第10章控制系统MATLAB计算与仿真ppt课件.ppt

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1、第10章控制系统MATLAB计算与仿真10.1控制系统MATLAB仿真基础10.1.1控制系统数学模型10.1.2系统时域分析10.1.3系统频域分析10.1.4系统状态空间分析10.2控制系统的MATLAB仿真及计算10.3控制系统设计10.1控制系统MATLAB仿真基础10.1.1控制系统数学模型1.数学模型种类与转换MATLAB中用四种数学模型表示控制系统：传递函数模型、零极点增益模型、状态空间模型、动态结构图（SIMULINK中使用）。实际应用中，根据要解决问题的需要，往往要进行不同种类模型之间的转换，MA

2、TLAB控制系统工具箱中为此提供了相应的命令函数。（1）传递函数模型MATLAB中用函数命令tf（）来建立控制系统的传递函数模型。函数命令的调用格式为：sys=tf（num，den）函数返回的变量为连续系统的传递函数模型，函数输入参量num与den分别为系统的分子与分母多项式系数向量。sys=tf（num，den，Ts）函数返回的变量为离散系统的传递函数模型，函数输入参量num与den分别为系统的分子与分母多项式系数向量，Ts为采样时间。MATLAB中还用函数printsys（）来输出系统模型。（2）零极点增益模型

3、MATLAB中用函数命令zpk（）来建立控制系统的零极点增益模型。函数命令的调用格式为：sys=zpk（z，p，k）其中的z、p、k分别代表系统零点、极点、增益向量，函数返回连续系统零极点模型。sys=zpk（z，p，k，Ts）其中的z、p、k分别代表系统零点、极点、增益向量，函数返回离散系统零极点模型，Ts为采样时间。（3）状态空间模型MATLAB中用函数命令ss（）来建立控制系统的零极点增益模型。函数命令的调用格式为：sys=ss（a，b，c，d）其中的a、b、c、d分别代表系统状态矩阵、控制矩阵、输出矩阵、直

4、接传输矩阵，函数返回连续系统状态空间模型。sys=ss（a，b，c，d，Ts）其中的a、b、c、d分别代表系统状态矩阵、控制矩阵、输出矩阵、直接传输矩阵，函数返回离散系统状态空间模型，Ts为采样时间。函数名函数功能tf2zp将传递函数模型转换为零极点增益模型zp2tf将零极点增益模型转换为传递函数模型tf2ss将传递函数模型转换为状态空间模型ss2tf将状态空间模型转换为传递函数模型zp2ss将零极点增益模型转换为状态空间模型ss2zp将状态空间模型转换为零极点增益模型模型转换例10.1用Matlab表示传递函数为

5、的系统解：num=[23]；den=[4321]；sys=tf（num，den）执行结果：Transferfunction:2s+3-----------------------4s^3+3s^2+2s+1例10.2用Matlab表示传递函数为的系统。解：z=-3；p=[0-1-2]；k=2；sys=zpk（z，p，k）执行结果：Zero/pole/gain:2(s+3)-------------s(s+1)(s+2)例10.3用Matlab表示状态空间表达式为的系统。解：a=[010；001；-1-2-3]；b=

6、[0；0；1]；c=[100]；d=0；sys=ss（a，b，c，d）执行结果：a=x1x2x3x1010x2001x3-1-2-3b=u1x10x20x31c=x1x2x3y1100d=u1y10Continuous-timemodel.例10.4已知某控制系统的传递函数为，求Matlab描述的传递函数模型及零极点增益模型。解：num=[001]；den=[132]；sys1=tf（num，den）；[zpk]=tf2zp（num，den）；sys2=zpk（z,p,k）执行结果：Transferfunction

7、:1-------------s^2+3s+2Zero/pole/gain:1-----------(s+2)(s+1)2.方框图模型化简在MATLAB中描述系统的模型形式不仅仅拘泥于数学表达式，还有应用在SIMULINK仿真环境中的动态方框图形式。只要按照一定的规则画出系统模型图，然后用实际系统的数据进行设置，就可以对其实现仿真。模型化简包括：环节串联化简；环节并联化简；反馈环节化简。（1）环节串联化简多个环节相串联的连接形式是控制系统最基本的组成结构形式之一。在MATLAB中用函数命令series（）来实现串联

8、化简。其调用格式为：sys=series（sys1，sys2）说明：也可以简单地通过命令sys=sys1×sys2实现。（2）环节并联化简多个环节相并联的连接形式也是控制系统最基本的组成结构形式之一。在MATLAB中用函数命令parallel（）来实现串联化简。其调用格式为：sys=parallel（sys1，sys2）说明：也可以简单地通过命令sys=sy