控制系統(tǒng)工具箱

1、控制系統(tǒng)工具箱是建立在控制系統(tǒng)工具箱是建立在MATLAB對控制工程提供的設(shè)計功能的基礎(chǔ)上，對控制工程提供的設(shè)計功能的基礎(chǔ)上，為控制系統(tǒng)的建模、分析、仿真提供了豐富的函數(shù)與簡便的圖形用戶界面。為控制系統(tǒng)的建模、分析、仿真提供了豐富的函數(shù)與簡便的圖形用戶界面。 在在MATLAB中，專門提供了面向系統(tǒng)對象模型的系統(tǒng)設(shè)計工具：線性時中，專門提供了面向系統(tǒng)對象模型的系統(tǒng)設(shè)計工具：線性時不變系統(tǒng)瀏覽器（不變系統(tǒng)瀏覽器（LTI Viewer）和單輸入單輸出線形系統(tǒng)設(shè)計工具）和單輸入單輸出線形系統(tǒng)設(shè)計工具（SISO Design Tool）。）。利用利用LTI Viewer可方便地獲得系統(tǒng)的各種時域響應(yīng)和頻率

2、特性等曲線，并可方便地獲得系統(tǒng)的各種時域響應(yīng)和頻率特性等曲線，并得到系統(tǒng)的性能指標，得到系統(tǒng)的性能指標，SISO Design Tool 設(shè)計具有極點配置、最優(yōu)控制和設(shè)計具有極點配置、最優(yōu)控制和最小二乘估計功能?？刂葡到y(tǒng)工具箱還具有開放性和可擴展性，用戶可創(chuàng)最小二乘估計功能。控制系統(tǒng)工具箱還具有開放性和可擴展性，用戶可創(chuàng)建常用的建常用的 M 文件來適應(yīng)自己的特殊需要。文件來適應(yīng)自己的特殊需要。控制系統(tǒng)工具箱允許使用經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論，對連續(xù)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)工具箱允許使用經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論，對連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)進行仿真分析。和離散控制系統(tǒng)進行仿真分析。 10.1 線性時不

3、變系統(tǒng)瀏覽器線性時不變系統(tǒng)瀏覽器 LTI Viewer 10.2 單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計工具單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計工具 SISO Design Tool主要內(nèi)容主要內(nèi)容LTI Viewer簡介簡介10.1 線性時不變系統(tǒng)瀏覽器線性時不變系統(tǒng)瀏覽器LTI ViewerLTI Viewer可以提供繪制瀏覽器模型的主要時域和頻域響應(yīng)曲線，可以利可以提供繪制瀏覽器模型的主要時域和頻域響應(yīng)曲線，可以利用瀏覽器提供的優(yōu)良工具，對各種曲線進行觀察分析。用瀏覽器提供的優(yōu)良工具，對各種曲線進行觀察分析。 在在 MATLAB命令窗口輸入命令命令窗口輸入命令 ltiview,即可進入即可進入 LTI Viewer窗口。

4、窗口。 10.1 線性時不變系統(tǒng)瀏覽器線性時不變系統(tǒng)瀏覽器LTI ViewerLTI Viewer命令菜單及窗口設(shè)置命令菜單及窗口設(shè)置1.File菜單菜單【New Viewer】建立一個新的建立一個新的LTI Viewer窗口。窗口。 【Import】導入系統(tǒng)對象模型。導入系統(tǒng)對象模型。 【Expot】將當前將當前LTI Viewer窗口中的指定系統(tǒng)的窗口中的指定系統(tǒng)的對象模型保存到工作空間（對象模型保存到工作空間（Workspace）或者以）或者以.mat文件的形式保存在磁盤上。文件的形式保存在磁盤上。 【Toolbox Preferences】對新建立或重新啟動的對新建立或重新啟動的LTI

5、 Viewer窗口屬性進行設(shè)置，對當前窗口無效。這窗口屬性進行設(shè)置，對當前窗口無效。這些屬性包括坐標單位、對系統(tǒng)指示參數(shù)的描述些屬性包括坐標單位、對系統(tǒng)指示參數(shù)的描述(如調(diào)如調(diào)節(jié)時間的定義、上升時間的定義等）、坐標顏色、節(jié)時間的定義、上升時間的定義等）、坐標顏色、坐標字體大小等。坐標字體大小等。2. Edit菜單菜單【Plot Configurations】對顯示窗口及顯示內(nèi)容進行配置。對顯示窗口及顯示內(nèi)容進行配置?？梢赃x擇可以選擇LTI Viewer所繪制曲線的布局以及不同繪制區(qū)域曲線的響應(yīng)類型所繪制曲線的布局以及不同繪制區(qū)域曲線的響應(yīng)類型選擇，其中響應(yīng)類型主要有選擇，其中響應(yīng)類型主要有St

6、ep、Impulse、Bode、Nyquist、Nichols、Pole/Zero等。等。 10.1 線性時不變系統(tǒng)瀏覽器線性時不變系統(tǒng)瀏覽器LTI Viewer【Refresh Systems】當顯示當顯示配置發(fā)生變化后，使用此命令配置發(fā)生變化后，使用此命令會使各曲線顯示區(qū)中的曲線處會使各曲線顯示區(qū)中的曲線處于最佳顯示位置。于最佳顯示位置。 【Delete Systems】刪除當前刪除當前窗口中的對象模型。窗口中的對象模型?！綥ine Styles】對顯示曲線對顯示曲線的顏色、線形、標記、坐標網(wǎng)的顏色、線形、標記、坐標網(wǎng)格等屬性進行設(shè)置。格等屬性進行設(shè)置。 10.1 線性時不變系統(tǒng)瀏覽器線性

7、時不變系統(tǒng)瀏覽器LTI Viewer10.1 線性時不變系統(tǒng)瀏覽器線性時不變系統(tǒng)瀏覽器LTI Viewer【Viewer Preference】對當前窗對當前窗口的坐標單位、范圍、窗口顏色、口的坐標單位、范圍、窗口顏色、字體等窗口進行設(shè)置，并且該設(shè)置字體等窗口進行設(shè)置，并且該設(shè)置對當前對當前LTI Viewer窗口內(nèi)所有曲線窗口內(nèi)所有曲線顯示有效。顯示有效。 Units選擇卡：設(shè)置圖形顯示時的頻選擇卡：設(shè)置圖形顯示時的頻率、幅值以及相位的單位。率、幅值以及相位的單位。 Style選擇卡：設(shè)置圖形顯示時的字選擇卡：設(shè)置圖形顯示時的字體、顏色以及繪圖網(wǎng)格。體、顏色以及繪圖網(wǎng)格。 Character

8、istics選擇卡：設(shè)置系統(tǒng)響選擇卡：設(shè)置系統(tǒng)響應(yīng)曲線的特性參數(shù)。應(yīng)曲線的特性參數(shù)。 Parameters選擇卡：設(shè)置系統(tǒng)響應(yīng)選擇卡：設(shè)置系統(tǒng)響應(yīng)輸出的時間變量與頻率變量。輸出的時間變量與頻率變量。LTI Viewer對象模型對象模型tf對象對象【調(diào)用格式調(diào)用格式】 sys=tf(num,den) 【說明說明】將由傳遞函數(shù)模型所描述系統(tǒng)封裝成對應(yīng)的系統(tǒng)對象模型。將由傳遞函數(shù)模型所描述系統(tǒng)封裝成對應(yīng)的系統(tǒng)對象模型?！菊{(diào)用格式調(diào)用格式】 sys=zpk(z,p,k) 【說明說明】將由零極點增益模型所描述系統(tǒng)封裝成對應(yīng)的系統(tǒng)對象模型將由零極點增益模型所描述系統(tǒng)封裝成對應(yīng)的系統(tǒng)對象模型ss對象對象【調(diào)

9、用格式調(diào)用格式】 sys=ss(a,b,c,d) 【說明說明】將由狀態(tài)空間模型所描述的系統(tǒng)封裝成對應(yīng)的系統(tǒng)對象模型。將由狀態(tài)空間模型所描述的系統(tǒng)封裝成對應(yīng)的系統(tǒng)對象模型。zpk對象對象10.1 線性時不變系統(tǒng)瀏覽器線性時不變系統(tǒng)瀏覽器LTI Viewer曲線顯示區(qū)的屬性設(shè)置曲線顯示區(qū)的屬性設(shè)置單擊右鍵彈出菜單，對選定的曲線顯示區(qū)的屬性進行設(shè)置。單擊右鍵彈出菜單，對選定的曲線顯示區(qū)的屬性進行設(shè)置。【Plot Type】改變顯示框內(nèi)的顯示內(nèi)容。改變顯示框內(nèi)的顯示內(nèi)容。 【Systems】隱藏隱藏/顯示指定對象模型的曲線。顯示指定對象模型的曲線。 【Characteristics】顯示重要參數(shù)點標記

10、和標記線。根據(jù)選擇曲線的不同會顯示重要參數(shù)點標記和標記線。根據(jù)選擇曲線的不同會有不同的設(shè)置。對時域曲線的設(shè)置主要包括上升時間、峰值時間、進入穩(wěn)態(tài)有不同的設(shè)置。對時域曲線的設(shè)置主要包括上升時間、峰值時間、進入穩(wěn)態(tài)時間、穩(wěn)態(tài)域標識時間等標記或標記線。對頻域曲線的設(shè)置主要包括峰值響時間、穩(wěn)態(tài)域標識時間等標記或標記線。對頻域曲線的設(shè)置主要包括峰值響應(yīng)幅度裕量點、相交裕量點等標記或標記線。應(yīng)幅度裕量點、相交裕量點等標記或標記線。 【Grid】顯示顯示/取消顯示坐標網(wǎng)格。取消顯示坐標網(wǎng)格。 【Normalize】對縱坐標歸一化。對縱坐標歸一化。 【Full View】使用系統(tǒng)提供的最大采樣數(shù)顯示曲線。使用

11、系統(tǒng)提供的最大采樣數(shù)顯示曲線。 【Properties】設(shè)置曲線圖的名稱、坐標范圍、單位、字體、顏色等屬性，設(shè)置曲線圖的名稱、坐標范圍、單位、字體、顏色等屬性，確定重要參數(shù)點的范圍（如上升時間等）、相位圖顯示范圍等。確定重要參數(shù)點的范圍（如上升時間等）、相位圖顯示范圍等。10.1 線性時不變系統(tǒng)瀏覽器線性時不變系統(tǒng)瀏覽器LTI ViewerLTI Viewer屬性設(shè)置屬性設(shè)置數(shù)據(jù)顯示框的屬性設(shè)置數(shù)據(jù)顯示框的屬性設(shè)置在曲線或活動標記點上單擊右鍵，對選擇標記點在曲線或活動標記點上單擊右鍵，對選擇標記點及對應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示框?qū)傩缘脑O(shè)置及對應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示框?qū)傩缘脑O(shè)置【Alignment】設(shè)置數(shù)據(jù)顯示框相對于

12、標記點的位置（上右、上左、下右、設(shè)置數(shù)據(jù)顯示框相對于標記點的位置（上右、上左、下右、下左）。下左）。 【FontSize】設(shè)置數(shù)據(jù)顯示框顯示字符的大小。設(shè)置數(shù)據(jù)顯示框顯示字符的大小。 【Moveable】將指定的標記點設(shè)置成活動的。將指定的標記點設(shè)置成活動的。 【Delete】刪除指定的標記點及對應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示框。刪除指定的標記點及對應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示框。 【Interpolation】標記點被鼠標拖動時的插值方式選擇。標記點被鼠標拖動時的插值方式選擇。 Nearst根據(jù)系統(tǒng)給出的采樣點運動（運動不連續(xù)）；根據(jù)系統(tǒng)給出的采樣點運動（運動不連續(xù)）； Linear在兩采樣點間采用線性插值，根據(jù)插值數(shù)據(jù)運動

13、（連續(xù)）。在兩采樣點間采用線性插值，根據(jù)插值數(shù)據(jù)運動（連續(xù)）。 【Trace Mode】根據(jù)對根據(jù)對x,y,xy三種方式的選擇，標記點沿著所選擇的方向三種方式的選擇，標記點沿著所選擇的方向運動。運動。10.1 線性時不變系統(tǒng)瀏覽器線性時不變系統(tǒng)瀏覽器LTI Viewer典型二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為典型二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為20.64( )0.80.64G sss應(yīng)用應(yīng)用LTI Viewer對系統(tǒng)進行分析。對系統(tǒng)進行分析。1、在、在MATLAB命令窗口輸入命令窗口輸入 sys=tf(0.64,1,0.8,0.64) ltiview單擊單擊【File】 【Import】，選擇在選擇在Workspace中

14、的系統(tǒng)中的系統(tǒng)模型模型 10.1 線性時不變系統(tǒng)瀏覽器線性時不變系統(tǒng)瀏覽器LTI Viewer10.1 線性時不變系統(tǒng)瀏覽器線性時不變系統(tǒng)瀏覽器LTI Viewer2LTI Viewer窗口設(shè)置窗口設(shè)置單擊單擊【Edit】 【Plot Configurations】，選擇顯示，選擇顯示6個窗口，并設(shè)置每個窗個窗口，并設(shè)置每個窗口響應(yīng)的類型口響應(yīng)的類型 10.1 線性時不變系統(tǒng)瀏覽器線性時不變系統(tǒng)瀏覽器LTI Viewer10.1 線性時不變系統(tǒng)瀏覽器線性時不變系統(tǒng)瀏覽器LTI Viewer SISO Design Tool簡介簡介 在命令窗口輸入命令在命令窗口輸入命令sisotool，即可進入

15、，即可進入SISO Design Tool主窗口。主窗口。 SISO Design Tool快捷工具欄快捷工具欄 10.2 單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計工具單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計工具SISO Design Tool操作位置指示操作位置指示添加單極點添加單極點添加單零點添加單零點活動幫助指示活動幫助指示添加共軛極點添加共軛極點刪除極點或零點刪除極點或零點添加共軛零點添加共軛零點坐標放大坐標放大坐標縮小坐標縮小單擊單擊【FS】可以產(chǎn)生可以產(chǎn)生4種種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)供用戶選擇，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)供用戶選擇，單擊單擊【+/-】按鈕可改變按鈕可改變反饋的極性。反饋的極性。Bode圖編輯區(qū)圖編輯區(qū)根軌跡編輯區(qū)根軌跡編輯區(qū)環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)C傳

16、遞函數(shù)傳遞函數(shù)10.2 單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計工具單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計工具SISO Design ToolSISO Design Tool命令菜單簡介命令菜單簡介 1.File菜單菜單【Import】導入系統(tǒng)設(shè)計對象模型。導入系統(tǒng)設(shè)計對象模型。 【Export】保存設(shè)計完成后的系統(tǒng)對象保存設(shè)計完成后的系統(tǒng)對象模型。模型。 【Save Session】保存設(shè)計工作環(huán)境保存設(shè)計工作環(huán)境（包括對系統(tǒng)的各種改動），供后續(xù)工作（包括對系統(tǒng)的各種改動），供后續(xù)工作使用。使用。 【Load Session】調(diào)入設(shè)計工作環(huán)境，調(diào)入設(shè)計工作環(huán)境，恢復保存時的狀態(tài)。恢復保存時的狀態(tài)。10.2 單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計工

17、具單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計工具SISO Design Tool2. Edit菜單菜單【Open-Loop Nichols】對開環(huán)尼柯爾斯圖編輯區(qū)進行設(shè)置。對開環(huán)尼柯爾斯圖編輯區(qū)進行設(shè)置。 【Prefilte Bode】對環(huán)節(jié)對環(huán)節(jié)F伯德圖編輯區(qū)進行設(shè)置。伯德圖編輯區(qū)進行設(shè)置。 上述上述4種設(shè)置均與單擊右鍵的彈出菜單一致，主要內(nèi)容包括增加種設(shè)置均與單擊右鍵的彈出菜單一致，主要內(nèi)容包括增加/刪除零極刪除零極點、設(shè)置給定系統(tǒng)參數(shù)限制區(qū)域（根據(jù)所選擇曲線的不同，系統(tǒng)參數(shù)限制區(qū)點、設(shè)置給定系統(tǒng)參數(shù)限制區(qū)域（根據(jù)所選擇曲線的不同，系統(tǒng)參數(shù)限制區(qū)域也不同）并在對應(yīng)的曲線圖中給出區(qū)域標志、網(wǎng)絡(luò)的顯示選擇、坐標范圍

18、域也不同）并在對應(yīng)的曲線圖中給出區(qū)域標志、網(wǎng)絡(luò)的顯示選擇、坐標范圍的給定、曲線名稱的修改、曲線坐標的放大與縮小。的給定、曲線名稱的修改、曲線坐標的放大與縮小。 【SISO Tool Preference】針對針對SISO Design Tool所涉及的圖形屬性進所涉及的圖形屬性進行設(shè)置，主要內(nèi)容包括顯示曲線的坐標單位、坐標字體、字號、網(wǎng)絡(luò)、上升行設(shè)置，主要內(nèi)容包括顯示曲線的坐標單位、坐標字體、字號、網(wǎng)絡(luò)、上升時間定義范圍數(shù)學模型的表示方式等顯示屬性。時間定義范圍數(shù)學模型的表示方式等顯示屬性?！綬oot Locus】對根軌跡曲線編輯區(qū)進行設(shè)置。對根軌跡曲線編輯區(qū)進行設(shè)置。 【Open-Loop

19、Bode】對開環(huán)伯德圖編輯區(qū)進行對開環(huán)伯德圖編輯區(qū)進行設(shè)置。設(shè)置。當窗口中出現(xiàn)前置濾波環(huán)節(jié)當窗口中出現(xiàn)前置濾波環(huán)節(jié)F伯德圖編輯區(qū)和尼柯伯德圖編輯區(qū)和尼柯爾斯圖編輯區(qū)后，爾斯圖編輯區(qū)后，【Edit】菜單中會出現(xiàn)下面兩個菜單中會出現(xiàn)下面兩個選項：選項：10.2 單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計工具單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計工具SISO Design Tool3. View菜單菜單【Root Locus】顯示顯示/取消根軌跡圖編輯區(qū)。取消根軌跡圖編輯區(qū)。 【Open-Loop Bode】顯示顯示/取消伯德圖編輯區(qū)。取消伯德圖編輯區(qū)。 【Open-Loop Nichols】顯示顯示/取消尼柯爾斯圖編取消尼柯爾斯圖編輯區(qū)

20、。輯區(qū)。 【Prefilter Bode】顯示顯示/取消環(huán)節(jié)取消環(huán)節(jié)F（前置濾波器（前置濾波器環(huán)節(jié)）伯德圖編輯區(qū)。環(huán)節(jié)）伯德圖編輯區(qū)。 【System Data】顯示環(huán)節(jié)顯示環(huán)節(jié)G和環(huán)節(jié)和環(huán)節(jié)H的傳遞函數(shù)。的傳遞函數(shù)。 【Closed-Loop Poles】顯示閉環(huán)極點列表。顯示閉環(huán)極點列表。 【Design History】顯示設(shè)計過程歷史紀錄。顯示設(shè)計過程歷史紀錄。4. Compensators菜單菜單【Edit】對環(huán)節(jié)對環(huán)節(jié)C和環(huán)節(jié)和環(huán)節(jié)F進行設(shè)計或?qū)σ延械脑O(shè)計進進行設(shè)計或?qū)σ延械脑O(shè)計進行編輯（零極點的增加和刪除）。行編輯（零極點的增加和刪除）。 【Store/Retrieve】保存或使

21、用所設(shè)計的對環(huán)節(jié)保存或使用所設(shè)計的對環(huán)節(jié)C和環(huán)和環(huán)節(jié)節(jié)F，主要用于多種設(shè)計方案的比較。，主要用于多種設(shè)計方案的比較。 【Clear】將環(huán)節(jié)將環(huán)節(jié)C和環(huán)節(jié)和環(huán)節(jié)F的傳遞函數(shù)置為的傳遞函數(shù)置為1。10.2 單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計工具單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計工具SISO Design Tool5. Analysis菜單菜單【Response to Step Command】在彈出的圖形在彈出的圖形窗口中顯示系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線。窗口中顯示系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線。 【Rejection of Step Disurbance】在彈出的圖在彈出的圖形窗口中顯示系統(tǒng)對階躍擾動的抑制曲線。形窗口中顯示系統(tǒng)對階躍擾動的抑制曲線

22、。 【Closed-Loop Bode】在彈出的圖形窗口中顯在彈出的圖形窗口中顯示閉環(huán)系統(tǒng)伯德圖。示閉環(huán)系統(tǒng)伯德圖。 【Compensator Bode】在彈出的圖形窗口中顯在彈出的圖形窗口中顯示環(huán)節(jié)示環(huán)節(jié)C的伯德圖。的伯德圖。 【Open-Loop Nyquist】在彈出的圖形窗口中顯在彈出的圖形窗口中顯示開環(huán)奈奎斯特圖。示開環(huán)奈奎斯特圖。 【Other Loop Responses】選擇所希望的各類選擇所希望的各類顯示曲線。顯示曲線。6. Tool菜單菜單【ContinuousDiscrete Conversions】對線性離散控制系統(tǒng)進行設(shè)對線性離散控制系統(tǒng)進行設(shè)計，主要對離散控制系統(tǒng)的采樣時間、連續(xù)信號的離散化方法等進行設(shè)置。計，主