控制工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件PPT.pptx

實(shí)驗(yàn)一 1、學(xué)會(huì)建立一維數(shù)組、二維數(shù)組 2、學(xué)會(huì)建立不同類型的傳遞函數(shù)，以及各種類型之間的轉(zhuǎn)換 3、學(xué)會(huì)采用部分分式法展開(kāi)。,實(shí)驗(yàn)二 1、學(xué)會(huì)單位階躍、脈沖、速度、以及任意信號(hào)的時(shí)域響應(yīng)。 2、學(xué)會(huì)分析不同時(shí)間常數(shù)、阻尼比和固有頻率對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響。 3、學(xué)會(huì)求多項(xiàng)式的根以及在復(fù)平面上描述零極點(diǎn)。,控制系統(tǒng)建模,1 控制系統(tǒng)的模型表示 微分方程形式,設(shè)線性定常系統(tǒng)輸入、輸出量是單變量，分別為u(t),y(t),模型參數(shù)形式為：,輸入系統(tǒng)向量 ， n+1維,輸出系統(tǒng)向量 ， m+1維,(1),傳遞函數(shù)形式,在零初始條件下，將(1) 方程兩邊進(jìn)行拉氏變換，則有,(2),模型參數(shù)可表示為,傳遞函數(shù)分母系數(shù)向量:,傳遞函數(shù)分子系數(shù)向量:,用num=b,den=a分別表示分子，分母參數(shù)向量，則可簡(jiǎn)練的表示為(num,den)，稱為傳遞函數(shù)二對(duì)組模型參數(shù).,控制系統(tǒng)的模型表示 零、極點(diǎn)增益形式,將(2)中的分子，分母分解為因式連乘形式，則有,(3),模型參數(shù)可表示為： 系統(tǒng)零點(diǎn)向量： 系統(tǒng)零點(diǎn)向量： 簡(jiǎn)記為(z,p,k)形式，稱為零極點(diǎn)增益三對(duì)組模型參數(shù)。,一維數(shù)組 一維數(shù)組的創(chuàng)建 逐個(gè)元素輸入法 借助數(shù)組編輯器可以逐個(gè)輸入數(shù)組元素（對(duì)于二維數(shù)組同樣適用），但也可在指令窗中直接輸入。例如在指令窗中輸入(數(shù)組元素之間用“ ” 或“，”隔開(kāi))： x=2 pi/3 sqrt(3) 3+5i 則將顯示：,x = 2.0000 1.0472 1.7321 3.0000 + 5.0000i,b) 冒號(hào)生成法 這是一維數(shù)組生成的常用方法，其通用格式為 x=a：inc：b 其中a、b分別為 數(shù)組起始值和終值，inc為步長(zhǎng)。,一維數(shù)組 一維數(shù)組的創(chuàng)建 定數(shù)線性采樣法 該方法在設(shè)定的“總點(diǎn)數(shù)”下，均勻采樣生成一維“行”數(shù)組。其通用格式為： x=linspace(a , b , n),【說(shuō)明】 a、b分別是生成數(shù)組的第一個(gè)和最后一個(gè)元素，n是采樣總點(diǎn)數(shù)。 該指令與 x=a: (b-a)/(n-1) : b 相同。,【例】一維數(shù)組的冒號(hào)生成法和定數(shù)線性采樣法。,二維數(shù)組 二維數(shù)組的創(chuàng)建 直接輸入法 整個(gè)輸入數(shù)組須以“ ”為其首尾； 數(shù)組行與行之間用“；”或“回車鍵”隔離； 數(shù)組元素用逗號(hào)或空格分離。,其中，第一個(gè)矩陣輸入采用“；”分行，第二個(gè)矩陣輸入采用“回車鍵”分行。, a=1 2 3;4 5 6;7 8 9 a = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a=1,2,3 4,5,6 7,8,9 a = 1 2 3 4 5 6 7 8 9,二維數(shù)組 二維數(shù)組的創(chuàng)建,標(biāo)準(zhǔn)數(shù)組生成函數(shù),2系統(tǒng)模型的matlab表示,1 matlab建模 傳遞函數(shù)模型 matlab建模 其中，num為傳遞函數(shù)分子系數(shù)向量，den為傳遞函數(shù)分母系數(shù)向量。,sys = tf(num,den),matlab建模 零極點(diǎn)增益模型 matlab建模 其中，z、p、k分別為系統(tǒng)的零點(diǎn)向量、極點(diǎn)向量和增益。,sys = zpk(z,p,k),系統(tǒng)模型的matlab表示,系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換 newsys=tf(sys) 將非傳遞函數(shù)形式的系統(tǒng)模型sys轉(zhuǎn)化成傳遞函數(shù)模型newsys. newsys=zpk(sys) 將非零極點(diǎn)增益形式的系統(tǒng)模型sys轉(zhuǎn)化成零極點(diǎn)增益模型newsys. z,p,k=tf2zp(b,a) 將傳遞函數(shù)模型變?yōu)榱銟O點(diǎn)增益模型 b,a=zp2tf(z,p,k) 將零極點(diǎn)增益模型變?yōu)閭鬟f函數(shù)模型 r,p,k = residue(b,a) b,a = residue(r,p,k),實(shí)驗(yàn)一 1、任意生成一個(gè)一維數(shù)組（賦值法、線性法） 2、任意生成一個(gè)二維數(shù)組 3、任意建立一個(gè)傳遞函數(shù)，采用不同的命令獲得傳遞函數(shù)模型、零極點(diǎn)增益模型，并完成兩種模型之間的轉(zhuǎn)換，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行部分分式法展開(kāi)。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告采用a4紙打印。,系統(tǒng)仿真的matlab函數(shù),時(shí)間響應(yīng)仿真的matlab函數(shù) 對(duì)于線性時(shí)不變系統(tǒng)，matlab直接提供了在各種輸入作用下的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)。 階躍響應(yīng)仿真函數(shù)（step） 基本調(diào)用格式 對(duì)于lti連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)，以下調(diào)用格式可用于繪制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線。,step(sys) step(sys,tfinal),其中，sys為系統(tǒng)模型（傳遞函數(shù)）；tfinal為仿真終止時(shí)間，若省略則由系統(tǒng)默認(rèn)。,【例】已知系統(tǒng)模型 ，求其單位階躍響應(yīng)。,時(shí)間響應(yīng)仿真的matlab函數(shù) 階躍響應(yīng)仿真函數(shù)（step） 多系統(tǒng)階躍響應(yīng)調(diào)用格式 在同一幅圖中繪制多個(gè)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，可用以下調(diào)用格式： 返回仿真輸出的調(diào)用格式 其中，y為輸出響應(yīng)，t為仿真時(shí)間向量。這種調(diào)用格式不繪制仿真曲線圖。,step(sys1,sys2,),y,t=step(sys),系統(tǒng)仿真的matlab函數(shù),時(shí)間響應(yīng)仿真的matlab函數(shù) 脈沖響應(yīng)仿真函數(shù)（impulse） impulse函數(shù)用來(lái)計(jì)算lti系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)。 其調(diào)用格式與step函數(shù)相同。,impulse(sys) impulse(sys,tfinal) impulse(sys1,sys2,) y,t=impulse(sys),時(shí)間響應(yīng)仿真的matlab函數(shù) 信號(hào)發(fā)生器和任意輸入響應(yīng)函數(shù) 任意輸入響應(yīng)函數(shù) lsim lsim用來(lái)仿真系統(tǒng)對(duì)任意輸入的時(shí)間響應(yīng)，并繪制響應(yīng)曲線。其調(diào)用格式為： 其中，sys為系統(tǒng)模型；u為輸入信號(hào)向量；t為和輸入對(duì)應(yīng)的時(shí)間向量;ys為響應(yīng)值向量;ts為與ys相對(duì)應(yīng)的時(shí)間向量。,lsim(sys,u,t) %基本調(diào)用格式 lsim(sys1,sys2,u,t) %繪制多個(gè)系統(tǒng)對(duì)同一個(gè)任意輸入響應(yīng)曲線 ys,ts=lsim(sys,u,t) %該格式不繪制響應(yīng)曲線,clf, t=0:0.01:100; y=0.5*t.2; num1=2,20,50; den1=1,15,84,223,309,240,100; num=2,20,50; den=1,15,84,223,309,240,100,0,0; subplot(1,2,1),lsim(num1,den1,y,t); subplot(1,2,2),step(num,den,t),【例】已知系統(tǒng)模型 ，求其單位階躍響應(yīng)。,實(shí)驗(yàn)二 1、繪制不同時(shí)間常數(shù)下一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)和脈沖響應(yīng)曲線。 2、繪制任意輸入下的時(shí)間響應(yīng)曲線。 2、繪制固有頻率相同而阻尼比不同情況下的二階系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)曲線。 3、