基于matlab的时域响应分析 .doc

引言 MATLAB是“矩阵实验室”（Matrix Laboratory）的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的需要。与其他计算机语言相比，其特点是简洁和智能化，适应科技专业人员的思维方式和书写习惯，是的编程和调试效率大大提高。 MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。 ● 向量、矩阵的运算分析 ● 复数运算及分析 ● 微分方程的求解 ● 稀疏矩阵的运算 ● 特殊函数的计算机分析 ● 快速傅立叶变换及信号处理矩阵计算 ● 数据分析及系统计算 （2）程序语言及算法实现 ● 程序流程控制语句 ● C语言产生器 ● 文件管理及二进制输入输出 （3）MATLAB绘图功能 ● 二维图形绘制 ● 特殊坐标图形绘制及修改 ● 三维坐标图形绘制 （4）MATLAB与高级语言接口 ● MATLAB与C语言接口及库函数 ● MATLAB与C++语言接口及库函数 ● MATLAB编译器 （5）Simulink建模与仿真 ● Simulink加速器 ● 实时工作空间（Real-Time Work） ● 非线性控制系统设计 1.3 SIMULINK与控制系统 SIMULINK自1992年问世以来，就很快在控制界有了广泛的应用。它的前身是1990年Math Works公司为MATLAB提供的控制系统模型图形输入和仿真工具SIMUAB。 概括的说，SIMULINK是一个可视化动态系统仿真环境。一方面，它是MATLAB的扩展，保留了所有MATLAB的函数和特性：另一方面，它又有可视化仿真和编程的特点。 自从SIMULINK问世以来，很大一部分控制系统的设计和仿真问题都是在SIMULINK环境下完成的。在SIMULINK环境下分析和设计控制器，甚至不需要编制任何程序就可以得到希望的参数。并且，SIMULINK秉承了MATLAB的优点，所有仿真结果都可以通过图形来显示。 二、控制系统的时域分析 时域分析是指控制系统在一定的条件下，根据输出量的时域表达式，分析系统的稳定性、瞬态和稳态性能。在时域内对控制系统进行分析，应该首先求取系统在典型输入信号下的时间响应，然后直接从系统的时间响应分析其稳态性能及动态性能。由于时域分析是直接在时间域中对系统进行分析的方法，所以时域分析具有直观和准确的优点。系统输出量的时域表达式可由微分方程得到，也可由传递函数得到。在初值为零时，一般都利用传递函数进行研究，用传递函数间接的评价系统的性能指标。具体是根据闭环系统传递函数的极点和零点来分析系统的性能，此时也称为复频域分析。 三、仿真实例及结果分析 某系统的开环传递函数为： 试求其闭环传递函数，并绘制输出量阶跃响应曲线和脉冲响应曲线。选择函数的状态变量将其转化为状态方程模型，并绘制状态变量的阶跃响应曲线和脉冲曲线。程序如下： clc close all; clear; %系统开环传递函数初始化 numo=[0 0 0 0 200]; deno=[1 20 140 400 384]; %求解系统的闭环传递函数 numc=numo; n=length(deno); denc=zeros(1,n); denc=numo+deno; %结果显示 disp(System Closed LoopTransfer Function is:) numc denc %系统仿真数据初始化 t=0:0.05:3; %系统输出量的阶跃响应 y=step(numc,denc,t); ％系统输出量的脉冲响应 yy=impulse(numc,denc,t); ％输出量阶跃响应曲线绘制 figure plot(t,y); title(System Step Response); xlabel(Time-sec); ylabel(Response-value); grid; ％输出量脉冲响应曲线绘制 figure plot(t,yy); title(System Impulse Response); xlabel(Time-sec); ylabel(Response-value); g