兰州交通大学计算机控制技术课件第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真.ppt

第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 第10章 控制系统计算机辅助设计与仿真 * 本章主要内容： 2、控制系统的数学描述与建模 3、控制系统的计算机仿真与应用 1、控制系统仿真的基本概念 1、控制系统仿真的基本概念 仿真意思是在实际系统尚不存在的情况下，系统或活动本质的复现。 (1) 仿真模型与仿真研究 仿真模型 对于计算机仿真，需要在计算机上建立起对象的数学模型。一般来说，系统的数学模型都必须改写成适合于计算机处理的形式，称为仿真数学模型。系统数学模型是系统的一次近似模型，仿真数学模型则是系统的二次近似模型。 仿真研究 仿真是一个建模——实验——分析——修改模型——再实验——再分析……不断反复的过程。 1、控制系统仿真的基本概念 对动态系统的计算机仿真而言，仿真三个要素包括系统、模型和计算机。相应仿真过程可划分为三个基本活动：建模，模型实现和模型实验。其关系见下图所示。 1、控制系统仿真的基本概念 (2) MATLAB软件系统简介 MATLAB软件的组成 MATLAB的用户界面 MATLAB基本语法 Simulink简介 说明：关于MATLAB方面详细内容请参阅相关书籍。 2、控制系统的数学描述与建模 (1)控制系统的数学模型 控制系统的数学模型对于控制系统的研究具有重要的意义。要对系统进行仿真研究，首先应建立系统的数学模型，在此模型的基础上建立系统的仿真模型，然后进行仿真。 系统的时域模型 连续时间系统（数学模型）用微分方程描述 其中，y和u分别为系统的输出和输入，ai和bi分别为输出和输入各导数项系数 2、控制系统的数学描述与建模 离散时间系统（数学模型）用差分方程描述 其中，y和u分别为系统的输出和输入，gi和fi分别为输出、输入各项系数。 系统的传递函数模型 传递函数是经典控制论描述系统数学模型的一种方法，它表达了系统输入量和输出量之间的关系。 对于一个SISO连续系统，其传递函数为： 2、控制系统的数学描述与建模 在MATLAB中，用函数TF可以建立一个连续系统传递函数模型，其调用格式为: 其中，num为传递函数分子系数向量，den为传递函数分母系数向量 对于一个SISO离散时间系统，可得到该离散系统的脉冲传递函数(或z传递函数)： sys＝tf (num，den) 在MATLAB中，用函数TF可以建立一个离散系统传递函数模型，其调用格式为: dsys＝tf (num，den，Ts) 其中,num为Z传递函数分子系数向量,den为Z传递函数分母系数向量,Ts为采样周期。 2、控制系统的数学描述与建模 系统的零极点增益模型 对于SISO连续系统来讲，其零极点模型为： 在MATLAB中，可用函数ZPK来直接建立连续系统的零极点增益模型，其格式为： sys=zpk(Z，P，K) 其中，Z，P，K分别为系统的零点向量、极点向量和增益。 2、控制系统的数学描述与建模 对于离散时间系统，也可以用函数ZPK建立零极点增益模型，调用格式为： dsys＝zpk(Z，P，K，Ts) 其中，Ts为采样周期。 系统的状态空间模型 一个连续LTI系统可以采用状态空间形式来表达： 在MATLAB中，用函数SS可以建立—个连续系统状态空间模型，调用格式为: sys＝ss (A，B，C，D) 其中，A，B，C，D为系统状态方程系数矩阵。 2、控制系统的数学描述与建模 对于离散时间系统来讲，状态空间模型可以