matlab控制系統(tǒng)仿真繪圖PPT課件

1、第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 4.2.14.2.1時間響應(yīng)繪圖時間響應(yīng)繪圖 控制系統(tǒng)仿真用的幾個時間響應(yīng)函數(shù)如下： impulse（num，den） 給定系統(tǒng)多項式模型num,den，求系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)，繪制時間響應(yīng)曲線；也可以使用狀態(tài)空間模型impluse(A,B,C,D)。 第1頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 y,x,t=impulse(num,den) 返回變量格式，不繪圖。 y=y(t)為輸出響應(yīng)，x=x(t)為狀態(tài)變量，t為時間向量。第2頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 step(num,den) 給定系

2、統(tǒng)多項式模型num,den，求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，繪制時間響應(yīng)曲線；也可以使用狀它空間模型step(A,B,C,D)。 第3頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 y,x,t=step(num,den) 返回變量格式，不繪圖。 y=y(t)為輸出響應(yīng)，x=x(t)為狀態(tài)變量，t為時間向量。 第4頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 lsim(num,den,u,T) 給定系統(tǒng)多項式模型num,den，任意控制輸入向量u時間向量T，求系統(tǒng)的時間響應(yīng)，繪制時間響應(yīng)曲線；也可以使用狀態(tài)空間模型lsim(A,B,C,D,u,T)。 第5頁/共70頁第第4

3、4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 y,x,t=lsim(num,den) 返回變量格式，不繪圖。 y=y(t)為輸出響應(yīng)，x=x(t)為狀態(tài)變量，t為時間向量。 第6頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 【例4.35】控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)分別為 作系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)曲線。(在matlab中演示) 102)(,102)(,1021)(2232221ssssGssssGsssG第7頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 num1=0 0 1;num2=0 1 0;num3=1 0 0; den=1 2 10; impulse(num1,den);ho

4、ld on; 輸入命令窗口如圖4-38-1所示。 第8頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 第9頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 顯示演示結(jié)果如圖4-38-2所示。 第10頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 impulse(num2,den);impulse(num3,den); 輸入命令窗口如圖4-38-3所示。 第11頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 脈沖響應(yīng)曲線如圖4-38-4所示。 第12頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 由MATLAB的符號運算工具，得

5、到上述系統(tǒng)脈沖響應(yīng)的解析解分別為（拉普拉斯Laplace反變換的命令在新版本中略有改動，此處的命令與書上的不同） syms s f1=ilaplace(1/(s2+2*s+10) 第13頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 顯示演示結(jié)果如圖4-39-1所示。 第14頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 f2=ilaplace(s/(s2+2*s+10) 顯示演示結(jié)果如圖4-39-2所示。 第15頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 f3=ilaplace(s2/(s2+2*s+10) 顯示演示結(jié)果如圖4-39-3所示。 第

6、16頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 【例4.36】系統(tǒng)無零點與系統(tǒng)有零點表達式分別為 試比較系統(tǒng)階躍響應(yīng)的差別。(在matlab中演示) 102102)(,10210)(2221ssssGsssG第17頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 num1=10;num2=2 10; den=1 2 10; step(num1,den) 輸入命令窗口如圖4-40-1所示。 第18頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 第19頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 顯示演示結(jié)果如圖4-40-2所示。 第20

7、頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 hold on step(num2,den) 輸入命令窗口如圖4-40-3所示。 第21頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 階躍響應(yīng)曲線如圖4-40-4所示。 第22頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 顯然，系統(tǒng)有s=-5的零點時，其階躍響應(yīng)疊加了微分項，響應(yīng)時間減小，但是超調(diào)量稍有增加。 計算超調(diào)增加幅度：(在matlab中演示) y1,x1=step(num1,den); y2,x2=step(num2,den); max(y1),max(y2) 第23頁/共70頁第第4 4章

8、章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 顯示演示結(jié)果如圖4-40-5所示,則超調(diào)量增加了8%。 第24頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 【例4.37】系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4-41-1所示，考察型系統(tǒng)與型系統(tǒng)對速率信號的跟蹤能力。(在matlab中演示) 第25頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 輸入命令窗口如圖4-41-2所示。 num1=2; den1=1 2 2; t=0:0.1:10;u=t; lsim(num1,den1,u,t);hold on 第26頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 第27頁/共70頁第第4

9、4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 顯示演示結(jié)果如圖4-41-3所示。 第28頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 plot(t,u,r:) 輸入命令窗口如圖4-41-4所示。 第29頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 型系統(tǒng)對斜坡信號的跟蹤曲線如圖4-41-5所示。 第30頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 num2=2 2; den2=1 2 2 2; t=0:0.1:10;u=t; lsim(num2,den2,u,t);hold on 輸入命令窗口如圖4-41-6所示。 第31頁/共70頁第第4 4章章

10、MATLABMATLAB繪繪圖圖 第32頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 顯示演示結(jié)果如圖4-41-7所示。 第33頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 plot(t,u,r:) 輸入命令窗口如圖4-41-8所示。 第34頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 型系統(tǒng)對斜坡信號的跟蹤曲線如圖4-41-9所示。 第35頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 型系統(tǒng)在跟蹤速率信號時，有明顯的跟蹤誤差，即ess=1，如圖4-41-5所示； 但是型系統(tǒng)由圖4-41-9可見，穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差為零，即ess=0。

11、第36頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 4.2.24.2.2頻率特性繪圖頻率特性繪圖 控制系統(tǒng)頻率特性分析用的幾個繪圖函數(shù)為： bode(num,den) 給定控制系統(tǒng)的開環(huán)多項式模型num,den，繪制波得圖；也可以使用狀態(tài)空間模型bode(A,B,C,D)。 第37頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 m,p,w=bode(num,den) 返回變量格式，不繪圖。 m=m(w)為幅值向量，p=p(w)為相位向量，w為頻率向量。 第38頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 margin(num,den) 給定控制系統(tǒng)

12、的開環(huán)多項式模型num,den，繪制帶有穩(wěn)定裕度的波得圖； 也可以使用狀態(tài)空間模型margin(A,B,C,D)。 第39頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 gm,pm,wcg,wcp=margin(num,den)(藍色字部分是新版本中的表示方式，與書上舊版本略有區(qū)別) 返回變量格式，不繪圖。 gm為幅值裕度，pm為相位裕度，wcg是相位角等于-時的頻率，wcp是模等于1時的頻率。 第40頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 nichols(num,den) 給定控制系統(tǒng)的開環(huán)多項式模型num,den，繪制尼柯爾斯圖；也可以使用狀態(tài)空間模型n

13、ichols(A,B,C,D)。 第41頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 m,p,w=Nichols(num,den) 返回變量格式，不繪圖。 m為模矩陣 ，p為相位角矩陣，w為頻率向量。 第42頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 nyquist(num,den) 給定控制系統(tǒng)的開環(huán)多項式模型num,den，繪制奈奎斯特圖；也可以使用狀態(tài)空間模型nyquist(A,B,C,D)。 第43頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 re,im,w=nyquist(num,den) 返回變量格式，不繪圖。 re為返回的實部向量

14、，im為返回的虛部向量，w為頻率向量。 第44頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 【例4.38】控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 作波得圖并確定系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。(在matlab中演示) )102(15)(2ssssG第45頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 num=15; den=1 2 10 0; margin(num,den) 輸入命令窗口如圖4-42-1所示。 第46頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 第47頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度如圖4-42-2所示。 第48頁/共

15、70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 從圖上可以讀到開環(huán)截止頻率為wc=2.236，相應(yīng)裕度為Pm=48.190，相應(yīng)裕度Pm較大。 但是由于二階環(huán)節(jié)諧振峰值的影響，幅值裕度Gm較小，且Gm=2.499dB，因此系統(tǒng)的動態(tài)特性較差。 第49頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 【4.39】控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 作奈奎斯特圖。(在matlab中演示) ) 1(1)(sssG第50頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 注：在新版本中奈奎斯特曲線繪圖與舊版本中略有不同，具體格式如下。 num=1; den=1 1 0; s=tf(

16、num,den); % 系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型 nyquist(s) 第51頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 輸入命令窗口如圖4-43-1所示。 第52頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 顯示演示結(jié)果如圖4-43-2所示。 第53頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 例題說明：（以下說明為新版本的內(nèi)容，與舊版本中的略有不同） nyquist(sys)函數(shù)繪制奈奎斯特曲線默認角頻率的范圍為（-，+）。 nyquist(sys，)函數(shù)用于顯示繪制的系統(tǒng)Nyquist曲線 第54頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLA

17、B繪繪圖圖 函數(shù)中輸入?yún)?shù)用來定義繪制Nyquist曲線時的頻率范圍或者頻率點。 若定義頻率范圍，必須是min，max格式；如果定義頻率點，則必須為需要頻率點頻率構(gòu)成的向量。 第55頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 【例4.40】控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 作尼柯爾斯圖。(在matlab中演示) )102(15)(2ssssG第56頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 num=15; den=1 2 10 0; ngrid(new) 輸入命令窗口如圖4-44-1所示。 第57頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 第58頁

18、/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 顯示演示結(jié)果如圖4-44-2所示。 第59頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 nichols(num,den) 輸入命令窗口如圖4-44-3所示。 第60頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 顯示演示結(jié)果如圖4-44-4所示。 第61頁/共70頁第第4 4章章 MATLABMATLAB繪繪圖圖 4.2.34.2.3根軌跡圖根軌跡圖 根軌跡繪圖的幾個常用函數(shù)： rlocus(num,den) 給定控制系統(tǒng)的開環(huán)多項式模型num,den，繪制根軌跡圖；也可以使用狀態(tài)空間模型rlocus(A,B,C,D)。 第62頁/共70頁第第4 4