基于MATLAB工具箱的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)09.11

1、 控制系統(tǒng)數(shù)字仿真 陳陳 華華10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 20212課間休息課間休息內(nèi)容介紹9.1 控制系統(tǒng)工具箱簡(jiǎn)介控制系統(tǒng)工具箱簡(jiǎn)介9.2 線性時(shí)不變系統(tǒng)的對(duì)象模型線性時(shí)不變系統(tǒng)的對(duì)象模型9.3 線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器lti viewer9.4 單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具siso design tool9.5非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 20213課間休息課間休息9.1 9.1 控制系統(tǒng)工具

2、箱簡(jiǎn)介控制系統(tǒng)工具箱簡(jiǎn)介matlab的控制系統(tǒng)工具箱，主要處理以傳遞的控制系統(tǒng)工具箱，主要處理以傳遞函數(shù)為主要特征的經(jīng)典控制和以狀態(tài)空間為主要特征函數(shù)為主要特征的經(jīng)典控制和以狀態(tài)空間為主要特征的現(xiàn)代控制中的問(wèn)題。該工具箱對(duì)控制系統(tǒng)，尤其是的現(xiàn)代控制中的問(wèn)題。該工具箱對(duì)控制系統(tǒng)，尤其是線性時(shí)不變系統(tǒng)的建模、分析和設(shè)計(jì)提供了一個(gè)完整線性時(shí)不變系統(tǒng)的建模、分析和設(shè)計(jì)提供了一個(gè)完整的解決方案。的解決方案。系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 20214課間休息課間休息9.2 9.2 線性時(shí)不變系統(tǒng)的對(duì)

3、象模型線性時(shí)不變系統(tǒng)的對(duì)象模型在控制系統(tǒng)工具箱中，通過(guò)有關(guān)函數(shù)將線性時(shí)不在控制系統(tǒng)工具箱中，通過(guò)有關(guān)函數(shù)將線性時(shí)不變系統(tǒng)的各種模型描述封裝成一個(gè)變系統(tǒng)的各種模型描述封裝成一個(gè)lti對(duì)象。對(duì)象。1.lti對(duì)象對(duì)象 tf對(duì)象對(duì)象 zpk對(duì)象對(duì)象 ss對(duì)象對(duì)象2.模型的建立和模型的轉(zhuǎn)換模型的建立和模型的轉(zhuǎn)換3.lti對(duì)象屬性的存取和設(shè)置對(duì)象屬性的存取和設(shè)置10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 20215課間休息課間休息9.3 9.3 線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器lti viewerlti viewer線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器線性時(shí)不變系統(tǒng)

4、瀏覽器lti viewer (linear time-invariant)主要用來(lái)完成系統(tǒng)的分析與線性化處理。主要用來(lái)完成系統(tǒng)的分析與線性化處理。在對(duì)非線性系統(tǒng)的線性化分析時(shí)，在對(duì)非線性系統(tǒng)的線性化分析時(shí)， lti viewer 是進(jìn)是進(jìn)行系統(tǒng)分析的最為直觀的圖形界面，它提供了極其豐富行系統(tǒng)分析的最為直觀的圖形界面，它提供了極其豐富的功能，使得用戶對(duì)系統(tǒng)的線性分析變得簡(jiǎn)單而直觀。的功能，使得用戶對(duì)系統(tǒng)的線性分析變得簡(jiǎn)單而直觀。使用使用lti viewer對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析前，必須將系統(tǒng)模對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析前，必須將系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換為型轉(zhuǎn)換為lti 對(duì)象的三種形式（對(duì)象的三種形式（ tf對(duì)象、對(duì)象、zpk對(duì)

5、象和對(duì)象和ss對(duì)對(duì)象）象）10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 20216課間休息課間休息9.3 9.3 線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器lti viewerlti viewer啟動(dòng)啟動(dòng)lti viewer輸入系統(tǒng)模型輸入系統(tǒng)模型繪制系統(tǒng)不同的響應(yīng)曲線繪制系統(tǒng)不同的響應(yīng)曲線改變系統(tǒng)響應(yīng)曲線繪制布局改變系統(tǒng)響應(yīng)曲線繪制布局系統(tǒng)時(shí)域與頻域性能分析系統(tǒng)時(shí)域與頻域性能分析 lti viewer圖形界面的高級(jí)控制圖形界面的高級(jí)控制使用使用lti viewer進(jìn)行非線性系統(tǒng)的線性分析進(jìn)行非線性系統(tǒng)的線性分析10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控

6、制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 20217課間休息課間休息n使用使用simulink中的線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器中的線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器lti viewer(linear time-invariant)可以繪制不同的系統(tǒng)可以繪制不同的系統(tǒng)響應(yīng)曲線。默認(rèn)情況下，響應(yīng)曲線。默認(rèn)情況下， lti viewer繪制系統(tǒng)在單繪制系統(tǒng)在單位階躍信號(hào)輸入下的系統(tǒng)響應(yīng)曲線（單位階躍響位階躍信號(hào)輸入下的系統(tǒng)響應(yīng)曲線（單位階躍響應(yīng)）。應(yīng)）。n在在lti viewer圖形繪制窗口中圖形繪制窗口中 單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇彈出菜單彈出菜單plot type下的子菜單，可以在下的子菜單，可

7、以在lti viewer圖形繪制窗口中圖形繪制窗口中 繪制不同的系統(tǒng)響應(yīng)曲線，如：階繪制不同的系統(tǒng)響應(yīng)曲線，如：階躍響應(yīng)躍響應(yīng)(step)、脈沖響應(yīng)脈沖響應(yīng)(impulse)、波特圖波特圖(bode)、波特圖幅值波特圖幅值(bode mag)、奈奎斯特圖奈奎斯特圖(nyquist)、尼尼科爾斯圖科爾斯圖(nichols)、奇異值分析奇異值分析(sigma)、零極點(diǎn)圖零極點(diǎn)圖(pole/zero)。9.3 9.3 線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器lti viewerlti viewer10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 20218課

8、間休息課間休息9.3 9.3 線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器lti viewerlti viewer一、繪制系統(tǒng)的不同響應(yīng)曲線一、繪制系統(tǒng)的不同響應(yīng)曲線用用lti viewer瀏覽器繪制各種系統(tǒng)響應(yīng)曲線的步驟：瀏覽器繪制各種系統(tǒng)響應(yīng)曲線的步驟：1、在系統(tǒng)模型中，選擇、在系統(tǒng)模型中，選擇tools菜單下的菜單下的linear analysis命令加入輸入?yún)⒖键c(diǎn)命令加入輸入?yún)⒖键c(diǎn)input point和輸出參考點(diǎn)和輸出參考點(diǎn)outpur point。注意：注意：輸入?yún)⒖键c(diǎn)和輸出參考點(diǎn)有可能與系統(tǒng)模型輸入?yún)⒖键c(diǎn)和輸出參考點(diǎn)有可能與系統(tǒng)模型的系統(tǒng)輸入與系統(tǒng)輸出不相同，這取決于所要分析的系的系

9、統(tǒng)輸入與系統(tǒng)輸出不相同，這取決于所要分析的系統(tǒng)或系統(tǒng)中的某一部分。統(tǒng)或系統(tǒng)中的某一部分。10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 20219課間休息課間休息2、選擇、選擇lti viewer窗口中窗口中edit菜單下的菜單下的 plot configuration 命令對(duì)選擇命令對(duì)選擇lti viewer窗口的曲線繪制窗口的曲線繪制圖形及布局進(jìn)行選擇。用戶可以同時(shí)繪制圖形及布局進(jìn)行選擇。用戶可以同時(shí)繪制6幅不同的幅不同的響應(yīng)曲線。響應(yīng)曲線。3、設(shè)置系統(tǒng)模型的操作點(diǎn)（控制參數(shù)設(shè)置）。選擇、設(shè)置系統(tǒng)模型的操作點(diǎn)（控制參數(shù)設(shè)置）。選擇lti view

10、er窗口中窗口中simulink菜單下的菜單下的 set operating point命令設(shè)置。對(duì)于不同的操作點(diǎn)，系統(tǒng)的響應(yīng)可能大不命令設(shè)置。對(duì)于不同的操作點(diǎn)，系統(tǒng)的響應(yīng)可能大不相同，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。相同，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。9.3 9.3 線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器lti viewerlti viewer10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 202110課間休息課間休息9.3 9.3 線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器lti viewerlti viewer二、系統(tǒng)時(shí)域與頻域性能分析二、系統(tǒng)時(shí)域與頻域性能分析

11、 使用使用lti viewer不僅可以繪制系統(tǒng)的各種響應(yīng)曲線，不僅可以繪制系統(tǒng)的各種響應(yīng)曲線，還可以從系統(tǒng)響應(yīng)曲線中獲得系統(tǒng)響應(yīng)信息：還可以從系統(tǒng)響應(yīng)曲線中獲得系統(tǒng)響應(yīng)信息：1、單擊曲線上任一點(diǎn)，可以獲得動(dòng)態(tài)系統(tǒng)在此、單擊曲線上任一點(diǎn)，可以獲得動(dòng)態(tài)系統(tǒng)在此時(shí)此刻的所有信息，包括所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)刻時(shí)此刻的所有信息，包括所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)刻（time）、）、系統(tǒng)輸入值（系統(tǒng)輸入值（amplitude）等信息。等信息。10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 202111課間休息課間休息9.3 9.3 線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器lti

12、 viewerlti viewer2、在、在lti viewer圖形繪制窗口中圖形繪制窗口中 單擊鼠標(biāo)右鍵，單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇彈出菜單選擇彈出菜單characteristics下的子菜單，可以在下的子菜單，可以在圖形上獲得系統(tǒng)不同響應(yīng)的特性參數(shù)，對(duì)于不同圖形上獲得系統(tǒng)不同響應(yīng)的特性參數(shù)，對(duì)于不同的系統(tǒng)響應(yīng)類型，的系統(tǒng)響應(yīng)類型， characteristics下的子菜單的內(nèi)下的子菜單的內(nèi)容也不相同。容也不相同。如階躍響應(yīng)的特性參數(shù)為：如階躍響應(yīng)的特性參數(shù)為：peak response （響應(yīng)峰值）響應(yīng)峰值）setting time（穩(wěn)定時(shí)刻）穩(wěn)定時(shí)刻） rise time（上升時(shí)間）上升時(shí)間）s

13、teady state（穩(wěn)定狀態(tài)）穩(wěn)定狀態(tài)）10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 202112課間休息課間休息9.3 9.3 線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器lti viewerlti viewer三、三、lti viewer圖形界面的控制圖形界面的控制對(duì)對(duì)lti viewer圖形窗口的控制有兩種方式：圖形窗口的控制有兩種方式：1、對(duì)整個(gè)瀏覽器窗口、對(duì)整個(gè)瀏覽器窗口viewer進(jìn)行控制：?jiǎn)螕暨M(jìn)行控制：?jiǎn)螕鬺ti viewer窗口窗口edit菜單下的菜單下的 viewer preferences命令對(duì)瀏覽器命令對(duì)瀏覽器 進(jìn)行進(jìn)行設(shè)置（

14、設(shè)置的作用范圍為設(shè)置（設(shè)置的作用范圍為lti viewer窗口以及所有系統(tǒng)窗口以及所有系統(tǒng)響應(yīng)曲線繪制區(qū)域）。對(duì)話框中有以下選項(xiàng)：響應(yīng)曲線繪制區(qū)域）。對(duì)話框中有以下選項(xiàng)：（1） units：設(shè)置圖形顯示時(shí)頻率、幅值及相位的單位設(shè)置圖形顯示時(shí)頻率、幅值及相位的單位（2） style：設(shè)置圖形顯示時(shí)的字體、顏色及繪圖網(wǎng)格設(shè)置圖形顯示時(shí)的字體、顏色及繪圖網(wǎng)格（3）characteristics ：設(shè)置系統(tǒng)響應(yīng)曲線的特性參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)響應(yīng)曲線的特性參數(shù)（4）paramerters ：設(shè)置系統(tǒng)響應(yīng)輸出的時(shí)間變量與頻設(shè)置系統(tǒng)響應(yīng)輸出的時(shí)間變量與頻率變量率變量10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿

15、真friday, october 29, 202113課間休息課間休息9.3 9.3 線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器lti viewerlti viewer2、對(duì)某一系統(tǒng)響應(yīng)曲線繪制窗口進(jìn)行操作：在系統(tǒng)響對(duì)某一系統(tǒng)響應(yīng)曲線繪制窗口進(jìn)行操作：在系統(tǒng)響應(yīng)曲線繪制窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇彈出菜單中的應(yīng)曲線繪制窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇彈出菜單中的properties對(duì)指定響應(yīng)曲線的顯示進(jìn)行設(shè)置：對(duì)指定響應(yīng)曲線的顯示進(jìn)行設(shè)置：（1）labels：設(shè)置響應(yīng)曲線圖形窗口的坐標(biāo)、窗口名設(shè)置響應(yīng)曲線圖形窗口的坐標(biāo)、窗口名稱稱（2）limits ：設(shè)置坐標(biāo)軸的輸出范圍設(shè)置坐標(biāo)軸的輸出范圍（3）units

16、 ：設(shè)置響應(yīng)曲線圖形窗口的顯示單位設(shè)置響應(yīng)曲線圖形窗口的顯示單位（4）style ：設(shè)置圖形顯示時(shí)的字體、顏色及繪圖網(wǎng)格設(shè)置圖形顯示時(shí)的字體、顏色及繪圖網(wǎng)格（5） characteristics ：設(shè)置系統(tǒng)響應(yīng)曲線的特性參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)響應(yīng)曲線的特性參數(shù)10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 202114課間休息課間休息9.4 9.4 單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具siso design toolsiso design toolsimulink中，線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器中，線性時(shí)不變系統(tǒng)瀏覽器lti viewer是進(jìn)行系統(tǒng)線性分析

17、的最為直觀的圖形界面，是進(jìn)行系統(tǒng)線性分析的最為直觀的圖形界面，使用使用lti viewer使得用戶對(duì)系統(tǒng)的線性分析變得簡(jiǎn)單使得用戶對(duì)系統(tǒng)的線性分析變得簡(jiǎn)單而直觀。其實(shí)而直觀。其實(shí)lti viewer只是控制系統(tǒng)工具箱中所提只是控制系統(tǒng)工具箱中所提供的較為簡(jiǎn)單的工具，主要用來(lái)完成系統(tǒng)的分析與供的較為簡(jiǎn)單的工具，主要用來(lái)完成系統(tǒng)的分析與線性化處理，而并非系統(tǒng)設(shè)計(jì)。線性化處理，而并非系統(tǒng)設(shè)計(jì)。siso設(shè)計(jì)器是設(shè)計(jì)器是matlab控制系統(tǒng)工具箱所提供控制系統(tǒng)工具箱所提供的一個(gè)非常強(qiáng)大的單輸入單輸出線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)器，的一個(gè)非常強(qiáng)大的單輸入單輸出線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)器，它為用戶設(shè)計(jì)單輸入單輸出線性控制系統(tǒng)提供了非它

18、為用戶設(shè)計(jì)單輸入單輸出線性控制系統(tǒng)提供了非常友好的圖形界面。在常友好的圖形界面。在siso設(shè)計(jì)器中，用戶可以同設(shè)計(jì)器中，用戶可以同時(shí)使用根軌跡圖與波特圖，通過(guò)修改線性系統(tǒng)零點(diǎn)、時(shí)使用根軌跡圖與波特圖，通過(guò)修改線性系統(tǒng)零點(diǎn)、極點(diǎn)以及增益等傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行極點(diǎn)以及增益等傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行siso線性系統(tǒng)設(shè)線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)?；驹O(shè)計(jì)方法包括：計(jì)?；驹O(shè)計(jì)方法包括：10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 202115課間休息課間休息1啟動(dòng)啟動(dòng)sis0設(shè)計(jì)器設(shè)計(jì)器在在matlab命令窗口中鍵入如下的命令啟動(dòng)命令窗口中鍵入如下的命令啟動(dòng)siso設(shè)計(jì)器：設(shè)計(jì)器：

19、sisotool（rltool）在默認(rèn)的情況下，在默認(rèn)的情況下，siso設(shè)計(jì)器同時(shí)啟用系統(tǒng)根軌設(shè)計(jì)器同時(shí)啟用系統(tǒng)根軌跡編輯器與波特圖編輯器。此時(shí)尚未進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，跡編輯器與波特圖編輯器。此時(shí)尚未進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，故不顯示根軌跡與波特圖。故不顯示根軌跡與波特圖。2輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)（輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)（import system data）在啟動(dòng)在啟動(dòng)sis0設(shè)計(jì)器之后需要為所設(shè)計(jì)的線性系統(tǒng)輸設(shè)計(jì)器之后需要為所設(shè)計(jì)的線性系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，選擇入數(shù)據(jù)，選擇sis0設(shè)計(jì)器中設(shè)計(jì)器中file菜單下的菜單下的import命令，命令，在顯示對(duì)話框中完成線性系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入。在顯示對(duì)話框中完成線性系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入。9.4 9.4 單輸

20、入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具siso design toolsiso design tool10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 202116課間休息課間休息注意：注意：如果數(shù)據(jù)來(lái)源為如果數(shù)據(jù)來(lái)源為simulink系統(tǒng)模型框圖，則必須系統(tǒng)模型框圖，則必須對(duì)其進(jìn)行線性化處理以獲得對(duì)其進(jìn)行線性化處理以獲得lti對(duì)象描述。因?yàn)閷?duì)象描述。因?yàn)閟iso系統(tǒng)中的所有對(duì)象（系統(tǒng)中的所有對(duì)象（g執(zhí)行部件、執(zhí)行部件、h傳感器、傳感器、f預(yù)濾波預(yù)濾波器、器、c補(bǔ)償器）均為補(bǔ)償器）均為lti(線性時(shí)不變線性時(shí)不變)對(duì)象。另外，用對(duì)象。另外，用戶可

21、單擊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)右下方的戶可單擊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)右下方的other按鈕改變控制按鈕改變控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。9.4 9.4 單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具siso design toolsiso design tool10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 202117課間休息課間休息注意：注意：使用系統(tǒng)默認(rèn)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并設(shè)置控制系統(tǒng)使用系統(tǒng)默認(rèn)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并設(shè)置控制系統(tǒng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)（控制對(duì)象）數(shù)據(jù)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)（控制對(duì)象）數(shù)據(jù)g例如：（例如：（2s+1）/(s2+3s+2)，其它的參數(shù)其它的參數(shù)h、f、c 均使用默認(rèn)的均使

22、用默認(rèn)的取值（常數(shù)取值（常數(shù)1）。然后單擊）。然后單擊ok按鈕，此時(shí)在按鈕，此時(shí)在siso設(shè)設(shè)計(jì)器中會(huì)自動(dòng)繪制此負(fù)反饋線性系統(tǒng)的根軌跡圖及系計(jì)器中會(huì)自動(dòng)繪制此負(fù)反饋線性系統(tǒng)的根軌跡圖及系統(tǒng)波特圖。在系統(tǒng)根軌跡圖中，蘭色和表示控制對(duì)象統(tǒng)波特圖。在系統(tǒng)根軌跡圖中，蘭色和表示控制對(duì)象g的零極點(diǎn)，紅色表示系統(tǒng)補(bǔ)償器的零極點(diǎn)，紅色表示系統(tǒng)補(bǔ)償器c的零極點(diǎn)。用戶的零極點(diǎn)。用戶可在編輯器中對(duì)系統(tǒng)的根軌跡進(jìn)行控制與操作?？稍诰庉嬈髦袑?duì)系統(tǒng)的根軌跡進(jìn)行控制與操作。9.4 9.4 單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具siso design toolsiso design tool10/29/2021控

23、制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 202118課間休息課間休息3設(shè)計(jì)與分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析系統(tǒng)可使用零極點(diǎn)配置、根軌跡分析以及波特圖分析等方法對(duì)線可使用零極點(diǎn)配置、根軌跡分析以及波特圖分析等方法對(duì)線性系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。除對(duì)系統(tǒng)零極點(diǎn)的操作（增加、刪除、改變分性系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。除對(duì)系統(tǒng)零極點(diǎn)的操作（增加、刪除、改變分布）外，單擊補(bǔ)償器增益及傳遞函數(shù)區(qū)域可彈出補(bǔ)償器設(shè)置對(duì)話布）外，單擊補(bǔ)償器增益及傳遞函數(shù)區(qū)域可彈出補(bǔ)償器設(shè)置對(duì)話框，設(shè)置補(bǔ)償器框，設(shè)置補(bǔ)償器c的增益、零點(diǎn)、極點(diǎn)等。的增益、零點(diǎn)、極點(diǎn)等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需進(jìn)一步分析系統(tǒng)的開環(huán)或閉環(huán)響應(yīng)，以系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需

24、進(jìn)一步分析系統(tǒng)的開環(huán)或閉環(huán)響應(yīng)，以確保系統(tǒng)是否滿足特定的設(shè)計(jì)需要。可以選擇確保系統(tǒng)是否滿足特定的設(shè)計(jì)需要。可以選擇siso設(shè)計(jì)器中設(shè)計(jì)器中tools菜單下的菜單下的loop responses繪制指定的開環(huán)或閉環(huán)響應(yīng)曲線。繪制指定的開環(huán)或閉環(huán)響應(yīng)曲線。在打開的在打開的lti瀏覽器上，可對(duì)系統(tǒng)性能如過(guò)度時(shí)間、峰值響應(yīng)、瀏覽器上，可對(duì)系統(tǒng)性能如過(guò)度時(shí)間、峰值響應(yīng)、上升時(shí)間等進(jìn)行分析。上升時(shí)間等進(jìn)行分析。如果是設(shè)計(jì)線性離散系統(tǒng)，可選擇如果是設(shè)計(jì)線性離散系統(tǒng)，可選擇tools菜單下的菜單下的continuous/discrete conversions選項(xiàng)，對(duì)離散系統(tǒng)的采樣時(shí)間、選項(xiàng)，對(duì)離散系統(tǒng)的采樣

25、時(shí)間、連續(xù)信號(hào)的離散化方法等進(jìn)行設(shè)置。連續(xù)信號(hào)的離散化方法等進(jìn)行設(shè)置。9.4 9.4 單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具siso design toolsiso design tool10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 202119課間休息課間休息4siso設(shè)計(jì)器與設(shè)計(jì)器與simulink的集成的集成系統(tǒng)驗(yàn)證系統(tǒng)驗(yàn)證使用使用siso完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之后，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)之前必須對(duì)完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之后，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)之前必須對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，以確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，以確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。如果直接按照系統(tǒng)

26、設(shè)計(jì)逐步建立系統(tǒng)的如果直接按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)逐步建立系統(tǒng)的simulink，將是，將是一件麻煩的工作；一件麻煩的工作；siso提供了與提供了與simulink集成的方法，用戶集成的方法，用戶可以直接使用可以直接使用siso設(shè)計(jì)器設(shè)計(jì)器tools菜單下的菜單下的draw simulink diagram直接由設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)生成相應(yīng)的直接由設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)生成相應(yīng)的simulink系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)框圖。在生成在生成simulink系統(tǒng)模型之前，必須保存線性系統(tǒng)的執(zhí)行結(jié)系統(tǒng)模型之前，必須保存線性系統(tǒng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)、補(bǔ)償器以及傳感器等構(gòu)、補(bǔ)償器以及傳感器等lti對(duì)象至對(duì)象至matlab工作空間中。工作空間中。注意：注意

27、：生成的生成的simulink系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)均采用了系統(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)均采用了matlab工工作空間中的作空間中的lti模塊。在生成模塊。在生成simulink系統(tǒng)模型之后，便可系統(tǒng)模型之后，便可以對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析以驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。以對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析以驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。9.4 9.4 單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具siso design toolsiso design tool10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 202120課間休息課間休息9.59.5非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 嚴(yán)格說(shuō)

28、，由于控制元件或多或少地帶有非線性特嚴(yán)格說(shuō)，由于控制元件或多或少地帶有非線性特性，所以實(shí)際的自動(dòng)控制系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng)。性，所以實(shí)際的自動(dòng)控制系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng)。 在某些條件下，可進(jìn)行線性化處理，作為線性系在某些條件下，可進(jìn)行線性化處理，作為線性系統(tǒng)來(lái)分析。統(tǒng)來(lái)分析。 但當(dāng)系統(tǒng)的非線性特征明顯且不能進(jìn)行線性化處但當(dāng)系統(tǒng)的非線性特征明顯且不能進(jìn)行線性化處理、理、或其時(shí)域響應(yīng)不能用線性微分方程或其時(shí)域響應(yīng)不能用線性微分方程（一般只能用（一般只能用非線性微分方程來(lái)描述非線性微分方程來(lái)描述, ,具有非線性數(shù)學(xué)模型）來(lái)描具有非線性數(shù)學(xué)模型）來(lái)描述，述， 基于線性化建模的線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法難以獲得良基于線性

29、化建模的線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法難以獲得良好的控制效果。好的控制效果。 simulink中的中的signal consraint模塊為非線性模塊為非線性控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和仿真提供了有效手段?？刂葡到y(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和仿真提供了有效手段。10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 202121課間休息課間休息9.59.5非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先將首先將simulink響應(yīng)優(yōu)化模塊集（響應(yīng)優(yōu)化模塊集（simulink response optimizaton）中的信號(hào)約束（）中的信號(hào)約束（signal consraint）模塊復(fù)制到用戶模型編輯窗

30、口。）模塊復(fù)制到用戶模型編輯窗口。10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 202122課間休息課間休息9.59.5非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)10/29/2021控制系統(tǒng)數(shù)字仿真控制系統(tǒng)數(shù)字仿真friday, october 29, 202123課間休息課間休息9.59.5非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.5den(s)transfer fcnstepsignal constraintscopesaturation1sintegratorkigain2kdgain1kpgaindu/dtderivative例：要求圖示非線性控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的上升時(shí)間例：要求圖示非線性控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的上升時(shí)間小于小于12s，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間小于，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間小于25s，最大超調(diào)量小