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1、概述4.1控制工具箱中的LTI对象4.2动态特性和时域分析函数4.3系统的频域分析函数4.4模型分析图形工具4.5模型设计图形工具(*略)第4章控制系统的分析仿真Matlab与系统仿真1Matlab与系统仿真2概述自动控制系统线性系统非线性系统连续系统离散系统线性时不变系统线性时变系统经典现代Matlab与系统仿真3经典分析法：传递函数现代分析法：状态空间G(s)U(s)Y(s)比较框图Matlab与系统仿真4（1）经典控制理论用指定某个输出的高阶微分方程来描述系统的动态过程。传递函数G(s)U(s)Y(s)缺陷：1）单输入单输出：无法适应高维复杂大系统
2、控制2）不完全描述：黑匣子，内部状态无法表达，很难主动调整控制Matlab与系统仿真5（2）现代控制理论状态变量、状态矢量、状态空间、状态方程经典控制理论：高阶微分方程、传递函数多个一阶微分方程——系统状态方程关键概念：分解Matlab与系统仿真例：Matlab与系统仿真7没有良好的计算工具前：系统建立、变换、分析、设计、绘图等相当复杂。MATLAB控制系统软件包以面向对象的数据结构为基础，提供了大量的控制工程计算、设计库函数，可以方便地用于控制系统设计、分析和建模。节省时间，避免计算错误，把注意力集中到系统分析设计本身上来。Matlab与系统仿真8Ma
3、tlab与系统仿真9在控制系统软件包中——控制系统通常采用传递函数、零极点、状态空间三种形式建模；允许“经典”和“现代”技术并用；既可处理连续时间系统也可处理离散时间系统；并且可以进行不同模型表示形式之间的相互转换；也可以计算和绘制时间响应、频率响应及根轨迹图；还能够进行极点配置相最优控制器的参数计算。（一）控制系统模型的建立（二）模型的简单组合（三）连续系统和采样系统变换（*略）4.1控制工具箱中的LTI对象LinearTimeInvariableMatlab与系统仿真10MATLAB规定3种LTI子对象：（一）控制系统模型的建立Tf对象——zpk对象
4、——ss对象——传递函数模型零极增益模型状态空间模型Matlab与系统仿真11表8.2P239三种对象的特有属性Matlab与系统仿真12LTI模型的建立函数Matlab与系统仿真13Matlab与系统仿真141.传递函数模型创建函数形式：num=[b0,b1,…,bm];den=[a0,a1,…,an];sys=tf(num,den)多项式中缺项系数值用0替代。Matlab与系统仿真15例4.1.1：>>num=0.64;>>den=[10.80.64];>>sys=tf(num,den)Transferfunction:0.64-----------
5、-------s^2+0.8s+0.64Matlab与系统仿真162.零—极点增益模型创建函数形式：z=[-Z(1),-Z(2),…,-Z(n)];p=[-P(1),…,-P(n)];k=K;sys=zpk(z,p,k)使用zpk时要注意：先要将传递函数转换成首一标准型（即ppt中的形式,s的系数为1）Matlab与系统仿真17>>z=-1;>>p=[-1-2];>>k=1;>>zpk(z,p,k)例4.1.2Zero/pole/gain:(s+1)-----------(s+1)(s+2)Matlab与系统仿真183.状态空间模型状态方程模型在一般的控
6、制系统中运用十分广泛。状态方程与输出方程的组合称为状态空间表达式。经典控制理论用传递函数表示输入－输出关系（特点）现代控制理论用状态空间表达式表达输入－输出关系，揭示了系统内部状态对系统性能的影响。Matlab与系统仿真19创建函数形式：sys=ss(a,b,c,d)（*略）显示系统的状态矩阵函数形式：[a,b,c,d]=ssdata(sys)Matlab与系统仿真20例4.1.3>>a=[-4,-6,-8;1,0,0;0,1,0];>>b=[1;0;0];>>c=[0,1,2];>>d=[0];>>sys=ss(a,b,c,d)Matlab与系统仿真2
7、14.模型转换输入个数状态方程模型传递函数模型[a,b,c,d]=tf2ss(num,den)[num,den]=ss2tf(a,b,c,d,iu)状态方程模型零－极点增益模型[a,b,c,d]=zp2ss(z,p,k)[z,p,k]=ss2zp(a,b,c,d,iu)传递函数模型零－极点增益模型[num,den]=zp2tf(z,p,k)[z,p,k]=tf2zp(num,den)是否可以是已经建立的系统模型？注意：这里是tf2zp()，不是tf2zpk()，tf2zpk()函数的结果与tf2zp()函数的结果的区别在于：前者得到的零点个数（z值的个数
8、）和极点的个数（p值的个数）一定相等，零点不够的补零.Matlab与系统仿真22
