自动控制-LTI系统的MATLAB辅助课件

第5章LTI系统的MATLAB辅助设计与仿真5.1控制系统工具箱的使用52LT模型数组5.3LTI系统分析和设计的图形操作环境54LT控制系统的设计实例5.1控制系统工具箱的使用5.1.1创建LTI模型对象MATLAB6.X中的控制系统工具箱(控制系统工具箱)为线性时不变系统(LTI)的建模和分析提供了丰富的函数和工具,既支持连续和离散系统,也能够处理SISO和MIMO系统。并且,用户可以将多个LT模型放在同一个数组中统一进行计算和分析。使用控制系统工具箱的第一步是为系统选择适当的模型。MATLAB6.X支持的LTI模型包括传递函数模型(TF),例如s+2P(s)+s+10零极点-增益模型(ZPK),例如H(x)=(2(x-05(+1)x(x+0.1)(x+0.2)(x+0.1)状态空间模型(SS),例如x=Ax+BldtCx+du频率响应数据模型(FRD),由系统频率响应的采样测量值构成。例如,可以在FRD模型中存放实验中测量的系统频率响应值。一旦在MATLAB工作空间中创建了上述模型,就可以使用各种函数来对系统模型进行分析和计算。例如,可以针对系统的各种模型设计补偿器,分析系统的各种属性,如可控性、可观性、时域和频域响应等等。不同的系统模型在MATLAB中的存储形式是不同的。例如,用简单的分子分母多项式表示传递函数模型用四个矩阵A、B、C和D表示状态空间模型;用零极点集合来说明系统的零极点-增益模型等等MATLAB分别用定制的数据结构来存储这些模型,称为LTI对象,包括TF、ZPK、SS和FRD对象。这些对象将所有模型的信息封装起来,从而让用户可以从整体上对模型代表的系统进行操作表5.1LT模型的创建函数函数名称功能描述创建随机离散状态型创建描述符[descriptor)离散状态模型按照DSP规则创建离散过滤器创建FRD模型rdata获取FRD模型中的数据获取LTI模型的属性值十设置LT模型的展性值创建随机连续状态模型创建连续状态模型ssdata,dssdata创建状态空间数据(描述符状态空间数据)创建系统的传递函数tfdata获取传递函数中的数据十创建零极点一增益模型updata获取零极点一增益模型中的数据1创建传递函数模型1)SISO传递函数模型连续SISO系统的传递函数为(S)(S)P=(S)y(5.1)可以采用两种方法创建SISO传递函数模型。一种是使用命令,另一种则可以直接引用Laplace变量s的多项式。使用t命令的方法是h=tf(num,den)其中,行向量num和兽穴分别是多项式n(s)和d(s)的系数。注意这里的多项式是按照s的降幂排列的。例如,如果某个SISO系统的传递函数是h(s)=s/s2+2s+10),则可以通过下面的命令来创建该系统的传递函数模型h=t([10],[1210])MATLAB的输出结果为传送功能s^2+2s+10h是一个TF对象,存放传递函数的分子分母多项式数据。当然也可以按照通常习惯用s的多项式来直接表示SISO系统的传递函数。为此,首先将s定义为Laplace算子s=t('s):然后输入s的多项表达式。例如,输入H=S/(S^2+2*s+10);将产生与h=tf([10],[1210])相同的系统模型。2)MIMO传递函数模型MIMO系统的传递函数是由基本的SISO传递函数所组成的二维数组。同样有两种方法来创建MIMO系统模型:一种