blockset。函数库和模块库是开放的可扩展，用户可以对其进行修改，甚至可以开发自己的算法扩充工具箱的功能。MATLAB已经从单纯的数学函数库演变为多学科多领域的函数包、模块库的提供者。目前，MATLAB产品的工具箱已涵盖数据获取、科学计算、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域。Stateflow是一种利用有限状态机理论建模和仿真事件驱动系统的可视化设计工具，适合用于描述复杂的开

5、关控制逻辑、状态转移图以及流程图等。在MATLAB产品家族中，自动化的代码生成工具主要有Real-TimeWorkshop（RTW）和StateflowCoder，这两种代码生成工具可以直接将Simulink的模型框图和Stateflow的状态图转换成高效优化的程序代码。整个代码的生成、编译以及相应的目标下载过程都是自动完成的，用户需要做得仅仅使用鼠标单击几个按钮即可。MATLAB产品家族具体包括以下部分，表9-1所示。表9-1MATLAB产品家族•MATLAB®MATLAB科学计算语言•Distri

6、butedComputingToolbox分布式计算工具箱•MATLAB®DistributedComputingEngine分布式计算引擎＜数学及最优化＞•OptimizationToolbox最优化工具箱•SymbolicMathToolbox符号计算工具箱•ExtendedSymbolicMathToolbox（延伸）符号计算工具箱•PartialDifferentialEquationToolbox偏微分工具箱•GeneticAlgorithmandDirectSearchToolbox智能算

7、法及直接搜索工具箱＜统计及资料分析＞•StatisticsToolbox统计工具箱•NeuralNetworkToolbox神经网络工具箱•CurveFittingToolbox曲线拟合工具箱续表•SplineToolbox样条工具箱•Model-BasedCalibrationToolbox基于模型的标定工具箱＜控制系统设计及分析＞•ControlSystemToolbox控制系统工具箱•SystemIdentificationToolbox系统识别工具箱•FuzzyLogicToolbox模糊逻辑

8、工具箱•WaveletToolbox小波工具箱•Fixed-PointToolbox定点工具箱•RFToolbox射频工具箱＜图像处理＞•ImageProcessingToolbox图像处理工具箱•ImageAcquisitionToolbox图像采集工具箱•MappingToolbox地理信息处理工具箱＜测试及测量＞•DataAcquisitionToolbox数据采集工具箱•InstrumentControlToolbox仪器仪表控制工具箱•Syst