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第6章 线性控制系统分析与设计
MATLAB的控制系统工具箱(Control System Toolbox)可以提供对线性系统分析、设计和建模的各种算法。
6.1线性系统的描述
6.1.1状态空间描述法
状态空间描述法是使用状态方程模型来描述控制系统,MATLAB中状态方程模型的建立使用ss和dss命令。
语法:
G=ss(a,b,c,d) %由a、b、c、d参数获得状态方程模型
G=dss(a,b,c,d,e) %由a、b、c、d、e参数获得状态方程模型
【例6.1】写出二阶系统,当=0.707,=1时的状态方程。
zeta=0.707;wn=1;
A=[0 1;-wn^2 -2*zeta*wn];
B=[0;wn^2];
C=[1 0];
D=0;
G=ss(A,B,C,D) %建立状态方程模型
a =
x1 x2
x1 0 1
x2 -1 -1.414
b =
u1
x1 0
x2 1
c =
x1 x2
y1 1 0
d =
u1
y1 0
Continuous-time model.
6.1.2传递函数描述法
MATLAB中使用tf命令来建立传递函数。
语法:
G=tf(num,den) %由传递函数分子分母得出
说明:num为分子向量,num=[b1,b2,…,bm,bm+1];den为分母向量,den=[a1,a2,…,an-1,an]。
【例6.1续】将二阶系统描述为传递函数的形式。
num=1;
den=[1 1.414 1];
G=tf(num,den) %得出传递函数
Transfer function:
1
-----------------
s^2 + 1.414 s + 1
6.1.3零极点描述法
MATLAB中使用zpk命令可以来实现由零极点得到传递函数模型。
语法:
G=zpk(z,p,k) %由零点、极点和增益获得
说明:z为零点列向量;p为极点列向量;k为增益。
【例6.1续】得出二阶系统的零极点,并得出传递函数。
z=roots(num)
z =
Empty matrix: 0-by-1
p=roots(den)
p =
-0.7070 + 0.7072i
-0.7070 - 0.7072i
zpk(z,p,1)
Zero/pole/gain:
1
-------------------
(s^2 + 1.414s + 1)
程序分析:roots函数可以得出多项式的根,零极点形式是以实数形式表示的。
部分分式法是将传递函数表示成部分分式或留数形式:
【例6.1续】将传递函数转换成部分分式法,得出各系数。
[r,p,k]=residue(num,den)
r =
0 - 0.7070i
0 + 0.7070i
p =
-0.7070 + 0.7072i
-0.7070 - 0.7072i
k =
[]
6.1.4离散系统的数学描述
状态空间描述法
状态空间描述离散系统也可使用ss和dss命令。
语法:
G=ss(a,b,c,d,Ts) %由a、b、c、d参数获得状态方程模型
G=dss(a,b,c,d,e,Ts) %由a、b、c、d、e参数获得状态方程模型
说明:Ts为采样周期,为标量,当采样周期未指明可以用-1表示。
【例6.2】用状态空间法建立离散系统。
a=[-1.5 -0.5;1 0];
b=[1;0];
c=[0 0.5];
d=0;
G=ss(a,b,c,d,0.1) %采样周期为0.1s
a =
x1 x2
x1 -1.5 -0.5
x2 1 0
b =
u1
x1 1
x2 0
c =
x1 x2
y1 0 0.5
d =
u1
y1 0
Sampling time: 0.1
Discrete-time model.
2. 脉冲传递函数描述法
脉冲传递函数也可以用tf命令实现。
语法:
G=tf(num,den,Ts) %由分子分母得出脉冲传递函数
说明:Ts为采样周期,为标量,当采样周期未指
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