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应用MATLAB分析控制.pptVIP

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MATLAB中控制系统 的数学描述与建模 对线性定常系统,式中s的系数均为常数,且a1不等于零,这时系统在MATLAB中可以方便地由分子和分母系数构成的两个向量唯一地确定出来,这两个向量分别用num和den表示。 num=[b1,b2,…,bm,bm+1] den=[a1,a2,…,an,an+1] 注意:它们都是按s的降幂进行排列的。 零极点模型实际上是传递函数模型的另一种表现形式,其原理是分别对原系统传递函数的分子、分母进行分解因式处理,以获得系统的零点和极点的表示形式。 控制系统常用到并联系统,这时就要对系统函数进行分解,使其表现为一些基本控制单元的和的形式。 函数[r,p,k]=residue(b,a)对两个多项式的比进行部分展开,以及把传函分解为微分单元的形式。 向量b和a是按s的降幂排列的多项式系数。部分分式展开后,部分分式各项的系数返回到向量r,极点返回到列向量p,常数项返回到k。 举例:传递函数描述 1) 》num=[12,24,0,20];den=[2 4 6 2 2]; 2) 借助多项式乘法函数conv来处理: 》num=4*conv([1,2],conv([1,6,6],[1,6,6])); 》den=conv([1,0],conv([1,1],conv([1,1],conv([1,1],[1,3,2,5])))); 零极点增益模型: 》num=[1,11,30,0]; 》den=[1,9,45,87,50]; [z,p,k]=tf2zp(num,den) 》 部分分式展开: 》num=[2,0,9,1]; 》den=[1,1,4,4]; [r,p,k]=residue(num,den) 》 状态方程与输出方程的组合称为状态空间表达式,又称为动态方程,经典控制理论用传递函数将输入—输出关系表达出来,而现代控制理论则用状态方程和输出方程来表达输入—输出关系,揭示了系统内部状态对系统性能的影响。 举例: 系统为一个两输入两输出系统 》A=[1 6 9 10; 3 12 6 8; 4 7 9 11; 5 12 13 14]; 》B=[4 6; 2 4; 2 2; 1 0]; 》C=[0 0 2 1; 8 0 2 2]; 》D=zeros(2,2); 在一些场合下需要用到某种模型,而在另外一些场合下可能需要另外的模型,这就需要进行模型的转换。 模型转换的函数包括: residue:传递函数模型与部分分式模型互换 ss2tf: 状态空间模型转换为传递函数模型 ss2zp: 状态空间模型转换为零极点增益模型 tf2ss: 传递函数模型转换为状态空间模型 tf2zp: 传递函数模型转换为零极点增益模型 zp2ss: 零极点增益模型转换为状态空间模型 zp2tf: 零极点增益模型转换为传递函数模型 1)系统的零极点增益模型: 》z=[-3];p=[-1,-2,-5];k=6; 》[num,den]=zp2tf(z,p,k) 》num= 0 0 6 18 den= 1 8 17 10 2)已知部分分式: 》r=[-0.25i,0.25i,-2]; 》p=[2i,-2i,-1];k=2; 》[num,den]=residue(r,p,k) 》num= 2 0 9 1 》den= 1 1 4 4 1、并联:parallel 格式: [num,den]=parallel(num1,den1,num2,den2) %将并联连接的传递函数进行相加。 3、反馈:feedback 格式: [num,den]=feedback(num1,den1,num2,den2,sign) %可以得到类似的连接,只是子系统和闭环系统均以传递函数的形式表示。 sign用来指示系统2输出到系统1输入的连接符号,sign缺省时,默认为负,即sign= -1。总系统的输入/输出数等同于系统1 。 控制系统的分析方法 控制系统的稳定性分析 控制系统的时域分析 控制系统的频域分析 控制系统的根轨迹分析 控制系统的稳定性分析 对于连续时间系统,如果闭环极点全部在S平面左半平面,则系统是稳定的。 对于离散时间系统,如果系统全部极点都位于Z平面的单位圆内,则系统是稳定的。 MATLAB提供了直接求取系统所有零极点的函数,因此可以直接根据零极点的分布情况对系统的稳定性 控制系统的时域分析 控制系统的频域分析 控制系统的根轨迹分析 稳定性 当开环增益K从零到无穷大变化时,图中的根轨迹不会越过虚轴进入右半s平面,因此这个系统对所有的K值都是稳定的。如果根轨

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