机电系统动态仿真matlabPPT电子教案课件-第7章 系统频率响应仿真.ppt

2019/4/7,1,系统建模、模型转换及仿真 用matlab语言表示图5-1所示系统的模型，并给出三种模型的具体表达； 进行单位阶跃响应和周期为30s的方波响应。,clc,clf sys1=tf(1,0.5,1,0.1); sys2=zpk(,0,-2,-10,20) sys3=series(sys1,sys2); sys=feedback(sys3,1,-1) subplot(121),step(sys) u,t=gensig(square,30,60); subplot(122),lsim(sys,y,u,t),2019/4/7,2,function y=f(x) sym x if x10 y=2*x else y=(1-x)/4 end,x=input(x=) if x10 y=2*x else y=(1-x)/4 end,2019/4/7,3,functionsysm1, sysm2=modelm4(sysp) m1=sysp(1); m2=sysp(2); k=sysp(3); c=sysp(4); a=0 0 1 0;0 0 0 1;-k/m1 k/m1 -c/m1 c/m1;k/m2 -k/m2 c/m2 -c/m2 ; b=0 0 0 1/m2; c=0 1 0 0 ; m=1 0 0 0; d=0; sys2=ss(a,b,c,d); sys1=ss(a,b,m,d); sysm2=tf(sys2); sysm1=tf(sys1);,sysp=12 38 1000 0.1; x1_f,x2_f=modelm4(sysp),2019/4/7,4,试用matlab语言表示如图所示系统。当分别以x2和 f 为系统输出、输入时的传递函数模型和状态空间模型。,transfer function: 0.1786 s2 + 0.02551 s + 0.3571 - s4 + 0.2679 s3 + 2.005 s2 + 0.25 s,functionsysm=modelm3 (sysp) k=sysp(1); c1=sysp(2); c2=sysp(3); m1=sysp(4); m2=sysp(5); a=0 1 0 0;-k/m1 -c1/m1 0 c1/m1; 0 0 0 1;0 c1/m2 0 -(c1+c2)/m2; b=0 0 0 1/m2; c=0 0 1 0; d=0; sys1=ss(a,b,c,d); sysm=tf(sys1);,sysp=7 0.5 0.2 3.5 5.6; x2_f=modelm3(sysp),2019/4/7,5,2019/4/7,6,clc sys0=tf(1,3.5 0 0) sys1=feedback(sys0,7,-1) sys05=tf(0.5 0,1) sys2=series(sys1,sys05) sys3=feedback(sys2,1,-1) sys4=tf(1,5.6 0 0) sys02=tf(0.2 0,1) sys5=feedback(sys4,sys02,-1) n,d=tfdata(sys1,v),sys7=tf(d,n) sys8=series(sys7,sys3) sys=feedback(sys5,sys8,-1),2019/4/7,7,2019/4/7,8,第7章 系统频率响应及其仿真,频率特性的一般概念,频率特性的图解方法,频率特性的matlab函数,离散系统的频域仿真,系统分析图形用户界面,系统的频域分析,2019/4/7,9,7.1 频率响应与频率特性,频率特性是控制工程最基本的概念之一,何谓频率响应？,频率响应有什么特性？,如何求系统的频率响应？,为什么可以用频率响应来研究系统的性能？,何谓频率特性？,演示程序：pltxys.mdl,2019/4/7,10,7.1.1 频率特性的概念与定义,频率响应的特点：,稳定系统,xi=aisint,xo=ao()sint+(),幅值比,它是频率的函数， 称为幅频特性；,相位差,它是频率的函数， 称为相频特性。,结论,幅值比、相位差随频率变化 频率响应的这种特性，用频率特性描述。,2019/4/7,11,频率特性的定义,线性稳定系统在正弦信号作用下，当频率从零变化到无穷时，稳态输出与输入的幅值比、相位差随频率变化的特性，称为频率特性。频率特性由幅频特性和相频特性两部分组成。,幅频特性,相频特性,系统稳态正弦输出信号与相应的正弦输人信号的幅值之比随输入频率的变比而变化的特性称为幅频特性，它描述了系统对输入信号幅值的放大、衰减特性。,系统稳态正弦输出信号与相应的正弦输入信号的相位之差随输入频率的变化而变化的特性称为相频特性，它描述了系统输出信号相位对输入信号相位的超前、迟后特性。,2019/4/7,12,频率特性的求取方法,两个复数积或商的模等于两个复数的模的积或商；两个复数积或商的相位等于两个复数的相位的和（加） 或差（减）。,注意复数的运算：,2019/4/7,13,求系统的稳态输出,已知系统传递函数和输入，求该系统的稳态输出。,解：求稳态输出，首先必须求得幅频特性和相频特性。,求频率特性,求稳态输出,2019/4/7,14,7.1.2 频率特性的图解方法,设系统的频率特性为,2019/4/7,15,bode图坐标系,2019/4/7,16,7.1.3 稳定裕量,相位裕度,在幅值交界频率上，使系统达到临界稳定状态所需附加的相位滞后量。,幅值裕度kg,在相位交界频率上，使开环幅值达到1所需放大的倍数，用kg或gm表示。,定义式,定义式,计算式,计算式,2019/4/7,17,在bode图上的幅值、相位裕度,7.2 频率特性的matlab函数,频率响应的计算,频率特性的图示方法,2019/4/7,19,7.2.1 频率响应的计算,y=polyval（p，x）,abs（y）,angle（y）,幅频特性,相频特性,例71,多项式计算指令,多项式系数向量,j,h=freqs（b,a,w）,h,w=freqs（b,a）,h,w=freqs（b,a,f）,freqs（b,a,w）,2019/4/7,20,例7-1,2019/4/7,21,例7-2,2019/4/7,22,例7-2的图,图72,图73,2019/4/7,23,7.2.2 频率特性图示法,nyquist图的绘制,bode图的绘制,计算幅值、相位裕度,例7-3,k=5，k=30,nyquist(sys),nyquist(sys,w),nyquist(sys1,sys2,.,sysn),re,im,w=nyquist(sys),nyquist(sys1,sys2,.,sysn,w),2019/4/7,24,例7-3的程序,2019/4/7,25,7.2.2 频率特性图示法,bode图的绘制,计算幅值、相位裕度,bode(sys),bode(sys,w),bode(sys1,sys2,.,sysn),bodemag(sys),mag,phase,w=bode(sys),margi(sys),gm,pm,wcg,wcp=margi(sys),gm,pm,wcg,wcp=margi(mag,phase,w),2019/4/7,26,例7-4和7-5的程序,2019/4/7,27,7.3 离散系统频域仿真,z变换,例7-6,2019/4/7,28,例7-6仿真结果,2019/4/7,29,仿真结果,2019/4/7,30,7.4 系统分析图形用户界面,在指令窗中建立系统模型,在指令窗中输入：ltiview,点击菜单file，选择import,在lti浏览器中，选择sys，调入,图7-14 lti viewer窗口,图7-15 系统模型调入窗口,显示调入系统模型的仿真曲线,2019/4/7,31,例7-7 lti viewer使用演示,在窗口中右击，弹出现场功能菜单。,2019/4/7,32,现场菜单的主要功能,plot type,characteristics,grid,properties,systems,normalize,full view,2019/4/7,33,多个图形窗口显示,在lti viewer窗口中，打开edit菜单，选择plot configurations，弹出图形配置窗口,选择显示图形数和图形类型，点击ok,2019/4/7,34,多个图形窗口显示,右击各图形