控制系统的MATLAB计算及仿真

控制系统的MATLAB计算及仿真哈尔滨工业大学（威海）信息科学与工程学院控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第1页!内容提要：1、MATLAB的基础知识2、MATLAB的控制工具箱3、Simulink与控制系统仿真控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第2页!MATLAB的基础知识MATLAB概述MATLAB的主要功能MATLAB的语言规则MATLAB的变量MATLAB数据的输入MATLAB的基本语句结构MATLAB的M-文件MATLAB的图形可视化控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第3页!MATLAB的主要功能数值计算功能符号运算功能绘图功能编程功能丰富的工具箱(ToolBox)Simulink动态仿真集成环境控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第4页!MATLAB的语言规则Matlab区分大小写，它的命令和函数全是小写的一行可以输入几个命令，用分号“;”或逗号“,”隔开续行符：“…”（三个点），如果语句很长，可用续行符将一个语句写成多行。续行符的前最好留一个空格。注释符：“%”，其后面的内容为注释，对Matlab的计算不产生任何影响控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第5页!MATLAB数据的输入直接输入： 同一行中各元素之间用“空格”或“,”(英文状态下)

分开； 行与行之间用“;”或“回车”分开a=[12;3,4]

冒号“:”运算符：初值:步长:终值

a=[1:5]，b=[0:pi/4:pi]

由向量或小矩阵生成：X=[a;b]交互式输入：input

n=input('Pleaseinputn:')

控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第6页!MATLAB的基本语句结构循环语句for语句：for变量=向量，循环体，end；s=0;fori=1:2:100 s=s+i;endwhile语句：while(条件式)，循环体，end；

s=0;i=1;while(i<=100)s=s+i;end

控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第7页!MATLAB的基本语句结构跳转语句switch语句：case(表达式1)语句组1;case(表达式2)语句组2;…,…otherwise语句组n;end控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第8页!MATLAB的图形可视化plot函数:

clc;x=[-5:0.02:5];[m,n]=size(x);%返回矩阵x的维数fora=1:1:n ifx(a)<-1.1y(a)=-1.1;elseifx(a)<=1.1&x(a)>=-1.1y(a)=x(a);elsey(a)=1.1;endendplot(x,y);控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第9页!内容提要：1、MATLAB的基础知识2、MATLAB的控制工具箱3、Simulink与控制系统仿真控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第10页!连续线性系统的数学模型传递函数模型设单变量连续线性系统的传递函数为：传递函数表示为：例：num=[2,3];den=[111];G=tf(num,den);控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第11页!连续线性系统的数学模型零极点模型设单变量连续线性系统的传递函数为：例：Z=[-1;-2];P=[0;-3;-4];G=zpk(Z,P,2)传递函数表示为：pzmap(G):可以直接绘制传递函数的零极点分布图控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第12页!离散线性系统的数学模型传递函数模型设单变量连续线性系统的传递函数为：传递函数表示为：例：num=[2,3];den=[111];H=tf(num,den,’Ts’,1);控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第13页!离散线性系统的数学模型零极点模型设单变量连续线性系统的传递函数为：例：Z=[-1;-2];P=[0;-3;-4];H=zpk(Z,P,2,’Ts’,1)传递函数表示为：pzmap(G):可以直接绘制传递函数的零极点分布图控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第14页!系统模型的相互转换连续模型离散模型

函数：Gz=c2d(Gs,T,’参数’)参数：zoh:零阶保持器法

foh:一阶保持器法

imp:脉冲响应不变法

tustin:双线性变换法

prewarp:改进的双线性变化法

matched:零极点匹配法例：Gs=tf([1],[10])Gz=c2d(Gs,1,’zoh’)控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第15页!离散线性系统的性能分析设：计算机控制系统如图所示：控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第16页!离散线性系统的性能分析求系统的阶跃响应：step(faiz,t)%t表示仿真时间控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第17页!离散线性系统的性能分析求系统的奈奎斯特图：nyquist(Gz)Gz表示开环脉冲传递函数求系统的伯德图：bode(Gz)Gz表示开环脉冲传递函数控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第18页!Simulink与控制系统仿真：Simulink环境是系统建模、分析和仿真的理想工具，它提供的模块有一般线性、非线性系统所需的模块，也有更高级的模块，适合于系统的建模与仿真。控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第19页!脱离工具箱，直接利用差分方程编程控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第20页!MATLAB概述Matlab=MatrixLaboratory：矩阵实验室Matlab语言的首创人是C.Moler到九十年代初期，在国际上30几个数学类科技应用软件中，Matlab在数值计算方面独占鳌头，而Mathematica和Maple则分居符号计算软件的前两名。控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第21页!命令窗口当前工作目录当前工作空间输入命令的历史记录命令提示符控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第22页!MATLAB的变量Matlab中变量名是以字母开头，可以由字母、数字或下划线组成who，whos，clc，clear系统预定义变量：eps,pi,Inf,NaN,i,j

控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第23页!MATLAB的基本语句结构赋值语句直接赋值语句：赋值变量=赋值表达式（赋值表达式后无分号“;”:命令窗直接显示赋值结果赋值表达式后加分号“;”：命令窗不显示结果，变量保留在workspace)函数调用语句：[返回变量列表]=函数名(输入变量列表)

控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第24页!MATLAB的基本语句结构跳转语句if语句：if(条件1)语句组1;elseif(条件2)语句组2;else语句组2;end控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第25页!MATLAB的M-文件M-脚本文件M-函数

function[返回变量列表]=函数名(输入变量列表)

function[a]=dbness(n) a=2*n;end控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第26页!内容提要：1、MATLAB的基础知识2、MATLAB的控制工具箱3、Simulink与控制系统仿真控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第27页!MATLAB的控制工具箱连续线性系统的数学模型离散线性系统的数学模型系统模型的相互转换离散线性系统的性能分析控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第28页!连续线性系统的数学模型传递函数模型MATLAB还支持一种特殊的传递函数的输入格式，在这样的输入方式下，应该先用s=tf(‘s’)，定义传递函数的算子，然后直接输入系统的传递函数。例：s=tf(‘s’);G=(2*s+3)/(s^2+s+1);延迟环节:控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第29页!连续线性系统的数学模型状态方程模型设线性系统的状态方程为：状态方程表示为：控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第30页!离散线性系统的数学模型传递函数模型MATLAB还支持一种特殊的传递函数的输入格式，在这样的输入方式下，应该先用z=tf(‘z’,T)，定义传递函数的算子，然后直接输入系统的传递函数。例：z=tf(‘z’,1);H=(2*z+3)/(z^2+z+1);延迟环节:控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第31页!离散线性系统的数学模型状态方程模型设线性系统的状态方程为：状态方程表示为：控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第32页!系统模型的相互转换离散模型连续模型

函数：Gs=d2c(Gz,’参数’)参数：zoh:零阶保持器法

tustin:双线性变换法

prewarp:改进的双线性变化法

matched:零极点匹配法例：Gz=tf([10],[1-1],’Ts’,1);Gs=d2c(Gz,’zoh’);控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第33页!离散线性系统的性能分析求系统的闭环脉冲传递函数：clear;%清除变量num=0.1;den=[10.10];G0s=tf(num,den)%G0(s)的脉冲传递函数Z=[0.98];P=[0.8187];K=9.1544;Dz=zpk(Z,P,K,‘Ts’,0.2)%控制器D(z)G0z=c2d(G0s,0.2,'zoh')%G0z=Z(Gh(s)*G0(s))Gz=Dz*G0z%开环脉冲传递函数faiz=feedback(Gz,1);%闭环脉冲传递函数，1表示反馈，本题为单位负反馈控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第34页!离散线性系统的性能分析求系统的根轨迹：rlocus(Gz)Gz表示开环脉冲传递函数控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第35页!内容提要：1、MATLAB的基础知识2、MATLAB的控制工具箱3、Simulink与控制系统仿真控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第36页!离散线性系统的性能分析设：计算机控制系统如图所示：控制系统的MATLAB计算及仿真共38页，您现在浏览的是第37页!脱离工具箱，直接利用差分方程编程clear；clc；error_1=0;%e(k-1)=0u_1=0;%u(k-1)=0u_2=0;%u(k-2)=0y_1=0;%y(k-1)=0fork=