文档介绍：第 5 章 MATLAB 在自动控制原理中的应用第5章 MATLAB 在自动控制原理的应用控制系统模型控制系统的时域分析控制系统的根轨迹控制系统的频域分析系统的状态空间分析函数极点配置和观测器设置最优控制系统设计第 5 章 MATLAB 在自动控制原理中的应用控制系统模型 pi pipx?????????? x 控制系统的描述与 LTI 对象。在 MATLAB 中,对自动控制系统的描述采用三种模型:状态空间模型( ss)、传递函数模型( tf) 以及零极点增益模型( zpk )。模型转换函数: ss2tf , ss2zp , tf2ss , tf2zp , zp2ss 和 zp2tf 。 2. LTI 对象为了对系统的调用和计算带来方便。根据软件工程中面向对象的思想, MATLAB 通过建立专用的数据结构类型,把线性时不变系统( LTI) 的各种模型封装成为统一的 LTI 对象。 MATLAB 控制系统工具箱中规定的 LTI 对象包含了三种子对象: ss 对象、 tf对象和 zpk 对象。每个对象都具有其属性和方法,通过对象方法可以存取或者设置对象的属性值。在 MATLAB 的 Control System Toolbox( 控制系统工具箱) 中提供了许多仿真函数与模块,用于对控制系统的仿真和分析。第 5 章 MATLAB 在自动控制原理中的应用属性说明: (1) 当系统为离散系统时,给出了系统的采样周期 Ts。 Ts=0 或缺省时表示系统为连续时间系统; Ts=-1 表示系统是离散系统,但它的采样周期未定。 (2) 输入时延 Td 仅对连续时间系统有效,其值为由每个输入通道的输入时延组成的时延数组,缺省表示无输入时延。 (3) 输入变量名 InputName 和输出变量名 OutputName 允许用户定义系统输入输出的名称,其值为一字符串单元数组,分别与输入输出有相同的维数,可缺省。 (4) Notes 和用户数据 Userdata 用以存储模型的其它信息,常用于给出描述模型的文本信息,也可以包含用户需要的任意其它数据,可缺省。第 5 章 MATLAB 在自动控制原理中的应用字符串单元向量状态变量名 StateName 二维矩阵系数矩阵 e 二维矩阵系数矩阵 d 二维矩阵系数矩阵 c 二维矩阵系数矩阵 b 二维矩阵系数矩阵 a ss对象(状态空间) 由行数组组成的单元阵列零点 z s、z、p、k、z -1中之一零极点增益模型变量 variable 由行数组组成的单元阵列极点 p 二维矩阵增益 k zpk 对象(零极点增益) s、z、p、k、z -1中之一传递函数变量 variable 由行数组组成的单元阵列传递函数分子系数 num 由行数组组成的单元阵列传递函数分母系数 den tf对象(传递函数) 属性值的变量类型意义属性名称对象名称第 5 章 MATLAB 在自动控制原理中的应用 LTI 模型的建立及转换函数在 MATLAB 的控制系统工具箱中,各种 LTI 对象模型的生成和模型间的转换都可以通过一个相应函数来实现。生成(或将其它模型转换为)零极点增益模型 zpk (z, p, k, …) 生成(或将其它模型转换为)传递函数模型 tf (num, den, …) 生成(或将其它模型转换为)状态空间模型 ss (a, b, c, d, …) 生成(或将其它模型转换为) DSP 形式的离散传递函数 filt (num, den, …) 生成(或将其它模型转换为)描述状态空间模型 dss (a, b, c, d, …) 生成 LTI 模型的函数第 5 章 MATLAB 在自动控制原理中的应用[例 5-4] 生成离散系统的零极点模型。 MATLAB 源程序为: z={[] ,-}; p={,[+2i,-2i]}; k=[2,3]; s6= zpk (z,p,k,-1) 运行结果为: Zero/pole/gain from input 1 to output: ←从第 1输入端口至输出的零极点增益 2 ------- ( z-) Zero/pole/gain from input 2 to output: ←从第 2输入端口至输出的零极点增益 3 ( z+) ------------------------- (z-(+2i)) (z-(-2i)) Samp