计算机仿真技术及CAD基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计.ppt

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1、本章内容(1)  LTI对象的三种表示方法及其相互转换；(2) 采用多个分离变量进行描述的系统模型与LTI对象模型之间的相互转换；(3) 线性时不变系统观测器(LTIViewer)的使用方法及其在线性和非线性系统分析中的应用；(4) 单变量线性系统设计器（SISODesignTool）的使用方法及其在线性系统分析和设计中的应用；(5)利用Simulink的SignalConstraint模块（或NCDOutport模块）对系统输出信号具有约束的作用，实现对具有不确定参数的非线性系统进行控制器的优化设计。第9章基于MATLAB工具

2、箱的控制系统分析与设计19.1控制系统工具箱的简介系统建模系统分析系统设计21系统建模能够建立系统的状态空间、传递函数、零极点增益模型，并可实现任意两者之间的转换：可通过串联、并联、反馈连接及更一般的框图建模来建立系统的模型：可通过多种方式实现连续时间系统的离散化，离散时间系统的连续化及重采样。32系统分析控制系统工具箱不仅支持对SISO系统的分析，也可对MIMO系统进行分析。对系统的时域响应，可支持系统的单位阶跃响应、单位脉冲响应、零输入响应以及更广泛的对任意信号进行仿真；对系统的频率响应，可支持系统的Bode图、Nichol

3、s图和Nyquist图进行计算和绘制。另外，在控制系统工具箱中，提供一个可视化的LTI观测器（LTIViewer），它大大方便了用户对系统的各种绘制和分析。43系统设计控制系统工具箱可以进行各种系统的补偿设计，如LQG线性二次型设计、线性系统的根轨迹设计和频率法设计、线性系统的极点配置，以及线性系统观测器设计等。在控制系统工具箱中，也提供了一个功能非常强大的单输入单输出线性系统设计器（SISODesignTool），它为用户设计单输入单输出线性控制系统提供了非常友好的图形界面。59.2线性时不变系统的对象模型为了避免对一个系统采

4、用多个分离变量进行描述，在新版本的控制系统工具箱中，将线性时不变系统的各种描述，都封装成了一个模型，这里称为LTI对象。6LTI对象有如下的三种方式：tf对象：封装了由传递函数模型描述的线性时不变系统的所有数据。zpk对象：封装了由零极点模型描述的线性时不变系统的所有数据。ss对象：封装了由状态空间模型描述的线性时不变系统的所有数据。71.LTI系统tf对象的建立sys=tf(num,den)生成连续系统的LTI传递函数模型sys=tf(num,den,TS)生成离散系统的LTI传递函数模型82.LTI系统zpk对象的建立sys

5、=zpk(z,p,k)生成连续系统的LTI零极点模型sys=zpk(z,p,k,TS)生成离散系统的LTI零极点模型9sys=ss(A,B,C,D)生成连续系统的LTI传递函数模型sys=ss(A,B,C,D,Ts)生成离散系统的LTI传递函数模型3.LTI系统ss对象的建立104.获取传递函数模型数据MATLAB函数tfdata()的调用格式为[num,den]=tfdata(sys)[num,den]=tfdata(sys,’v’)[num,den,Ts,Td]=tfdata(sys)115.获取零极点模型数据MATLAB函

6、数zpkdata()的调用格式为[z,p,k]=zpkdata(sys)[z,p,k]=zpkdata(sys,’v’)[z,p,k,Ts,Td]=zpkdata(sys)12MATLAB函数ssdata()的调用格式为[A,B,C,D]=ssdata(sys）[A,B,C,D,Ts,Td]=ssdata(sys）6.获取标准状态空间模型数据139.3线性时不变系统浏览器LTIViewer在使用线性时不变系统浏览器LTIViewer对系统进行分析时首先要把系统模型转换成LTI对象（线性时不变系统对象）的三种形式(ss对象、t

7、f对象和zpk对象)之一，因LTI对象是控制系统工具箱中最为基本的数据类型。141.启动LTI浏览器在MATLAB命令窗口中，可以用以下两种方法启动LTIViewer：(1)在MATLAB的命令窗口中直接键入ltiview命令；(2)在MATLAB窗口的左下角“Start”菜单中，单击“ToolboxsControlsystem”命令子菜单中的“LTIViewer”选项。在第一种方式启动下，系统给出了单位阶跃响应曲线的显示窗口，此时由于尚未输入系统模型，故无响应曲线显示，如图9-1(a)所示。在第二种方式启动下，它采用了默认系

8、统模型，且同时显示系统的单位阶跃响应曲线（Step）和单位脉冲响应（Impulse）曲线，如图9-1(b)所示。15图9-1162.输入系统模型在启动LTIViewer之后，需要利用LTIViewer窗口中File菜单下的Import命令，输入用户所要进行分析的