matlab控制系统仿真绘图.pptx

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1、第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 4.2.14.2.1时间响应绘图时间响应绘图 控制系统仿真用的几个时间响应函数如下：impulse（num，den）给定系统多项式模型num,den，求系统的单位脉冲响应，绘制时间响应曲线；也可以使用状态空间模型impluse(A,B,C,D)。第1页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 y,x,t=impulse(num,den)返回变量格式，不绘图。y=y(t)为输出响应，x=x(t)为状态变量，t为时间向量。第2页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 step(num,den)给定系统多项式模型

2、num,den，求系统的单位阶跃响应，绘制时间响应曲线；也可以使用状它空间模型step(A,B,C,D)。第3页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 y,x,t=step(num,den)返回变量格式，不绘图。y=y(t)为输出响应，x=x(t)为状态变量，t为时间向量。第4页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 lsim(num,den,u,T)给定系统多项式模型num,den，任意控制输入向量u时间向量T，求系统的时间响应，绘制时间响应曲线；也可以使用状态空间模型lsim(A,B,C,D,u,T)。第5页/共70页第第4 4章章 MATLABMA

3、TLAB绘绘图图 y,x,t=lsim(num,den)返回变量格式，不绘图。y=y(t)为输出响应，x=x(t)为状态变量，t为时间向量。第6页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图【例4.35】控制系统的传递函数分别为 作系统的脉冲响应曲线。(在matlab中演示)第7页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 num1=0 0 1;num2=0 1 0;num3=1 0 0;den=1 2 10;impulse(num1,den);hold on;输入命令窗口如图4-38-1所示。第8页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 第9

4、页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-38-2所示。第10页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 impulse(num2,den);impulse(num3,den);输入命令窗口如图4-38-3所示。第11页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 脉冲响应曲线如图4-38-4所示。第12页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 由MATLAB的符号运算工具，得到上述系统脉冲响应的解析解分别为（拉普拉斯Laplace反变换的命令在新版本中略有改动，此处的命令与书上的不同）syms s f

5、1=ilaplace(1/(s2+2*s+10)第13页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-39-1所示。第14页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 f2=ilaplace(s/(s2+2*s+10)显示演示结果如图4-39-2所示。第15页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 f3=ilaplace(s2/(s2+2*s+10)显示演示结果如图4-39-3所示。第16页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图【例4.36】系统无零点与系统有零点表达式分别为试比较系统阶跃响应的差别。(在

6、matlab中演示)第17页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 num1=10;num2=2 10;den=1 2 10;step(num1,den)输入命令窗口如图4-40-1所示。第18页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 第19页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-40-2所示。第20页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 hold onstep(num2,den)输入命令窗口如图4-40-3所示。第21页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 阶跃响应曲

7、线如图4-40-4所示。第22页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显然，系统有s=-5的零点时，其阶跃响应叠加了微分项，响应时间减小，但是超调量稍有增加。计算超调增加幅度：(在matlab中演示)y1,x1=step(num1,den);y2,x2=step(num2,den);max(y1),max(y2)第23页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-40-5所示,则超调量增加了8%。第24页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图【例4.37】系统结构图如图4-41-1所示，考察型系统与型系统对速率信号的

8、跟踪能力。(在matlab中演示)第25页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 输入命令窗口如图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页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 第27页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-41-3所示。第28页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 plot(t,u,r:)输入命令窗口如图4-41-4所示。第29页/共70页第第4 4章章 MATLAB

9、MATLAB绘绘图图 型系统对斜坡信号的跟踪曲线如图4-41-5所示。第30页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 num2=2 2;den2=1 2 2 2;t=0:0.1:10;u=t;lsim(num2,den2,u,t);hold on输入命令窗口如图4-41-6所示。第31页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 第32页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-41-7所示。第33页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 plot(t,u,r:)输入命令窗口如图4-41-8所示。第3

10、4页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 型系统对斜坡信号的跟踪曲线如图4-41-9所示。第35页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 型系统在跟踪速率信号时，有明显的跟踪误差，即ess=1，如图4-41-5所示；但是型系统由图4-41-9可见，稳态跟踪误差为零，即ess=0。第36页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 4.2.24.2.2频率特性绘图频率特性绘图 控制系统频率特性分析用的几个绘图函数为：bode(num,den)给定控制系统的开环多项式模型num,den，绘制波得图；也可以使用状态空间模型bode(A,B,C

11、,D)。第37页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 m,p,w=bode(num,den)返回变量格式，不绘图。m=m(w)为幅值向量，p=p(w)为相位向量，w为频率向量。第38页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 margin(num,den)给定控制系统的开环多项式模型num,den，绘制带有稳定裕度的波得图；也可以使用状态空间模型margin(A,B,C,D)。第39页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 gm,pm,wcg,wcp=margin(num,den)(蓝色字部分是新版本中的表示方式，与书上旧版本略有区别

12、)返回变量格式，不绘图。gm为幅值裕度，pm为相位裕度，wcg是相位角等于-时的频率，wcp是模等于1时的频率。第40页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 nichols(num,den)给定控制系统的开环多项式模型num,den，绘制尼柯尔斯图；也可以使用状态空间模型nichols(A,B,C,D)。第41页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 m,p,w=Nichols(num,den)返回变量格式，不绘图。m为模矩阵，p为相位角矩阵，w为频率向量。第42页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 nyquist(num,de

13、n)给定控制系统的开环多项式模型num,den，绘制奈奎斯特图；也可以使用状态空间模型nyquist(A,B,C,D)。第43页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 re,im,w=nyquist(num,den)返回变量格式，不绘图。re为返回的实部向量，im为返回的虚部向量，w为频率向量。第44页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图【例4.38】控制系统的开环传递函数为 作波得图并确定系统的稳定裕度。(在matlab中演示)第45页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 num=15;den=1 2 10 0;margin(n

14、um,den)输入命令窗口如图4-42-1所示。第46页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 第47页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 系统的稳定裕度如图4-42-2所示。第48页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 从图上可以读到开环截止频率为wc=2.236，相应裕度为Pm=48.190，相应裕度Pm较大。但是由于二阶环节谐振峰值的影响，幅值裕度Gm较小，且Gm=2.499dB，因此系统的动态特性较差。第49页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图【4.39】控制系统的开环传递函数为 作奈奎斯特图。(

15、在matlab中演示)第50页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 注：在新版本中奈奎斯特曲线绘图与旧版本中略有不同，具体格式如下。num=1;den=1 1 0;s=tf(num,den);%系统传递函数模型nyquist(s)第51页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 输入命令窗口如图4-43-1所示。第52页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-43-2所示。第53页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 例题说明：（以下说明为新版本的内容，与旧版本中的略有不同）nyquist(s

16、ys)函数绘制奈奎斯特曲线默认角频率的范围为（-，+）。nyquist(sys，)函数用于显示绘制的系统Nyquist曲线 第54页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 函数中输入参数用来定义绘制Nyquist曲线时的频率范围或者频率点。若定义频率范围，必须是min，max格式；如果定义频率点，则必须为需要频率点频率构成的向量。第55页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图【例4.40】控制系统的开环传递函数为 作尼柯尔斯图。(在matlab中演示)第56页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 num=15;den=1 2 10

17、0;ngrid(new)输入命令窗口如图4-44-1所示。第57页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 第58页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-44-2所示。第59页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 nichols(num,den)输入命令窗口如图4-44-3所示。第60页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-44-4所示。第61页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 4.2.34.2.3根轨迹图根轨迹图 根轨迹绘图的几个常用函数：rl

18、ocus(num,den)给定控制系统的开环多项式模型num,den，绘制根轨迹图；也可以使用状态空间模型rlocus(A,B,C,D)。第62页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 k,r=rlocfind(num,den)给定控制系统的开环多项式模型num,den，作根轨迹图，并用鼠标在图上选定闭环极点的位置，返回对应的增益k和闭环极点的值。pzmap(num,den)或者pzmap(p,z)在复数平面上画出零极点的位置。第63页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图【例4.41】给定系统 作根轨迹图，并确定临界增益的值。(在matlab中演示)第

19、64页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 num=1;den=1 2 2 0;rlocus(num,den)输入命令窗口如图4-45-1所示。第65页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 第66页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 作根轨迹图如图4-45-2所示。第67页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 k,r=rlocfind(num,den)输入命令及运算结果窗口如图4-41-3所示。第68页/共70页第第4 4章章 MATLABMATLAB绘绘图图 显示演示结果如图4-45-4所示,解得临界增益约为k=4.0682，选择点如图4-45-4(“+”点)所示。第69页/共70页感谢您的观看！第70页/共70页