第十三章控制系統(tǒng)工具箱1

1、13.1 13.1 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 Viewer LTI Viewer 13.2 13.2 單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)單輸入單輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工具工具SISO Design ToolSISO Design ToolLTI ViewerLTI Viewer簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介在在MATLAB命令窗口輸入命令命令窗口輸入命令ltiview,即可進(jìn)入即可進(jìn)入LTI Viewer窗口。窗口。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(gè)新的建立一個(gè)新的LTI Viewer窗口。窗口?！綢mport】導(dǎo)入系統(tǒng)

2、對(duì)象模型。導(dǎo)入系統(tǒng)對(duì)象模型?！綞xpot】將當(dāng)前將當(dāng)前LTI Viewer窗口中的指定系統(tǒng)窗口中的指定系統(tǒng)的對(duì)象模型保存到工作空間（的對(duì)象模型保存到工作空間（Workspace）或者）或者以以.mat文件的形式保存在磁盤上。文件的形式保存在磁盤上?！綯oolbox Preferences】對(duì)新建立或重新啟動(dòng)對(duì)新建立或重新啟動(dòng)的的LTI Viewer窗口屬性進(jìn)行設(shè)置，對(duì)當(dāng)前窗口無(wú)效。窗口屬性進(jìn)行設(shè)置，對(duì)當(dāng)前窗口無(wú)效。這些屬性包括坐標(biāo)單位、對(duì)系統(tǒng)指示參數(shù)的描述這些屬性包括坐標(biāo)單位、對(duì)系統(tǒng)指示參數(shù)的描述(如如調(diào)節(jié)時(shí)間的定義、上升時(shí)間的定義等）、坐標(biāo)顏色、調(diào)節(jié)時(shí)間的定義、上升時(shí)間的定義等）、坐標(biāo)顏色、

3、坐標(biāo)字體大小等。坐標(biāo)字體大小等。2. Edit菜單菜單【Plot Configurations】對(duì)顯示窗口及顯示內(nèi)容對(duì)顯示窗口及顯示內(nèi)容進(jìn)行配置，可以選擇進(jìn)行配置，可以選擇LTI Viewer所繪制曲線的布局以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)類型主要有主要有Step、Impulse、Bode、Nyquist、Nichols、Pole/Zero等。等?！綬efresh Systems】當(dāng)顯示配置發(fā)生變化后，當(dāng)顯示配置發(fā)生變化后，使用此命令會(huì)使各曲線顯示區(qū)中的曲線處于最佳顯示使用此命令會(huì)使各曲線顯示區(qū)中的曲線處于最佳顯示位置

4、。位置。【Delete Systems】刪除當(dāng)前窗口中的對(duì)象模型。刪除當(dāng)前窗口中的對(duì)象模型?！綥ine Styles】對(duì)顯示曲線的顏色、線形、標(biāo)記、坐標(biāo)網(wǎng)格等屬性進(jìn)行設(shè)置。對(duì)顯示曲線的顏色、線形、標(biāo)記、坐標(biāo)網(wǎng)格等屬性進(jìn)行設(shè)置。 【Viewer Preference】對(duì)當(dāng)前窗口的坐標(biāo)單位、范圍、窗口顏色、字體等對(duì)當(dāng)前窗口的坐標(biāo)單位、范圍、窗口顏色、字體等窗口進(jìn)行設(shè)置，并且該設(shè)置對(duì)當(dāng)前窗口進(jìn)行設(shè)置，并且該設(shè)置對(duì)當(dāng)前LTI Viewer窗口內(nèi)所有曲線顯示有效。窗口內(nèi)所有曲線顯示有效。Units選擇卡：設(shè)置圖形顯示時(shí)的頻率、幅值以及相位的單位。選擇卡：設(shè)置圖形顯示時(shí)的頻率、幅值以及相位的單位。Styl

5、e選擇卡：設(shè)置圖形顯示時(shí)的字體、顏色以及繪圖網(wǎng)格。選擇卡：設(shè)置圖形顯示時(shí)的字體、顏色以及繪圖網(wǎng)格。Characteristics選擇卡：設(shè)置系統(tǒng)響應(yīng)曲線的特性參數(shù)。選擇卡：設(shè)置系統(tǒng)響應(yīng)曲線的特性參數(shù)。Parameters選擇卡：設(shè)置系統(tǒng)響應(yīng)輸出的時(shí)間變量與頻率變量。選擇卡：設(shè)置系統(tǒng)響應(yīng)輸出的時(shí)間變量與頻率變量。LTI ViewerLTI Viewer對(duì)象模型對(duì)象模型tf對(duì)象對(duì)象【調(diào)用格式調(diào)用格式】sys=tf(num,den)【說(shuō)明說(shuō)明】將由傳遞函數(shù)模型所描述系統(tǒng)封裝成對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)對(duì)象模型。將由傳遞函數(shù)模型所描述系統(tǒng)封裝成對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)對(duì)象模型?！菊{(diào)用格式調(diào)用格式】sys=zpk(z,p,k)【說(shuō)明

6、說(shuō)明】將由零極點(diǎn)增益模型所描述系統(tǒng)封裝成對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)對(duì)象模型將由零極點(diǎn)增益模型所描述系統(tǒng)封裝成對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)對(duì)象模型ss對(duì)象對(duì)象【調(diào)用格式調(diào)用格式】sys=ss(a,b,c,d)【說(shuō)明說(shuō)明】將由狀態(tài)空間模型所描述的系統(tǒng)封裝成對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)對(duì)象模型。將由狀態(tài)空間模型所描述的系統(tǒng)封裝成對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)對(duì)象模型。zpk對(duì)象對(duì)象LTI Viewer屬性設(shè)置屬性設(shè)置曲線顯示區(qū)的屬性設(shè)置曲線顯示區(qū)的屬性設(shè)置單擊右鍵都會(huì)彈出菜單，對(duì)選定的曲單擊右鍵都會(huì)彈出菜單，對(duì)選定的曲線顯示區(qū)的屬性進(jìn)行設(shè)置。線顯示區(qū)的屬性進(jìn)行設(shè)置?！綪lot 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

7、定對(duì)象模型的曲線。顯示指定對(duì)象模型的曲線?！綜haracteristics】顯示重要參數(shù)點(diǎn)標(biāo)記和標(biāo)記線。根據(jù)選擇曲線的不顯示重要參數(shù)點(diǎn)標(biāo)記和標(biāo)記線。根據(jù)選擇曲線的不同會(huì)有不同的設(shè)置。對(duì)時(shí)域曲線的設(shè)置主要包括上升時(shí)間、峰值時(shí)間、進(jìn)同會(huì)有不同的設(shè)置。對(duì)時(shí)域曲線的設(shè)置主要包括上升時(shí)間、峰值時(shí)間、進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)域標(biāo)識(shí)時(shí)間等標(biāo)記或標(biāo)記線。對(duì)頻域曲線的設(shè)置主要包入穩(wěn)態(tài)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)域標(biāo)識(shí)時(shí)間等標(biāo)記或標(biāo)記線。對(duì)頻域曲線的設(shè)置主要包括峰值響應(yīng)幅度裕量點(diǎn)、相交裕量點(diǎn)等標(biāo)記或標(biāo)記線。括峰值響應(yīng)幅度裕量點(diǎn)、相交裕量點(diǎn)等標(biāo)記或標(biāo)記線?！綠rid】顯示顯示/取消顯示坐標(biāo)網(wǎng)格。取消顯示坐標(biāo)網(wǎng)格。【Normalize】對(duì)縱

8、坐標(biāo)歸一化。對(duì)縱坐標(biāo)歸一化?！綟ull View】使用系統(tǒng)提供的最大采樣數(shù)顯示曲線。使用系統(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(biāo)范圍、單位、字體、顏色等屬設(shè)置曲線圖的名稱、坐標(biāo)范圍、單位、字體、顏色等屬性，確定重要參數(shù)點(diǎn)的范圍（如上升時(shí)間等）、相位圖顯示范圍等。性，確定重要參數(shù)點(diǎn)的范圍（如上升時(shí)間等）、相位圖顯示范圍等。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(dòng)標(biāo)記點(diǎn)上單擊右鍵，對(duì)選擇標(biāo)記在曲線或活動(dòng)標(biāo)記點(diǎn)上單擊右鍵，對(duì)選擇標(biāo)記點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示框?qū)傩缘脑O(shè)置點(diǎn)及對(duì)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(duì)于標(biāo)記點(diǎn)的位置（上右

9、、上左、下設(shè)置數(shù)據(jù)顯示框相對(duì)于標(biāo)記點(diǎn)的位置（上右、上左、下右、下左）。右、下左）?！綟ontSize】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(biāo)記點(diǎn)設(shè)置成活動(dòng)的。將指定的標(biāo)記點(diǎn)設(shè)置成活動(dòng)的?！綝elete】刪除指定的標(biāo)記點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示框。刪除指定的標(biāo)記點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示框。【Interpolation】標(biāo)記點(diǎn)被鼠標(biāo)拖動(dòng)時(shí)的插值方式選擇。標(biāo)記點(diǎn)被鼠標(biāo)拖動(dòng)時(shí)的插值方式選擇。Nearst根據(jù)系統(tǒng)給出的采樣點(diǎn)運(yùn)動(dòng)（運(yùn)動(dòng)不連續(xù)）；根據(jù)系統(tǒng)給出的采樣點(diǎn)運(yùn)動(dòng)（運(yùn)動(dòng)不連續(xù)）；Linear在兩采樣點(diǎn)間采用線性插值，根據(jù)插值數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)（連續(xù)）。在兩采樣點(diǎn)間采用線性

10、插值，根據(jù)插值數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)（連續(xù)）。【Trace Mode】根據(jù)對(duì)根據(jù)對(duì)x,y,xy三種方式的選擇，標(biāo)記點(diǎn)沿著所選擇的方三種方式的選擇，標(biāo)記點(diǎn)沿著所選擇的方向運(yùn)動(dòng)。向運(yùn)動(dòng)。例例13.1.1 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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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)ltiview2LTI 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(gè)窗口，并設(shè)置每個(gè)窗口，并設(shè)置每個(gè)窗

11、口響應(yīng)的類型個(gè)窗口響應(yīng)的類型 單擊單擊【File】 【Import】，選擇在，選擇在Workspace中的系統(tǒng)模型，中的系統(tǒng)模型， SISO Design Tool簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介在命令窗口輸入命令在命令窗口輸入命令sisotool，即可進(jìn)入，即可進(jìn)入SISO Design Tool主窗口。主窗口。 SISO Design Tool快捷工具欄快捷工具欄 操作位置指示操作位置指示添加單極點(diǎn)添加單極點(diǎn)添加單零點(diǎn)添加單零點(diǎn)活動(dòng)幫助指示活動(dòng)幫助指示添加共軛極點(diǎn)添加共軛極點(diǎn)刪除極點(diǎn)或零點(diǎn)刪除極點(diǎn)或零點(diǎn)添加共軛零點(diǎn)添加共軛零點(diǎn)圖形局部放大圖形局部放大垂直坐標(biāo)放大垂直坐標(biāo)放大水平坐標(biāo)放大水平坐標(biāo)放大復(fù)原放大圖形復(fù)原

12、放大圖形單擊單擊【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傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)SISO Design Tool命令菜單簡(jiǎn)介命令菜單簡(jiǎn)介 1.File菜單菜單【Import】導(dǎo)入系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)象模型。導(dǎo)入系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)象模型?！綞xport】保存設(shè)計(jì)完成后的系統(tǒng)對(duì)象保存設(shè)計(jì)完成后的系統(tǒng)對(duì)象模型。模型。【Save Session】保存設(shè)計(jì)工作環(huán)境保存設(shè)計(jì)工作環(huán)境（包括對(duì)系統(tǒng)的各種改動(dòng)），供后續(xù)工作（包括對(duì)系統(tǒng)的各種改動(dòng)），供后續(xù)工作使用。使用?！綥oad Sess

13、ion】調(diào)入設(shè)計(jì)工作環(huán)境，調(diào)入設(shè)計(jì)工作環(huán)境，恢復(fù)保存時(shí)的狀態(tài)?；謴?fù)保存時(shí)的狀態(tài)。2. Edit菜單菜單【Open-Loop Nichols】對(duì)開(kāi)環(huán)尼柯?tīng)査箞D編輯區(qū)進(jìn)行設(shè)置。對(duì)開(kāi)環(huán)尼柯?tīng)査箞D編輯區(qū)進(jìn)行設(shè)置。【Prefilte Bode】對(duì)環(huán)節(jié)對(duì)環(huán)節(jié)F伯德圖編輯區(qū)進(jìn)行設(shè)置。伯德圖編輯區(qū)進(jìn)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(diǎn)、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(diǎn)、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(duì)應(yīng)的曲線圖中給出區(qū)域標(biāo)志、網(wǎng)絡(luò)的

14、顯示選擇、坐標(biāo)范圍域也不同）并在對(duì)應(yīng)的曲線圖中給出區(qū)域標(biāo)志、網(wǎng)絡(luò)的顯示選擇、坐標(biāo)范圍的給定、曲線名稱的修改、曲線坐標(biāo)的放大與縮小。的給定、曲線名稱的修改、曲線坐標(biāo)的放大與縮小?！維ISO Tool Preference】針對(duì)針對(duì)SISO Design Tool所涉及的圖形屬性進(jìn)所涉及的圖形屬性進(jìn)行設(shè)置，主要內(nèi)容包括顯示曲線的坐標(biāo)單位、坐標(biāo)字體、字號(hào)、網(wǎng)絡(luò)、上升行設(shè)置，主要內(nèi)容包括顯示曲線的坐標(biāo)單位、坐標(biāo)字體、字號(hào)、網(wǎng)絡(luò)、上升時(shí)間定義范圍數(shù)學(xué)模型的表示方式等顯示屬性。時(shí)間定義范圍數(shù)學(xué)模型的表示方式等顯示屬性?！綬oot Locus】對(duì)根軌跡曲線編輯區(qū)進(jìn)行設(shè)置。對(duì)根軌跡曲線編輯區(qū)進(jìn)行設(shè)置?！綩pe

15、n-Loop Bode】對(duì)開(kāi)環(huán)伯德圖編輯區(qū)進(jìn)行對(duì)開(kāi)環(huán)伯德圖編輯區(qū)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置。當(dāng)窗口中出現(xiàn)前置濾波環(huán)節(jié)當(dāng)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?tīng)査箞D編輯區(qū)后，爾斯圖編輯區(qū)后，【Edit】菜單中會(huì)出現(xiàn)下面兩個(gè)菜單中會(huì)出現(xiàn)下面兩個(gè)選項(xiàng)：選項(xiàng)：3. 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)?！綩pen-Loop Bode】顯示顯示/取消伯德圖編輯區(qū)。取消伯德圖編輯區(qū)?！綩pen-Loop Nichols】顯示顯示/取消尼柯?tīng)査箞D編取消尼柯?tīng)査箞D編輯區(qū)。輯區(qū)?！綪refilter Bode】顯示顯示/取消環(huán)節(jié)取消環(huán)節(jié)F（前置濾波器

16、（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)?！綜losed-Loop Poles】顯示閉環(huán)極點(diǎn)列表。顯示閉環(huán)極點(diǎn)列表。【Design History】顯示設(shè)計(jì)過(guò)程歷史紀(jì)錄。顯示設(shè)計(jì)過(guò)程歷史紀(jì)錄。4. Compensators菜單菜單【Edit】對(duì)環(huán)節(jié)對(duì)環(huán)節(jié)C和環(huán)節(jié)和環(huán)節(jié)F進(jìn)行設(shè)計(jì)或?qū)σ延械脑O(shè)計(jì)進(jìn)進(jìn)行設(shè)計(jì)或?qū)σ延械脑O(shè)計(jì)進(jìn)行編輯（零極點(diǎn)的增加和刪除）。行編輯（零極點(diǎn)的增加和刪除）?！維tore/Retrieve】保存或使用所設(shè)計(jì)的對(duì)環(huán)節(jié)保存或使用所設(shè)計(jì)的對(duì)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(jì)方案的比較。，主

17、要用于多種設(shè)計(jì)方案的比較?！綜lear】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。5. 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?！綬ejection of Step Disurbance】在彈出的圖在彈出的圖形窗口中顯示系統(tǒng)對(duì)階躍擾動(dòng)的抑制曲線。形窗口中顯示系統(tǒng)對(duì)階躍擾動(dòng)的抑制曲線。【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?！綜ompensator Bode】在彈出的圖形窗口中顯在彈出的圖形窗

18、口中顯示環(huán)節(jié)示環(huán)節(jié)C的伯德圖。的伯德圖?！綩pen-Loop Nyquist】在彈出的圖形窗口中顯在彈出的圖形窗口中顯示開(kāi)環(huán)奈奎斯特圖。示開(kāi)環(huán)奈奎斯特圖?！綩ther 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(duì)線性離散控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)對(duì)線性離散控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要對(duì)離散控制系統(tǒng)的采樣時(shí)間、連續(xù)信號(hào)的離散化方法等進(jìn)行設(shè)置。計(jì)，主要對(duì)離散控制系統(tǒng)的采樣時(shí)間、連續(xù)信號(hào)的離散化方法等進(jìn)行設(shè)置?！綝raw Simulink Diagram】構(gòu)造系統(tǒng)的構(gòu)造系統(tǒng)的Simulink仿真結(jié)構(gòu)圖。仿真結(jié)構(gòu)圖。1、在、在MATLAB命令窗口輸入命令窗口輸入sys=tf(60,30,1,9,17,10)sisotool單擊單擊【File】 【Import】導(dǎo)入數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)2、SISO Design Tool系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析3、SISO Design Tool系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、在、在MATLAB命令窗口輸入命令窗口輸入sys=tf(15,0.15,1,0.01,0.0025, 0)sisotool單擊單擊【File】 【Impor