控制系统工具箱ppt课件

.,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,.,.,2LTIViewer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,【OpenLoopNichols】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。【OpenLoopBode】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。【OpenLoopBode】显示/取消伯德图编辑区。【OpenLoopNichols】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,【ContinuousDiscreteConversions】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