控制系统工具箱

第10章控制系统工具箱 控制系统工具箱是建立在MATLAB对控制工程提供的设计功能的基础上 为控制系统的建模 分析 仿真提供了丰富的函数与简便的图形用户界面 在MATLAB中 专门提供了面向系统对象模型的系统设计工具 线性时不变系统浏览器 LTIViewer 和单输入单输出线形系统设计工具 SISODesignTool 利用LTIViewer可方便地获得系统的各种时域响应和频率特性等曲线 并得到系统的性能指标 SISODesignTool设计具有极点配置 最优控制和最小二乘估计功能 控制系统工具箱还具有开放性和可扩展性 用户可创建常用的M文件来适应自己的特殊需要 控制系统工具箱允许使用经典控制理论和现代控制理论 对连续控制系统和离散控制系统进行仿真分析 10 1线性时不变系统浏览器 LTIViewer10 2单输入单输出系统设计工具 SISODesignTool LTIViewer简介 LTIViewer可以提供绘制浏览器模型的主要时域和频域响应曲线 可以利用浏览器提供的优良工具 对各种曲线进行观察分析 在MATLAB命令窗口输入命令ltiview 即可进入LTIViewer窗口 LTIViewer命令菜单及窗口设置 File菜单 NewViewer 建立一个新的LTIViewer窗口 Import 导入系统对象模型 Expot 将当前LTIViewer窗口中的指定系统的对象模型保存到工作空间 Workspace 或者以 mat文件的形式保存在磁盘上 ToolboxPreferences 对新建立或重新启动的LTIViewer窗口属性进行设置 对当前窗口无效 这些属性包括坐标单位 对系统指示参数的描述 如调节时间的定义 上升时间的定义等 坐标颜色 坐标字体大小等 Edit菜单 PlotConfigurations 对显示窗口及显示内容进行配置 可以选择LTIViewer所绘制曲线的布局以及不同绘制区域曲线的响应类型选择 其中响应类型主要有Step Impulse Bode Nyquist Nichols Pole Zero等 RefreshSystems 当显示配置发生变化后 使用此命令会使各曲线显示区中的曲线处于最佳显示位置 DeleteSystems 删除当前窗口中的对象模型 LineStyles 对显示曲线的颜色 线形 标记 坐标网格等属性进行设置 ViewerPreference 对当前窗口的坐标单位 范围 窗口颜色 字体等窗口进行设置 并且该设置对当前LTIViewer窗口内所有曲线显示有效 Units选择卡 设置图形显示时的频率 幅值以及相位的单位 Style选择卡 设置图形显示时的字体 颜色以及绘图网格 Characteristics选择卡 设置系统响应曲线的特性参数 Parameters选择卡 设置系统响应输出的时间变量与频率变量 LTIViewer对象模型 tf对象 调用格式 sys tf num den 说明 将由传递函数模型所描述系统封装成对应的系统对象模型 调用格式 sys zpk z p k 说明 将由零极点增益模型所描述系统封装成对应的系统对象模型 ss对象 调用格式 sys ss a b c d 说明 将由状态空间模型所描述的系统封装成对应的系统对象模型 zpk对象 曲线显示区的属性设置 单击右键弹出菜单 对选定的曲线显示区的属性进行设置 PlotType 改变显示框内的显示内容 Systems 隐藏 显示指定对象模型的曲线 Characteristics 显示重要参数点标记和标记线 根据选择曲线的不同会有不同的设置 对时域曲线的设置主要包括上升时间 峰值时间 进入稳态时间 稳态域标识时间等标记或标记线 对频域曲线的设置主要包括峰值响应幅度裕量点 相交裕量点等标记或标记线 Grid 显示 取消显示坐标网格 Normalize 对纵坐标归一化 FullView 使用系统提供的最大采样数显示曲线 Properties 设置曲线图的名称 坐标范围 单位 字体 颜色等属性 确定重要参数点的范围 如上升时间等 相位图显示范围等 LTIViewer属性设置 数据显示框的属性设置 在曲线或活动标记点上单击右键 对选择标记点及对应的数据显示框属性的设置 Alignment 设置数据显示框相对于标记点的位置 上右 上左 下右 下左 FontSize 设置数据显示框显示字符的大小 Moveable 将指定的标记点设置成活动的 Delete 删除指定的标记点及对应的数据显示框 Interpolation 标记点被鼠标拖动时的插值方式选择 Nearst 根据系统给出的采样点运动 运动不连续 Linear 在两采样点间采用线性插值 根据插值数据运动 连续 TraceMode 根据对x y xy三种方式的选择 标记点沿着所选择的方向运动 典型二阶系统的传递函数为 应用LTIViewer对系统进行分析 1 在MATLAB命令窗口输入sys tf 0 64 1 0 8 0 64 ltiview 单击 File Import 选择在Workspace中的系统模型 2 LTIViewer窗口设置 单击 Edit PlotConfigurations 选择显示6个窗口 并设置每个窗口响应的类型 SISODesignTool简介 在命令窗口输入命令sisotool 即可进入SISODesignTool主窗口 SISODesignTool快捷工具栏 单击 FS 可以产生4种系统结构供用户选择 单击 按钮可改变反馈的极性 Bode图编辑区 根轨迹编辑区 环节C传递函数 SISODesignTool命令菜单简介 File菜单 Import 导入系统设计对象模型 Export 保存设计完成后的系统对象模型 SaveSession 保存设计工作环境 包括对系统的各种改动 供后续工作使用 LoadSession 调入设计工作环境 恢复保存时的状态 Edit菜单 Open LoopNichols 对开环尼柯尔斯图编辑区进行设置 PrefilteBode 对环节F伯德图编辑区进行设置 上述4种设置均与单击右键的弹出菜单一致 主要内容包括增加 删除零极点 设置给定系统参数限制区域 根据所选择曲线的不同 系统参数限制区域也不同 并在对应的曲线图中给出区域标志 网络的显示选择 坐标范围的给定 曲线名称的修改 曲线坐标的放大与缩小 SISOToolPreference 针对SISODesignTool所涉及的图形属性进行设置 主要内容包括显示曲线的坐标单位 坐标字体 字号 网络 上升时间定义范围数学模型的表示方式等显示属性 RootLocus 对根轨迹曲线编辑区进行设置 Open LoopBode 对开环伯德图编辑区进行设置 当窗口中出现前置滤波环节F伯德图编辑区和尼柯尔斯图编辑区后 Edit 菜单中会出现下面两个选项 View菜单 RootLocus 显示 取消根轨迹图编辑区 Open LoopBode 显示 取消伯德图编辑区 Open LoopNichols 显示 取消尼柯尔斯图编辑区 PrefilterBode 显示 取消环节F 前置滤波器环节 伯德图编辑区 SystemData 显示环节G和环节H的传递函数 Closed LoopPoles 显示闭环极点列表 DesignHistory 显示设计过程历史纪录 Compensators菜单 Edit 对环节C和环节F进行设计或对已有的设计进行编辑 零极点的增加和删除 Store Retrieve 保存或使用所设计的对环节C和环节F 主要用于多种设计方案的比较 Clear 将环节C和环节F的传递函数置为1 Analysis菜单 ResponsetoStepCommand 在弹出的图形窗口中显示系统阶跃响应曲线 RejectionofStepDisurbance 在弹出的图形窗口中显示系统对阶跃扰动的抑制曲线 Closed LoopBode 在弹出的图形窗口中显示闭环系统伯德图 CompensatorBode 在弹出的图形窗口中显示环节C的伯德图 Open LoopNyquist 在弹出的图形窗口中显示开环奈奎斯特图 OtherLoopResponses 选择所希望的各类显示曲线 Tool菜单 Continuous DiscreteConversions 对线性离散控制系统进行设计 主要对离散控制系统的采样时间 连续信号的离散化方法等进行设置 DrawSimulinkDiagram 构造系统的Simulink仿真结构图 1 在MATLAB命令窗口输入sys tf 60 30 1 9 17 10 sisotool 单击 File